中文摘要：

高分子功能材料因其组成的复杂性和结构的多样性，一直是理论与计算化学的难题之一。为此，我们改进了一些现有的量子化学方法与分子模拟程序，开展了若干系列功能材料的理论模拟与研究。主要研究进展为（1）改进了分子片线性标度量子化学计算方法，在电荷中心处引入背景点电荷，避免了以往方法中远程静电作用截断引入的误差；发展了"黑匣子"多参考SEP-CI方法，无需像传统的CASSCF方法人为地选取活化轨道空间。（2）编制电场下分子模拟程序，研究了硅表面单层分子膜的动态开关行为，建议了含金属离子的插层材料的分子力场参数。（3）采用量子化学与分子模拟相结合的多尺度模拟方案，研究导电聚合物的化学修饰、电荷掺杂、链间堆积、溶剂等因素对物理化学性质的影响，探明了表面单层分子膜的结构与成膜机制。（4）拓展了前线轨道理论的应用，设计了新颖的自由基与多环化合物，为新材料的设计提供定性预测工具，减少实验的盲目性。

结论摘要：

材料体系往往涉及大分子聚集体，结构复杂，对理论化学研究提出了极大的挑战。我们改进现有的量子化学方法与分子模拟程序，发展快速、有效的计算方法，将理论研究拓宽至固体、溶液、表界面等复杂体系(1) 多尺度模拟方案:围绕导电高分子固体材料、聚合物溶液、表面分子膜等复杂体系，联合使用量子化学与分子动力学模拟，从多种尺度研究各种分子聚集体结构与性质关系。所提出的计算方法与策略，已被国内外多个课题组运用于其他体系的研究中，能给出与实验条件更相符的描述。系统地研究了表面自组装膜的生长过程，以及外电场下载流子迁移率随不同膜堆积取向的改变而发生变化的规律。系列工作发表在J Phys. Chem., Langmuir，Phys. Chem. Chem. Phys.，J Comput. Chem.等期刊上，3篇被选为封面文章。(2) 多层次可极化分子力场方法:结合线性标度量子化学计算与粗粒化模型的优势，定义了基于分子片段的偶极矩，发展了多层次可极化分子力场方法。与其他方法相比，我们方法的特点为（a）静电参数来源于第一性原理计算，能合理地描述静电极化作用；（b）我们创先引入的片段偶极矩，显著地减少了偶极-偶极作用势的计算量。受到国际同行的关注与引用，应邀撰写1篇国际丛书的专章。为了进一步提高计算效率，最近提出了一种多层次粗粒化静电模型（J. Chem. Phys. 2012, 136, 134105.），根据静电极化敏感程度的不同，引入不同大小的“粗粒”单元，极大地提高计算速度。这一全新方案可望推广应用于各种复杂体系的计算模拟。(3) 凝聚态体系光谱性质的计算方法: 发展了大分子和分子聚集体的VCD (NMR)计算方法，将传统的VCD等光谱计算从气相单分子拓展到溶液和无定形固体，得到与实验相一致的结果，帮助指认各种材料的光谱性质、判别分子手性等。（4）理论与实验紧密结合，研究材料结构与功能的关系:结合功能材料领域的实验进展，利用理论与计算方法，解释了一些令人困惑的实验现象，预测新的材料分子，加深人们对材料微观结构的认识，促进实验工作向更深层次的延展。46篇论文标注基金资助(通讯作者40篇)。应邀为国际丛书撰写了两篇专章。国际学术会议邀请报告8次。获“江苏省新长征突击手”(2009年)和第九届中国青年女科学家（2012年）等荣誉。