燃烧化石燃料所释放的温室气体CO2使全球气温上升，进而引起一系列气候问题。因此必须采取措施降低空气中CO2的浓度。降低空气中CO2浓度的途径主要有两种，一是减少CO2的排放量；二是采用一定的技术将CO2捕获起来进行封存。目前，CO2捕获技术的研究已在全世界开展，一些捕获CO2的材料如乙醇胺(MEA)已应用于工业生产中。MEA水溶液具有吸附速率快的优点，但脱附温度高，脱附所需要的能耗很高，这就使之很难得到广泛的应用。因此，需要发展新的、性能更优越的CO2捕获材料。　　 本文选择最可能得到广泛应用的有机胺类化合物作为研究对象。采用密度泛函理论计算方法，探索有机胺类化合物吸脱附CO2的规律。有机胺类化合物中MEA是研究最早也是工业上应用最广泛的CO2吸附材料。本文首先对MEA吸附CO2的过程进行了理论计算。并将对MEA的计算方法应用于一级胺和二级胺类化合物，用于寻找有机胺类化合物吸脱附CO2的规律，具体研究内容及结论如下：　　 1、CO2分子进攻MEA氨基过程中，随着碳氮键距离的逐步缩短，体系的势能逐渐降低，说明MEA分子吸附CO2分子的过程是一个热力学自发过程，且不受动力学因素的控制。MEA吸附CO2的机理一直以来存在两种不同的理论。一种是氨基甲酸机理，另一种是两性离子机理。本文分别对这两种机理进行了模拟计算，结果表明，氨基甲酸机理过程中控速步骤的活化能为11.72kcal·mol-1，两性离子机理过程中控速步骤的活化能仅为1.14kcal·mol-1，因此氨基甲酸机理过程需要的活化能远远大于两性离子机理所需要的活化能，两性离子机理更符合实际。进一步分析MEA和CO2的前线轨道发现，MEA分子的HOMO轨道与CO2分子的LOMO轨道相匹配，易于成键形成两性离子。　　 采用MEA吸附CO2的模拟计算方法分别对一级和二级胺类化合物吸脱附CO2的性质进行了模拟计算。　　 2、首先选择乙胺(EA)作为代表对一级胺类化合物进行研究。通过对EA分子和CO2分子的前线轨道进行比较发现，EA分子的HOMO轨道主要集中在氨基氮原子上，CO2分子的LOMO轨道主要集中在碳原子上，他们之间符合对称性匹配，易于成键，形成两性离子。为了使结果更准确，本论文同样对EA吸附CO2的两种机理进行了模拟计算比较，结果发现两性离子机理需要的活化能低，且为放热反应，因此两性离子机理的反应过程易于发生。两性机理过程中控速步骤的活化能仅为1.11 kcal·mol-1，几乎不需要越过任何能垒，此过程是热力学自发过程，而非动力学控制过程。因此，在寻找有机胺类化合物吸脱附CO2的规律时仅考虑热力学因素，而忽略动力学因素。　　 3、把EA分子β碳上的三个氢原子分别被不同数目的CF3、CH3取代，分别对吸附CO2过程的各个阶段进行了模拟计算。EA分子吸附CO2分子形成两性离子过程中，吸附热先增加后减少、CO2分子的键角为先减小后增大、氮原子的电荷密度以及碳氮键的距离也是先减小再增大。不难理解，当β碳上三个氢原子分别被不同数目的CF3、CH3取代时取代基的电负性呈规律性变化，不同电负性的取代基会使氨基氮原子的电负性发生变化，从而影响吸附热等性质的变化，但由于空间位阻的影响使上述参数的变化都出现了反常。　　 4、把EA分子β碳上的三个氢原子分别被不同数目的CF3、CH3取代，对整个反应过程的反应热随氮原子上电荷密度的变化而变化的规律进行了计算，结果发现，反应热与氮原子上电荷密度的变化呈很好的线性关系。此过程的活化能数据很小，说明此反应过程是热力学自发过程，非动力学控制过程。　　 5、选择二乙醇胺(DEA)作为二级胺类化合物的代表进行模拟计算。DEA分子的HOMO轨道主要集中在氨基氮原子上，CO2分子的LOMO轨道主要集中在碳原子上，他们之间符合对称性匹配，易于成键形成两性离子。通过对DEA吸附CO2的模拟计算发现，二级胺类化合物吸附CO2过程也是遵循两性离子机理。当二级胺类化合物上与氨基直接相连的两个基团分别被不同的取代基取代时，整个反应过程的反应热随氨基氮原子电荷密度的变化而呈很好的线性关系。　　 6、二级胺类化合物吸附CO2的过程中两性离子转化为正负离子盐过程的活化能很高。因此，在研究二级胺类化合物吸附CO2的性质时必须考虑动力学因素的影响。本文计算了两性离子与另一分子胺类化合物反应生成正负离子盐过程的活化能和反应热，结果表明，此过程的活化能与反应热之间呈线性关系。但这种线性关系受到空间位阻、氢键等多种因素的影响。因此，本文未将活化能与反应热之间的线性关系作为寻找新的CO2吸脱附材料的依据。　　 7、通过对一级胺、二级胺类化合物吸附CO2规律的研究，分别建立了这两类氨基化合物的氨基氮原子上的电荷密度与吸附CO2过程的反应热之间的关系。因此，可以通过改变氨基取代基的电负性来改变氨基氮原子上的电荷密度，进而改变整个反应的反应热，使之与MEA和DEA吸附CO2的反应热相比较，当某一物质的反应热比MEA和DEA的反应热小时，脱附CO2需要的能量就会比MEA和DEA脱附CO2所需要的能量低。如果其它性质如溶解度、循环性能等也很好，这种物质吸脱附CO2的性质就有可能比MEA和DEA更优越。　　 通过改变不同的取代基，调节CO2吸附过程的反应热，并同MEA和DEA的反应热数据进行比较，为寻找性能更优越的有机胺类化合物吸脱附CO2的材料提供理论指导。