近红外光谱涵盖了有机分子中C—H, N—H和O—H等含氢基团的倍频和合频产生的光谱, 提供了分子的结构、 组成、 状态等信息, 是研究有机物含氢基团振动的重要方法, 常用于食品、 农作物等的定性定量分析。 生化领域内所研究对象也都含有氢基团, 这些含氢基团吸收频率特征性强, 受分子内外环境影响小, 近红外光谱特性更稳定, 故可用于化学战剂和危险化学品检测。 沙林是一种神经性化学毒剂, 研究其结构、 化学特性及光谱性质时, 为保证安全, 实验中常用模拟剂样品代替测试, 但目前尚无公允的沙林毒剂近红外模拟剂。 采用密度泛函理论(DFT), 基于Gaussian程序包, 利用B3LYP/def2-SVP对沙林分子进行基态结构优化, 计算了沙林分子的精细结构和分子基频振动模式, 引入广义二阶微扰理论(GVPT2)建立了模拟生化毒剂近红外光谱的理论模型, 得到近红外振动峰与主要振动模式, 由倍频(Overtones)和合频(Combination Bands)振动绘制得到近红外光谱。 对沙林在近红外区域内的含氢基团进行解析, 对其特征峰进行指认, 得到沙林分子在1 150、 1 362和1 500 nm处的三个特征峰及其振动模式, 其中1 150 nm峰是由多个倍频和合频的组合振动贡献产生; 1 362 nm是一个较宽的吸收振动峰, 主要由分子中与C原子相连的原子合频和其他的非C, H原子产生的倍频或合频引起的; 1 500 nm位置的近红外振动峰主要由C8相关的振动模式贡献产生。 通过密度泛函理论建立沙林的近红外光谱理论模型, 通过实验验证了其理论模型的可行性, 为寻找其近红外光谱模拟剂提供理论支撑。

基于含时密度泛函理论(TDDFT)研究了单层磷化硼纳米结构中的等离激元激发。单层磷化硼纳米结构中有两个主要的等离激元共振带,一个等离激元共振带位于能量点3 eV附近,另一个等离激元共振带位于能量点9 eV附近。单层磷化硼纳米结构在光谱的可见光区存在等离激元共振。单层磷化硼纳米结构的边界构型(锯齿形边界和扶手椅边界)以及沿着激发光的偏振方向的边界宽度对单层磷化硼纳米结构吸收光谱有很大的影响。单层磷化硼纳米结构中等离激元模式是长程电荷转移激发。

应用英国Edinburgh FLS920P稳态-瞬态荧光光谱仪, 对互为同分异构体的胭脂红、 苋菜红分子的吸收光谱和荧光光谱实验检测, 得到二者的光谱特性参数, 并进行对比。 分别采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）对这两种分子的基态和激发态结构进行优化, 将所得基态分子构型进行频率计算, 结果显示均无虚频存在, 进而比较两分子构型在不同能态下的差异。 在此基础上, 应用TD-DFT并结合极化连续介质模型（PCM）在6-311++G(d, p)水平上分别计算二者的吸收光谱和荧光光谱, 对两种分子的发光机制、 荧光光谱特性差异与分子结构的关系进行了分析。 结果表明, 两种分子的基态结构均为非平面, 它们中的两个萘环不共面, 存在一定的夹角;苋菜红含有分子内氢键, 且氢键所在萘环的平面性要优于胭脂红分子对应的萘环部分;激发态时二者各自的两个萘环均共平面。 量子化学计算得到的光谱理论值与实验结果较为吻合, 说明优化所得胭脂红与苋菜红的分子构型基本合理。 与苋菜红相比, 胭脂红右侧萘环结构的平面性稍差, 分子从激发态跃迁回到基态经历了更多的振动和转动, 损耗了更多的能量, 导致用来产生荧光光子的能量减少, 因此, 胭脂红的荧光发射波长更长。 本文首次得到胭脂红、 苋菜红分子基态与激发态下的分子结构信息, 并找出二者光谱特性差异的原因, 结果可为研究同分异构体分子的光谱特性与分子结构的关系提供参考。

