稀土金属掺杂硅团簇不但能提高团簇的光化学反应性和热力学稳定性,而且拥有特殊的光学和磁学性质,能广泛的应用在材料,微电子,环境等领域。通过改变稀土金属掺杂硅团簇的形状及大小可以使其成为理想的新型材料的基本单元,对设计不同用途的新型环境友好型材料具有极其重要的意义。本文采用密度泛函方法系统地研究稀土金属铈掺杂硅中性团簇CeSi_n（n=4-20）和阴离子团簇CeSi_n^-（n=4-20）的基态结构和物理化学性质。对于CeSi_n（n=4-20）中性团簇而言,使用双杂合密度泛函（m PW2PLYP）方法结合aug-cc-p VTZ/ECP基组系统地研究其基态结构和性质。研究结果表明:（1）对于CeSi_n（n=4-20）中性团簇的基态结构来说,当n≤17时,CeSi_n（n=4-20）的基态结构是铈原子取代纯硅团簇Si_n+1中一个硅原子的取代结构;当n=17-19时,基态结构是铈原子连接两个小型硅簇的Ce-连接结构;当n≥20时,基态结构是铈原子被包裹在硅笼团簇中的笼型结构。（2）原子化能和二阶能量差分结果表明将铈原子掺杂进纯硅团簇中可以提高团簇的稳定性,并且CeSi₂₀团簇是中性团簇中最稳定的团簇。（3）HOMO-LUMO能隙结果表明CeSi_n（n=4-20）中性团簇的光化学反应性比纯硅团簇高,而且中性团簇CeSi₂₀团簇的光化学反应性最强。（4）电荷转移结果表明在掺杂团簇中铈原子的4f电子没有发生改变,不参与成键。（5）磁性分析表明CeSi_n中性团簇的磁性没有消失,总磁矩为2μB;在铈原子的价电子中4f提供的磁矩最多,几乎为总磁矩的一半。对于CeSi_n^-（n=4-20）阴离子团簇而言,使用双杂合密度泛函方法研究其基态结构和光电子能谱、相对稳定性、光化学反应性和磁性等性质。研究结果表明:（1）当n=4-7时,CeSi_n^-（n=4-20）团簇的基态结构是取代结构;当n=8-18时（CeSi₉^-除外）,基态结构是Ce-连接结构;当n=19-20时,基态结构是笼型结构;额外电子的影响使阴离子团簇的基态构型与中性团簇有明显的差别。（2）预测CeSi_n^-（n=4-20）团簇的绝热电子亲和能（AEA）和垂直电子解离能（VDE）,并模拟CeSi_n^-（n=4-20）阴离子团簇的光电子能谱。（3）相对稳定性分析表明阴离子团簇比中性团簇更稳定,且CeSi^-₂₀是阴离子团簇中最稳定的团簇。（4）HOMO-LUMO能隙分析表明额外电子影响团簇的光学化反应性。（5）电荷转移和磁矩分析表明阴离子团簇中铈原子4f电子不参与成键并且保留磁性,为团簇提供总磁矩1μB。（6）化学键分析结果表明CeSi^-₂₀是超原子,价电子壳层排布为1S²1P⁶1D¹⁰1F¹⁴1G⁸2S²1G¹⁰2P⁶2D¹⁰3S²2F¹⁴。CeSi^-₂₀不但热力学稳定性高,而且光化学反应性强,它可以成为构建新型多功能环境友好型材料最合适的基础单元。