30%乙醇胺水溶液作为CO2捕捉材料的基准物能够高效吸收C02,但主要的缺点是再生能耗高。因此,设计再生能耗低的新型高效胺溶液成为目前国际研究的一个热点。充分理解胺溶液吸收CO2化学过程是设计高效胺溶液的关键。以前的研究只关注胺结构对胺和CO2反应热力学的影响,而在胺结构导致反应热力学发生变化的同时,反应动力学及不同反应路径之间的竞争可能会发生变化,这将反过来影响胺的吸收性能。因此,考虑胺结构对胺与CO2反应动力学的影响十分必要。另外,虽然胺溶液捕捉材料还在设计当中,但是面对高的碳排放税收,挪威、美国、加拿大等国家已计划使用胺类材料实现CO2减排,考虑到将来大规模推广,许多研究者开始关注胺类CO2捕捉材料的环境风险。本文围绕胺结构对反应动力学影响及形成致癌性亚硝胺的环境风险,开展如下研究：在胺溶液吸收CO2动力学方面,选择取代的单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)为模型化合物,采用量子化学计算方法研究了胺的结构对胺与CO2反应动力学及三条典型反应路径之间的动力学竞争的影响。研究表明,伯胺与CO2反应生成氨基甲酸盐是最可行的反应通道,其次是生成碳酸氢盐,而生成氨基甲酸难以实现。同时,我们发现反应能垒与胺的pKa值成负相关关系,生成氨基甲酸盐与碳酸氢盐反应通道之间的动力学竞争随pKa值改变而改变：碱性越强,反应能垒差越小。此外,反应能垒除了与胺pKa值相关外,还与胺的分子结构相关,比如分子内氢键。因此,我们提出通过控制胺的pKa值及微观结构可以调控胺和CO2的产物分布。仲胺的研究结果与伯胺相似。在形成致癌性亚硝胺的机制方面,以二元胺哌嗪(PZ)为模型化合物,选取NO2-、N2O3两种亚硝化试剂,计算研究PZ与CO2反应中间体(单质子化哌嗪(PZH+)、哌嗪单氨基甲酸盐(PZCOO-)、哌嗪单氨基甲酸(PZCOOH)、质子化哌嗪单氨基甲酸(PZ(H+)COOH)、哌嗪双氨基甲酸(PZ(COOH)COOH)、哌嗪氨基甲酸盐化氨基甲酸(PZ(COO-)COOH))对生成具有潜在致癌性亚硝胺的影响。研究发现,PZ及其与CO2的反应中间体与NO2-反应均需克服很高的反应能垒(>38.0kcal/mol)。因此,NO2-对于形成亚硝胺的贡献很小。对于N2O3,尽管所有反应中间体的亚硝化反应能垒与PZ相比升高,但反应能垒仍然很低,因此,能够生成亚硝胺。另外,我们考察了CO2对亚硝化试剂的影响,研究发现CO2仅与NO2-反应生成ONOCa-,不与N2O3反应。在几个中间体与ONOCO2-亚硝化反应中,PZH+、PZCOO-的亚硝化反应能垒比PZ低,而PZCOOH的亚硝化反应能垒比PZ高。因此,PZ及其与CO2的反应中间体,主要是通过与ONOCO2-及N2O3反应生成亚硝胺,并且PZ与CO2反应中间体对亚硝胺的形成有重要影响。