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锕系水溶液化学是锕系化学研究体系中十分重要的部分,由于锕系元素常常在水溶液中表现出多变的氧化态和存在形式,因此锕系水溶液化学的研究相当复杂。本论文利用密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟的方法,对铀酰和镎酰等重要锕系化合物在水溶液中的几何结构、电荷分布、热力学和动力学等物理化学性质进行了计算模拟和理论研究。论文主要分为两部分:1)与海水提铀相关的[UO2（L）（H2O）n]0/+铀酰配合物研究,2)铀酰和镎酰碳酸盐水溶液体系的MD模拟。铀在海水中的储量达到了四十五亿吨,但是相比于海洋的海水总量,其浓度依旧很小。因此,如何从海水中高效地提取铀是核工业中的重要课题。目前使用的方法中,配体吸附法比较有效,然而仍然存在配体效率不高的问题。本论文以[UO2（L）（H2O）n]0/+铀酰配合物为模型,研究了以乙酸根、碳酸氢根、碳酸根、乙偕胺肟、环戊二偕胺肟等离子为配体的配合物的结构与性质。通过分析其几何结构、红外振动频率、自然电荷分布、键级等性质,发现了偕胺肟基配体在配位时给出更多的电子,与铀酰结合更紧密,结构更加稳定。通过对配体取代水合铀酰离子中配体水的反应进行热力学和动力学计算,发现偕胺肟基配体相比于羧酸基配体在热力学上更有优势,但是,由于具有较高的反应能垒,因此在动力学上反应很慢,效率不高。该部分的研究为设计、分析和筛选海水提铀所用的优良配体,提供了一定的理论依据。铀酰在海水中的主要存在形式是[UO2（CO3）3]4-离子,而使用量子化学的方法进行计算,虽然能够更加准确的获得铀酰配合物的结构和性质,但是由于只能采用溶剂化模型考虑溶剂的影响,对溶剂分子的考虑不足。本研究采用MD模拟的方法,使用经过参数优化的AMBER力场,对铀酰和镎酰碳酸盐的水溶液体系进行了模拟。通过对模拟结果进行径向分布函数（RDF）分析,我们得到了其在水溶液中的配位结构,并比对EXAFS实验结果,发现结果吻合良好,表明该方法和所用力场的可靠性。此外,通过RDF分析,给出了配合物第二配位层的水分子数目,为进一步使用显式溶剂分子进行量子化学计算和从头算分子模拟计算提供了模型。最后,经过统计分析体系的能量,证明抗衡离子Ca2+的存在使得体系能量降低,自然环境下水溶液中铀酰配合物阴离子周围应有Ca2+等阳离子的存在。