基于含时密度泛函理论，研究了钠原子连接的C60富勒烯二聚物的等离激元激发。由于碱金属钠原子和C60分子之间的耦合，在红外光谱区，钠原子连接的C60富勒烯二聚物出现了等离激元共振激发。随着C60分子之间间隙的逐渐减小，红外光谱区的等离激元先发生红移，之后发生了蓝移。在间隙较大，C60分子间电容性相互作用时，中红外光谱区的等离激元是一种多极共振模式。在间隙较小时，由于电子的隧穿，中红外光谱区的等离激元逐渐演化为近红外光谱区的另外一种等离激元共振模式，该等离激元共振模式是长程电荷转移激发模式和多极共振模式的耦合。

基于含时密度泛函理论, 研究了氮掺杂石墨烯纳米结构的等离激元特性。吡啶型氮掺杂不影响石墨烯纳米结构的等离激元激发特性, 而取代型氮掺杂主要基于石墨烯纳米结构对称性的改变和体系中电子密度的增加来影响石墨烯纳米结构的等离激元共振。相对于纯六角石墨烯纳米结构, 在低能共振区, 取代型氮掺杂六角石墨烯纳米结构的等离激元共振能量发生了红移。相对于纯矩形石墨烯纳米结构, 在低能共振区, 取代型氮掺杂矩形石墨烯纳米结构沿扶手椅型边界方向激发时, 其等离激元共振能量发生了蓝移; 沿Z字型边界激发时, 其主要的等离激元共振模式受掺杂氮的影响较小。

采用含时密度泛函理论(TDDFT)B3LYP对6个长链β-二酮环金属铂配合物分子的紫外可见吸收光谱进行理论计算。结果表明，基态到第一激发态的跃迁来源于金属到配体和配体到配体的混合跃迁。该6个分子的最大吸收波长均在402~405 nm范围内，属于近紫外区。使用有限场(FF)方法对6个配合物分子的三阶非线性光学(NLO)系数的理论计算。结果显示，该类配合物分子具有较好的三阶非线性光学系数(为105数量级)。并在C1~C14范围内增加β二酮碳链的长度以及在配体苯环或吡啶环上分别引入甲基供电子基，均有利于增大配合物的三阶NLO性质。

在密度泛函DFT-B3LYP/6-31+G水平上对2甲基4,5双(α呋喃基)噁唑(化合物A)、2苯基4,5双(α呋喃基)噁唑(化合物B)、2-α呋喃基4,5双(α呋喃基)噁唑(化合物C)和2-α呋喃乙烯基4,5双(α呋喃基)噁唑(化合物D) S0基态进行构型优化,并用单取代组态相互作用方法(CIS)优化其S1激发态结构。从理论上探讨了A,B,C和D四种化合物的前线分子轨道能量、吸收和发射光谱等性质与结构的关系,并与实验值进行了对比,发现理论计算数据能够与实验结果一致,特别是采用纯密度泛函DFT-OLYP方法计算发射光谱时,理论计算数据与实验结果相差比混合密度泛函DFT-B3LYP方法更小。计算结果表明,分子共轭体系越大,前线轨道间能隙越小,吸收光谱红移越显著。

用密度泛函理论B3LYP方法对四种新型D-π-A分子(PKD,NKD,TKD和CKD)进行基态几何构型全优化，计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量。用含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱，用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的S1激发态结构，分析其能量与发射光谱的关系。根据化合物组成的不同恰当地选择泛函计算分子的发射光谱，并与实验结果对照表明,计算结果比较可靠。

采用密度泛函理论研究LaO团簇体系.中性分子LaO的基态是两重态(2Σ),阴离子LaO-和阳离子LaO+的基态都是单重态(1Σ).使用不同的方法计算团簇LaO的电子亲和能和电离能.计算结果表明用BLYP方法和弥散极化基组计算结果和实验数据吻合较好.用含时密度泛函理论计算团簇LaO的低能激发态,从理论上归属LaO-的光电子能谱的谱峰和LaO的吸收光谱的谱峰.计算得到与实验一致的结果.