1,8-萘酰亚胺类化合物是一类研究较早、应用较为广泛的荧光化合物之一,由于具有结构简单、易于修饰、光稳定性好、荧光量子产率高、环境敏感等优秀的光物理性质而被广泛应用于荧光探针领域,引起了国内外研究学者的极大兴趣。本论文通过量子化学计算研究了一系列1,8-萘酰亚胺衍生物的电子结构并讨论了动力学问题,包括激发态结构和性质的计算,双荧光机理的讨论,考虑了取代基、溶剂效应对分子结构、激发态能量以及吸收和发射光谱的影响,探索了分子结构与光物理性能的相互关系,为新型荧光探针的优化设计提供理论基础和指导。本论文共分六个章节,主要内容如下：第一章简要介绍了荧光探针的机理。另外对1,8-萘酰亚胺类衍生物作为荧光探针的研究进行了简单介绍。第二章详细介绍了本文所采用的理论计算方法。主要包括Hartree-Fock近似、密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TD-DFT)及单激发组态相互作用(CIS)方法。第三章利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对1,8-萘酰亚胺类pH荧光探针分子Napa-pp及其参照物Nap-pp, Napa-p和Nap-p进行了几何构型优化和激发态计算,计算结果表明,基态时中性探针分子Napa-pp的HOMO-2, LUMO都在荧光团的π,π*轨道,而两端氮原子孤对电子所在的轨道为HOMO和HOMO-1轨道。这将有可能产生PET以及ICT效应并导致荧光熄灭。随着pH值降低,二甲胺的氮原子结合质子后,HOMO-1,LUMO在荧光团的π,π*轨道,而未结合质子的哌啶环,所在的轨道为HOMO轨道,这时PET现象终止而只有ICT效应,荧光强度有所增强。进一步降低pH值,哌啶环上的氮原子也结合质子,这时HOMO, LUMO都在荧光团的π,π*轨道,既没有PET现象,也没有ICT现象,荧光强度进一步增强。计算结果与实验现象非常吻合。第四章利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)以及CIS方法,计算了21个4-苯基-1,8-萘酰亚胺衍生物的吸收和发射光谱,研究了苯环上给(吸)电子取代基和溶剂极性对化合物局域激发(LE)和分子内电荷转移激发(CT)顺序的影响。通过分子轨道分析发现,随着苯基上的取代基的供电子能力增强,LE和CT顺序发生变化,化合物的荧光能在极性更小的溶剂里被淬灭。利用扭转分子内电荷转移(TICT)模型,对以4-MeOPhONI为代表的化合物的双荧光机理进行了研究。第五章利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)以及CIS方法在非极性溶剂环己烷和极性溶剂二氯甲烷中对具有双1,8-萘酰亚胺结构单元的有机荧光材料(FLuONI)的激发态结构及电子光谱进行了研究。结果表明,其最强吸收和发射光谱都具有电荷转移(CT)态,从理论上说明FluONI在新型荧光材料、非线性光学材料等领域具有潜在的应用价值。第六章利用含时波包传递方法对反应H2+CH3→H+CH4进行了八维量子动力学研究,在八维模型中CH3保持其C3v对称性。计算了反应几率、积分反应截面以及200-2000 K温度范围内的热速率常数。结果发现H2振动激发及CH3的伸缩和伞形振动激发对反应均有促进作用,但是H2振动激发对反应的促进作用大于CH3振动激发。量子动力学计算的速率常数与其他理论值以及实验测量值吻合很好。第七章为全文总结。