碳酰氟（CF2O）作为大气中重要含氟化合物,其广泛来源于大气中含氟烃类化合物及含氟烃类化合物衍生物的降解。因其分子在大气环境下具有较高的光稳定性与热稳定性,使得CF2O在大气环境中难以降解,其含量逐年增加,约占大气环境中无机氟化物的三分之一。近年,CF2O的水解反应被认为是大气中CF2O清除的重要途径之一。基于已有实验观测和初步的理论研究,本文采用量子化学计算和从头算分子动力学模拟深入研究了 CF2O的水解及催化水解反应。本文主要包含五个章。第一章综述了 CF2O在大气中的实验观测和理论计算的研究现状,明确了 CF2O水解反应研究的必要性和提出了本文研究目的;第二章介绍了本文所涉及的计算原理和模拟方法;第三章和第四章分别通过量子化学计算和从头算分子动力学模拟深入研究了 CF2O的水解及催化水解机理;第五章是对本文的总结与展望。主要有以下结论:（1）在 CCSD（T）/aug-cc-pVTZ//M06-2X/6-311++G（3 df,3pd）水平上研究了 CF2O的水解反应机理,并且考察了 H2O、碱（NH3和CH3NHCH3）以及酸（HCOOH、CF3COOH和H2SO4）分别作为催化剂时水解反应的反应机理。结果表明,CF2O的水解反应分为两个阶段且存在四个基本反应,第一阶段包含加成、消除和交换反应,第二阶段为消除（分解）反应。本章重点讨论了第一阶段中的加成反应,其反应能垒为39.3 kcal·mol-1。当加入催化分子后,其催化反应能垒显著降低至18.8～10.5 kcal·mol-1。由于催化剂分子性质上的差异,使得催化反应呈现出两种不同的机理,即碱催化发生二次电荷重排为异步协同机理,H2O与酸催化发生一次电荷重排为同步协同机理。此外,在280～320 K的温度范围内的速率计算中,H2SO4在CF2O与H2O的加成反应中具有最大反应速率系数（5.13 × 10-18～1.96 × 10-18 cm3·molecule-1·s-1）,然而在包含催化分子大气浓度项的相对反应速率计算中,高浓度HCOOH（2.61 ×1011molecules·cm-3）在催化中占主导作用,高浓度H2O（2.35× 1018 molecules·cm-3）次之。（2）在300 K下,采用从头算分子动力学（BOMD）模拟了 CF2O的水解及酸碱催化水解反应。模拟中发现未催化反应和H2O、碱（NH3）和酸（H2SO4）分别催化反应时,均未在10 ps内观测到反应的发生。模拟由酸-碱（NH3-H2SO4）联合催化剂构成的CF2O-H2O-NH3-H2SO4体系时,从初始结构开始,仅分别在1.34 ps和1.90 ps就观测到了加成和消除反应的发生,并且观测到联合催化剂在NH H2SO4复合物与（?）阳离子对NH4+/H2SO4-间的相互转换。在 CI-NEB（Climbing Image Nudged-Elastic-Band）方法构建的反应路径上发现未加入催化剂和加入单一催化剂时,反应存在着高达12.8～41.1 kcal·mol-1势垒,而当NH3-H2SO4作为催化剂时,反应几乎不存在势垒（～0.5 kcalmol-1）。此外,还考虑了联合催化剂NH3-H2SO4在气-液界面上的非均相催化反应。模拟发现,加成和消除反应均在5 ps内发生,并且还观察到气相中不存在的中间体HOCF2O-以及新的离子对NH4+/F-、H3O+/HOCF2O-。除催化剂参与外,界面上的H2O也参与了反应,承担H+的转移。这表明在实际的大气环境中,CF2O分子在气-液界面上的催化水解反应存在多条路径,其机理相较于气相反应更加复杂,这些反应更倾向于以离子反应的形式发生。这对未来在大气环境下气-液界面上的水解反应研究具有参考意义。