双金属纳米团簇由于其优异的稳定性、选择性,以及磁学和催化性能而受到广泛关注,通过改变纳米粒子的形貌、表面原子分布和粒径大小而具有可调谐性。但是对纳米粒子的热力学性能和结构特性的研究还有待进一步深入,因此以几种金属纳米团簇为研究对象,运用嵌入原子模型对其结构演变、熔化特性、烧结、扩散、生长和结构特征进行原子模拟,从原子尺度系统研究了纳米团簇的结构稳定性、生长规律、结构相变、表面预熔和熔化特性等。首先简要地介绍了纳米团簇的一些基本概念和一般性质。利用嵌入原子势模型与分子动力学方法,研究了原子数（N=147,309和561）为“幻数”的正二十面体（ICO）,截角十面体（DEC）和截半立方体（CUB）的Fe、Al纳米粒子的熔化行为,并应用势能、共近邻技术分析方法对其结构变化进行表征。结果表明,原子数为147、309和561的ICO结构的Fe、Al纳米团簇在熔化前保持原有结构;DEC与CUB结构的Al纳米团簇在熔化前向ICO结构转变,即首先经历了固-固相转变。因此,在小尺度下ICO结构Al团簇相比于DEC结构和CUB结构更稳定。其次,金属纳米粒子之间的烧结反应决定了化学反应（如催化）实际发生的活性位点的合成结构,如小平面、边缘、顶点或突起等。采用嵌入原子势函数和分子动力学模拟方法,研究了Al纳米团簇与Ni、Fe和Mg纳米团簇之间的烧结合金化过程。通过势能,平均异质配位数NAB和表面原子数Nsurf-A对烧结反应过程进行表征。讨论了表面偏析、形成热和熔点对烧结合金化过程的影响。结果表明,表面能低的原子扩散到表面能高的金属表面,随着系统温度升高至临界值,两种原子开始相互扩散。在相同初始条件下,三种体系的烧结反应速率依次为Mg Al<Fe Al<NiAl。依赖于初始反应温度,最终能够形成核壳（Fe Al和Mg Al）和合金化（NiAl和Fe Al）的纳米粒子。第三,NiAl纳米合金具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,Al吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对Al在Ni基表面沉积生长的影响有待进一步阐明。通过采用微动弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个Al吸附原子在Ni基表面的扩散行为和纳米团簇在DEC、CUB和ICO结构衬底上的生长。研究结果表明:Al吸附原子在三种Ni基底上表面扩散的交换与跳跃两种机制,最低的Ehrlich-Schwoebel势垒分别为0.38 e V(交换CUB（111）→（100）)、0.52 e V(交换DEC（111）→100))和0.52 e V(跳跃ICO（111）→（111）)。从（111）面扩散到（100）面主要以交换机制为主,而相邻两个（111）面之间的扩散则以跳跃机制为主。沉积的Al原子首先倾向于扩散到台阶边缘和顶点附近。在低温下,随着沉积的Al原子数量的增加,逐渐开始聚集,可以获得良好的Ni核/Al壳结构。对于ICO结构基底,其对应的核壳团簇的缺陷数最小,随后为DEC结构和CUB结构。随着生长温度的增加NiAl纳米粒子的表面逐渐开始合金化。第四,双金属NiCu纳米颗粒在甲烷分解、乙醇蒸汽重整、甲醇氧化和水-气转换等重要化学反应中被用作催化剂。NiCu双金属纳米合金的催化性能与其金属原子之间的浓度、原子间的分布和其结构有很强的依赖关系。在本文中采用分子动力学与蒙特罗方法并结合嵌入原子势对NiCu双金属纳米粒子的表面偏析、结构特征以及Cu吸附原子在Ni基底实现沉积生长与表面扩散进行研究。研究结果表明:Cu原子具有较强的表面偏析倾向,随着Cu原子的浓度增加,Cu原子优先占据纳米粒子的顶点、边、（100）和（111）面,最终形成完美的Ni核/Cu壳纳米粒子。在T=400 K的生长温度时,形成的Ni核/Cu壳结构最稳定。进一步采用微动弹性带方法模拟计算在Ni基表面Cu吸附原子的扩散势垒。结果表明,Cu吸附原子无论是交换还是扩散,都需要克服较大的Ehrlich-Schwoebel势垒,使其难以在Ni基底表面进行面间扩散。与Ni基底相反,在Cu基底上沉积Ni原子,Ni吸附原子则很容易从（111）面迁移至（100）面,且在当前模拟温度下,Ni吸附原子无法在（100）面进行迁移,导致生长构型朝正八面体的形状发展,且其八个顶角几乎被Ni原子所占据。