氢键在自然界中起着至关重要的作用。由于氟原子的体积小、电负性大、极化率低,因此在体系中引入氟原子往往能发挥很好的效果,因为氟原子的引入可以在不改变分子构象的同时改变分子的电子构型。许多药物研究也曾报道过“氟原子的引入能够改变化合物的性质”这一现象。因此,我们研究了一些特殊结构的有机氟氢键,并探讨了几何构型和取代基对有机氟氢键的影响。此外,日益严重的环境污染问题和能源紧缺问题也在不断地向人类敲响警钟,寻找清洁、高效、储量大的能源已成为当今社会亟待解决的问题之一。锂离子电池在清洁能源领域表现良好,锂离子电池研究的关键之一是寻找合适的电极材料。传统无机材料在安全性、电池容量和可持续性方面存在很大的缺陷,因此,可再生、低成本、环保的新型有机材料成为近年来研究的热点,本文报道了一种具有多羰基酰胺结构的电池电极材料。本论文主要分为以下四章:第一章介绍了量子化学的基本知识、本文使用的理论方法和分析方法,其中包括微扰理论、密度泛函理论(DFT)、原子中分子(AIM)理论中、自然键轨道(NBO)理论,分子表面静电势分析、能量分解分析和自旋-自旋偶合分析等。第二章我们将氟原子加到与羧酸相连的碳原子上,体系中形成了 O-H…F-C氢键。基于微扰理论,我们对三种不同类型的羧酸二聚体进行了理论计算,研究了氟烷基对羧酸二聚体中氢键的影响。我们发现在R1CHFCOOH(R1=H、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CH2CH2CH2CH3、C(CH3)3)二聚体中,最稳定的是含丙基的结构,当取代基中碳原子数增加到4时,相互作用能降低。NBO分析表明,分子内的超共轭作用导致较大的R基团与羧基形成了邻位交叉构象。更重要的是,我们发现氟原子的位置会影响氢键的位置,当氟原子处于RCHFCOOH二聚体的β-C上时得到的复合物表现最好。第三章我们讨论了一种基于Diels-Alder反应生成的笼状化合物。在刚性笼状分子中存在着重杂化和超共轭这两种相互平衡的作用。为了研究化合物的骨架结构、不同取代基以及取代基的位置对刚性笼状化合物中氢键的影响,我们基于微扰理论进行了 AIM、NBO和NCI分析。基于密度泛函理论,我们对有机氟氢键中氟原子与氢原子间的自旋-自旋偶合常数进行了理论计算。笼状体系中的氢键大多是“非常规”的C-F…H-X蓝移氢键。NBO分析显示,由于重杂化作用比超共轭作用更强,X-H键被缩短。当取代基为H、F、Cl、Br、OH和CN时,吸电基团Cl、Br和CN会形成强度较大的氢键。核磁共振分析中的自旋-自旋偶合常数值在一定程度上可以反映氢键的强度。当取代基在氢键供体X原子上时形成的氢键强度大于取代基在氢键受体C原子上的,并且氢键供体X为氧正离子或氮正离子时,形成的氢键强度较大。第四章我们设计了一种具有7个活性C=O键的芳族聚酰亚胺化合物BTAQ作为锂离子电池电极材料,在B3LYP/6-31+G(d)水平上分析了复合物BTAQ-Li的结合能,并对BTAQ单体的LUMO轨道能量、HOMO轨道能量以及复合物的电子亲和势进行了理论计算。根据各BTAQ-Li复合物结合能的大小我们找到了合适的嵌锂步骤,我们依次在BTAQ的C=O和苯环C上嵌入多个Li,发现体系中会形成Li-O-Li的桥接键且这个键比一般的O-Li键要稳定,所有的C-O都可以与Li形成稳定的键,但是Li与苯环C的作用效果不太理想。BTAQ的LUMO能量较小,使它成为了便于氧化反应的优秀电极材料。