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铍是元素周期表中第四号元素,电子层结构为1s22s2,是原子和离子半径最小的金属原子。同时,铍是典型的缺电子元素,更容易与其它元素形成非经典离域多中心键,而不是经典两中心两电子定域键。然而,由于含铍化合物的毒性很大,人们对其研究较少,尤其是实验研究更少,这严重阻碍了铍化学的发展。本论文利用铍易形成多中心键和原子尺寸小的特点理论设计了铍基平面多配位碳分子和含超短铍-铍间距（1.6921.895?）的结构。我们希望这些来自量子化学的高精度研究结果能为实验工作者提供可行的研究目标,从而降低实验探索的时间以及暴露于有毒铍基化合物的几率,进而促进铍化学的进展。本论文主要研究内容如下:1.铍基平面四配位碳纳米尺寸分子的设计量子化学计算表明D2h C2（BeH）4是含有双ptC的分子。芳香性和CC核与外围四个Be原子之间的相互作用有助于稳定ptC结构。虽然D2h C2（BeH）4不是势能面上的全局极小结构,但其动力学稳定性良好,而且由于铍的缺电子性,该分子中的BeH基团可以通过分子间氢桥键将多个D2h C2（BeH）4单元组装成链状、平面片状和管状纳米分子。而且,形成一个氢桥键释放的能量大于30.0 kcal/mol,那么形成这些纳米分子将是大量放热的过程,这意味着实验上很有可能合成这些纳米分子。2.铍基平面五配位碳结构的理论设计以CAl4Be,CAl3Be2–,CA12Be32–和CAlBe43–为母体分子,通过加入不同H原子个数设计了9个新的含ppC和准ppC的分子CAlnBemHxq（n+m=5;q=0,±1;x=q+m–1）。这些含ppC和准ppC分子具有σ和π双芳香性。与母体分子相比,新设计的分子其电子结构更稳定,这可以通过结构中更有利的负-正-负电荷排布方式和外围占据轨道弥散程度得到印证。值得注意的是,9个分子中有4个是动力学稳定的全局极小结构,包括CA13Be2H,CA12B3H–,CA12B3H2和CA1Be4H4+。它们均是有希望在实验上合成的含ppC的结构。3.含超短Be-Be距离结构的设计和性质研究理论设计和表征了一系列含超短Be-Be距离（1.7281.866?）的分子。这些分子的结构环境不同,包括菱形Be2X2核（X=C,N）、三维星状分子中垂直的Be-Be轴和由氮杂环卡宾基团（NHC）支撑的水平Be-Be轴。超短的Be-Be距离是通过Be原子与其桥位原子之间的静电或共价相互作用实现的。在这些分子中,有六个全局极小结构和一个双铍络合物,它们为实验合成提供了潜在的目标。4.含超短Be-Be距离的超碱金属阳离子和超卤素阴离子利用Be2H3是一个强Lewis酸的特性,分别使用中性的L配体（L=NH3,PH3,Ne,Ar,Kr和Xe）和负1价的X作为Lewis碱（X=CH3,Cl,Br）设计了超碱金属阳离子[L→Be2H3←L]+和超卤素阴离子[X-Be2H3-X]–。AdNDP分析发现,在H原子的协助下Be-Be之间形成了三个Be-H-Be 3c-2eσ键,这是结构中实现超短Be-Be间距（1.6921.826?）的主要原因。其中[Ne→Be2H3←Ne]+是第一个主族金属-金属距离在1.700?以下的具有动力学上可行的全局极小结构。[L→Be2H3←L]+（L=NH3,PH3,稀有气体原子ArXe）和[X-Be2H3-X]–（X=CH3,Cl,Br）是热力学和动力学均稳定的结构,它们是适合气相实验的合成与表征具有超短主族金属-金属距离的超碱金属阳离子和超卤素阴离子的例子。