通过溶胶凝胶法制备了光催化活性更高的Ce∶ZnO复合粉体光催化材料，并采用X射线衍射(XRD)、电子顺磁共振(EPR)、紫外可见光谱(UV-Vis)技术对所制备的粉体样品的晶体种类及结构、自由基种类及含量、光催化效率进行表征分析。复合样品的X射线衍射测试结果显示，随着掺杂浓度的增加，先后检测到CeO2的(111)和(200)晶面特征峰，且衍射峰强度逐渐增强。此外，适量的掺杂(c(Ce3+)=2%)可减小ZnO晶体的晶粒尺寸。电子顺磁共振测试结果显示，Ce∶ZnO复合光催化材料中存在三类自由基，分别是Zn-H络合物、正一价氧空位、CeO2表面吸附的超氧根离子。紫外可见光谱测试表明，适量的掺杂可有效提高ZnO催化剂的光催化活性，综合分析显示，ZnO光催化活性提高的主要原因是Ce3+的掺入使得材料中电子数量增多，进而提高了活性自由基·O-2的数量。本文通过EPR技术和XRD衍射技术，成功表征了Ce3+掺杂对ZnO材料中自由基种类合成的影响过程，并结合UV-Vis技术，对Ce∶ZnO复合材料光催化降解甲基橙的过程中的电子转移过程作出了合理的解释。

在弱场图像下,利用Racah不可约张量算符方法得到了三角对称3d4/3d6电子组态的完整的哈密顿矩阵。研究了Fe2P2S6晶体中Fe2+的基态能级和晶体结构,考虑了自旋轨道耦合与自旋自旋耦合对基态能级的影响，对Fe2P2S6晶体基态能级和电子顺磁共振的零场分裂进行了计算。计算结果与实验值符合得较好。基于此计算结果,对基态能级和零场分裂中的自旋轨道耦合、自旋自旋耦合以及3L低自旋态进行了更深入的研究,并对Fe2P2S6晶体的Jahn-Teller效应进行了研究。

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵，计算了Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构和晶体局域结构，深入研究了Ni2+∶α-Al2O3晶体的自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用和它们对光谱精细结构的影响及Jahn-Teller效应.理论计算值和实验值相符合.研究发现，掺杂没有改变晶体的对称性、同时发现并合理解释了Ni2+对α-Al2O3晶体基态精细光谱中Jahn-Teller效应的存在机理.

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋轨道相互作用、自旋自旋相互作用、自旋轨道相互作用和其它轨道其它轨道相互作用4种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵。研究表明LiNbO3Ni2+晶体中存在扬特勒（Jahn-Teller）效应；自旋轨道相互作用对晶体光谱和零场分裂参量的贡献是最主要的，考虑其他3种微观磁效应后计算值更加接近实验值。

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵，计算了V3+∶α-Al2O3和Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量，研究了掺入两种互补态离子Ni2+和V3+对同种晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响，理论计算值和实验值相符.研究发现：掺杂没有改变晶体的光谱精细结构和能级分裂条数，但改变了能级间距；掺杂也没有改变晶体的对称性，但使晶体局域结构发生了一定程度的畸变； Ni2+∶α-Al2O3晶体局域结构的伸长畸变量大于V3+∶α-Al2O3晶体，键角的变化量小于V3+∶α-Al2O3晶体.

运用不可约张量算法和群理论构造了C3V对称晶场中3d5组态离子的252阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵。用此矩阵计算了Al2O3∶Fe3+晶体的光谱精细结构、零场分裂参量(D,a-F)、晶体结构, 其理论计算值与实验值相符合, 并研究了自旋四重态、自旋二重态分别对基态能级的影响, 证明了自旋四重态对基态能级的贡献是主要的, 自旋二重态对基态能级的贡献虽很小, 但却是不可忽略的。进一步研究了SO耦合作用、SS耦合作用对Al2O3：Fe3+晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响, 结果发现SO耦合作用是最主要的, SS耦合作用也是不可忽略的。

采用量子化学中的二阶微扰(MP2)方法,在6-311+G(3df,2p)水平上, 利用Gaussian软件优化反应物,过渡态和生成物的几何结构,在相同水平上对反应物,过渡态和生成物进行了频率分析,同时完成了内禀反应坐标(IRC)分析.进而利用过渡态理论,计算了温度在300K时的H迁移异构化反应的速率常数.研究结果表明, H2S2的构型有两种,分别为:线型和分叉型,其中线型HSSH的能量较低,为稳定结构;平衡常数很小,为2.2×10-20,不利于平衡从线型向分叉型异构体转化,反之,分叉型向线型转化较容易,因此分叉型异构体长时间存在的可能性不大;另外,线型向分叉型异构体转化的活化焓较大为195.09 kJ/mol,反应速率常数较小,仅为4.98×10-22 s-1,因此该异构化反应不易进行,其逆反应较易进行.

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d2/3d8态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵,研究了CsNiCl3单晶掺入CsMgCl3晶体后光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Teller效应以及自旋单重态对Ni2+离子基态能级的影响,理论与实验相符合.研究了自旋-自旋耦合作用和Trees修正对Ni2+:CsMgCl3晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现有五种机理会影响零场分裂参量:(1)自旋-轨道耦合机理;(2)自旋-自旋耦合机理;(3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理;(4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理,(5)自旋-自旋作用与Trees联合耦合机理.其中自旋-轨道耦合机理是最主要的,其它几种机理也是不可忽略的.

构造了3d3/3d7离子在三角对称晶场中考虑自旋-轨道相互作用,自旋-自旋相互作用和自旋-其它轨道相互作用的120阶微扰哈密顿矩阵.利用完全对角化该矩阵的方法计算了Cr3+:MgAl2O4晶体的基态能级、零场分裂参量,理论计算值与实验值相符合.定量研究了自旋二重态对基态能级的贡献,证明该贡献是不可忽略的.定量研究了自旋-轨道相互作用自旋-自旋相互作用和自旋-其它轨道相互作用对Cr3+:MgAl2O4晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现自旋-轨道和自旋-自旋相互作用对基态能级和零场分裂参量的影响的程度和方式是不同的,自旋-其它轨道相互作用的影响也是不可忽略的.通过理论计算值和实验值的比较,证实了在Cr3+:MgAl2O4晶体中Jahn-Teller效应的存在,解释了该晶体的光谱精细结构的成因.

应用不可约张量法和群的理论构造了三角对称晶场中3d3/3d7态离子的可完全对角化的120阶微扰哈密顿矩阵。矩阵中考虑了自旋轨道相互作用,自旋自旋相互作用和自旋其他轨道相互作用,利用该矩阵计算了YAG∶Cr3+晶体的基态能级、零场分裂参量,研究了自旋二重态对基态能级的贡献,理论计算值与实验值相符合,证明二重态对基态的贡献是不可忽略的。在此基础上,进一步研究了自旋轨道相互作用、自旋自旋相互作用和自旋其他轨道相互作用对YAG∶Cr3+晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现自旋自旋和自旋其他轨道相互作用对YAG晶体基态光谱精细结构和零场分裂参量的影响都是不可忽略的。通过理论计算值和实验值的比较,证实了在YAG∶Cr3+晶体光谱中扬特勒效应的存在。