有机胺吸附材料吸附二氧化碳（CO2）的本质是有机胺分子与CO2的分子间弱相互作用。从分子水平上研究有机胺分子与CO2的分子间弱相互作用的作用位点及类型,并揭示其成键规律及复合物结构,是深入了解CO2吸附机理的基础,对于优化设计CO2捕获的新材料和新方法具有重要意义。高分辨傅里叶变换微波光谱技术结合理论计算研究分子间弱相互作用,可以有效排除凝聚态中晶格效应或溶剂效应的影响,能提供准确的分子结构参数、构象平衡关系以及内部动力学过程等信息。氮杂环分子,因其与CO2结合能高,常常作为结构单元用于制备捕获材料。本论文选择了三种具有代表性的氮杂环分子,吡咯、四氢吡咯和吗啉分别与CO2形成复合物为研究对象,利用自研制高分辨脉冲超声射流冷却-傅里叶变换微波光谱仪,结合量子理论计算,采集目标复合物的转动光谱,分析复合物结构、构象平衡及分子间弱相互作用的成键方式,揭示随着电子密度的变化,CO2与三种不同环境下的氮杂环分子结合位点的变化。本论文的各章节的主要构成为:第一章简要介绍研究背景;概述常见分子间弱相互作用类型,分析CO2和有机胺分子分别存在的作用位点以及与之可能形成相互作用的结合方式与类型,解释了分子复合物中存在的构象平衡;总结有机胺与CO2形成复合物的转动光谱研究现状;最后介绍本论文的研究目的和内容。第二章综述了转动光谱基本原理。简要介绍了分子结构类型、转动跃迁和核四极耦合效应;简述了微波光谱仪的工作原理。第三章至第五章为实验部分。分别以氮杂环分子,吡咯、四氢吡咯和吗啉与CO2形成的复合物为研究对象,采用高分辨脉冲超声射流冷却-傅里叶变换微波光谱仪采集其在2-20 GHz频率范围的转动光谱,结合理论计算对复合物中构象的能量排序和结构进行了详细的研究。除此之外,根据谱线强度,在自然丰度下,对复合物中优势构象的13C和15N的单取代同位素异形体的转动光谱也进行了测量,能够准备描述碳骨架的结构信息。同时一些理论分析方法也被用于可视化分析构象中存在的分子间弱相互作用方式,定量分析分子间弱相互作用的强弱。第六章为总结与展望。总结从单体构象变化到形成复合物的构象平衡;从复合物中可能存在的相互作用类型,到构象稳定性的竞争;指出研宄内容的创新,并对不同理论计算方法选择和其它氮杂环分子进行了展望。