近期研究发现，某些特定尺寸的原子团簇在组分比例、结构构型、和电荷总数等适当条件下它们特别稳定，其表现出的物理化学性能与周期表中特定元素的本质属性相似，这类新型团簇被命名为“超原子”(superatoms)。一方面，人们可以设计各种类型的超原子，模拟或替代传统元素周期表中各类原子（原子性质主要依赖于电子数的变化），而且可以通过调节超原子的可调参量构建三维或多维的元素周期表（原子性质将依赖于体系的成份、浓度、电荷总数等多个有效参量）。另一方面，超原子因其稳定的物理化学性质、规则的结构、可模拟自由原子等特性，我们可将其作为纳米结构的基本组装单元，设计具有独特结构形貌和新奇性质的功能性材料。超原子因其展现出的新颖性质和潜在的应用价值，激发起了广泛的研究热情。　　本文通过在十二面体Bi20笼中内嵌二十面体TM13(TM=3d、4d)团簇的方式，设计出了具有三层核-壳结构的近球形系列[TM13@Bi20]-团簇，并利用密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似方法(GGA-PW91)研究了该类团簇模型的稳定性、电子结构、和磁学性质，重点以其电子排布规则是否满足凝胶模型探讨了此类团簇作为超原子的可能性。具体内容如下:(1)设计了具有较高球形对称性的核-壳团簇结构模型，系统地研究了3d和4d周期元素所构成的二十面体团簇内嵌球形Bi20笼后的体系束缚能、嵌入能、HOMO-LUMO能隙、电子亲和势等。研究发现，除Zn和Cd元素外其余元素的二十面体结构团簇均能稳定Bi20笼子，形成稳定的[TM13@Bi20]-团簇;Ti和Ru是比较合适的稳定较高的掺杂元素。(2)电子结构分析表明，体系在二十面体配位场的作用下，[TM13@Bi20]-团簇分子轨道的简并度不超过五重，较高简并度的F、G、H……分子轨道将劈裂为一系列的亚轨道;团簇体系的轨道电子排布规则基本符合凝胶模型的填充要求，分子轨道的电荷密度等值面形貌与相应的原子轨道形状十分相似，这反映出我们设计的团簇模型具有超原子的基本特征。(3)部分[TM13@Bi20]-团簇表现出庞大的磁矩值，这主要来源于体系的量子数较高的外层分子轨道（F，G，H等）的自旋交换劈裂行为，而这些分子轨道的填充电子主要由过渡金属原子d电子贡献。(4)非磁性的[Sc13@Bi20]-和[Y13@Bi20]-团簇的电子填充形式与镁原子相似，它们可模拟镁原子;[Mn13@Bi20]-具有较高的物理化学稳定性和36μB的巨磁矩，是较为理想的磁性超原子。