褐煤作为储量丰富的化石能源，在未来能源需求上将扮演十分重要的角色。煤是由多个结构相似的基本结构单元通过桥键连接而成的大分子网状结构的混合物，其分子结构和相关的物理化学性质还不是很清楚。量子化学计算作为分子水平上研究复杂体系的理论工具，在煤诸多性质的研究中逐渐获得应用。本文通过密度泛函计算，对褐煤模型化合物与水的相互作用及热解特性进行了理论研究，获得的主要结果如下:(1)褐煤中不同类别官能团与水的相互作用能存在差异，其强弱顺序依次为：羧基>酚羟基>羰基>苯环。随着吸附水分子数目的增加，分子间的相互作用能由于协同效应明显增加。水分子以团簇的形式聚集在煤模型分子周围，复合物中水分子团簇的结构特点明显有别于单纯的水分子团簇，尤其是(H2O)4以后，四元环状构型是其最典型的一种存在方式。(2)以单壁碳纳米管(SWCNT)作为简单的孔结构模型化合物，探讨了受限环境对水分子特性的影响。与未受限环境相比，SWCNT内水分子的排列更为简单有序，如受限(H2O)6能形成单链锯齿型水分子构型。SWCNT与水分子的相互作用主要包括H···π氢键作用和O···π轨道相互作用。正是这两种作用的存在使水分子的电子密度ρ发生重整，进而导致O-H伸缩振动频率发生红移，同时使得水分子的小部分电荷转移到SWCNT上。(3)理论上研究了褐煤模型化合物中不同类别含氧官能团的可能脱出通道。结果显示，不同类别含氧官能团脱出方式和活化能存在差异，即使同一个交联反应，可能存在多个反应通道。不同通道的过渡态结构不尽相同，一般为四元环或六元环结构。同时，水分子可作为质子传递体参与含氧官能团脱出反应，降低反应活化能。此外，金属离子的存在也能一定程度降低含氧官能团脱出反应的活化能。(4)研究了褐煤典型结构单元中不同类型桥键的裂解性质，探究了周围取代环境对其桥键离解焓的影响。对于选定的73种褐煤模型化合物，α-O-4和β-O-4类模型化合物中C-O的平均离解焓分别为51.0kcal/mol和66.1kcal/mol，α-β类模型化合物中C-C的平均离解焓为66.2kcal/mol。苯环的邻对位存在给电子基团(如-CH3、-OH和-OCH3等)时，能显著降低C-O的离解焓，而吸电子基团(如-COOH)则增加其离解焓。取代基效应对C-C离解焓的影响也符合相似规律。