近年来,对于原子团簇的研究已经逐步发展成为一个重要的学科领域,对它的深入研究将有助于揭示从微观的单个原子、分子到宏观凝聚态的演变规律,为微观尺度材料的合理设计和改性提供科学依据。在金属团簇的研究中,Al团簇吸引了人们相当大的研究兴趣。由于纯固体Al是几乎理想的自由电子金属而它的某些化合物具有一定共价特征,因此Al团簇是一个动量序与位置序并存且相互影响的典型体系。目前,航天事业飞速发展,进入太空中的航天器不断增加,而太空中的原子氧对航天器会产生氧化腐蚀。大多数的航天器都是由铝合金制成,所以对铝团簇以及铝团簇与原子氧的化学吸附行为的研究在航空航天方面也具有一定的参考价值。本论文采用基于量子力学的第一性原理优化了铝团簇的几何结构,第一性原理计算全部采用全电子密度泛函理论的DMol程序包来完成,电子的交换关联作用取广义梯度近似处理,密度泛函选取PW91形式。对2-15个Al原子团簇的几何结构进行了优化,得到了其最低能量结构,并且发现Aln团簇最低能量结构从二维到三维的转化发生在n=5。对于Al13团簇进行了详细的研究,优化了四种典型异构体中性及带电团簇的几何结构,并计算了其电离势、电子亲和能和结合能等电子性质。对于中性和带负电的Al13团簇的最低能量结构都是正二十面体结构。而作为fcc固体结构萌芽的Oh异构体能量很高,这表明这个尺寸的Al团簇还相当远离块体行为。对于大尺寸的Al团簇,研究了Al55和Al147的几何结构。计算结果表明,无论中性还是带电Al55团簇,正二十面体结构的能量都要比截角八面体的能量要低。而通过对正二十面体和截角八面体的Al147团簇几何结构的优化,发现147个原子的大尺寸团簇Al147的最低能量结构是截角八面体结构,所以Al团簇结构从正二十面体向块体fcc结构的转变很可能发生在147个原子附近。对于更大尺寸Al304团簇的几何结构的优化还在研究中。运用密度泛函理论研究了单个氧原子在正二十面体结构的中性和带负电Al13团簇的三种不同位置处（包括顶位、桥位和洞位）的化学吸附。对于中性和带电Al13团簇,最佳吸附位均为桥位,并且团簇的电荷状态（中性或负电）对于最佳吸附位和Al-O键长均无显著影响。对于同一吸附位,中性Al13的吸附能普遍高于Al13-团簇,也就是说带负电Al13-团簇比中性Al13团簇更不易于氧化。我们还计算了氧原子在Al（111）面上三种位置的吸附行为,发现氧原子在Al表面与Al13团簇具有不同的吸附行为,氧原子与铝表面的相互作用更强。我们还研究了由C、Si、Ge替代正二十面体中心Al原子掺杂Al12X团簇的氧原子吸附行为,同样考虑了顶位、桥位和洞位三种吸附位,计算结果表明,氧原子以三键与顶角Al原子相连即洞位是最佳的吸附位置,这与纯Al13团簇的最佳吸附位（桥位）不同。另外,掺杂后的团簇比纯Al13团簇的吸附能要低,说明其抗氧化性要强,其中团簇Al12C的吸附能最低。总之, Al团簇的研究是团簇科学的热点,本文的研究结果,对于深入理解Al团簇的结构和物理化学性质,具有一定的参考价值。