纳米二氧化硅溶胶由于价格低廉、易于制备,常用于化工生产、生物医药、土壤污染治理等领域。然而,纳米二氧化硅溶胶有自发凝胶化的趋势,从而影响其应用性能。因此,弄清纳米二氧化硅溶胶的凝胶化过程和机理及其影响机制,对于快速、有效调控溶胶的稳定性具有重要意义。目前,仅通过实验研究还难以从微介观角度深入了解凝胶过程和影响机制。本论文采用分子动力学模拟方法,研究了纳米二氧化硅溶胶的凝胶化过程和机理,探究了几种常用添加剂对凝胶化过程的影响机制。在模拟结果基础上通过实验筛选了几种添加剂,并验证了添加剂对溶胶稳定性的影响。首先,通过构建纳米二氧化硅界面凝胶化模型,模拟了纳米二氧化硅溶胶的交联反应,探究了纳米二氧化硅溶胶的凝胶化机理。界面凝胶化模型采用片层二氧化硅晶体模拟两个靠近的纳米二氧化硅颗粒,模型排除了热运动与曲面晶体的基团分布差异对凝胶化过程的影响。根据模拟结果认为,溶胶-凝胶转变过程主要包括四个阶段:（1）在溶液中游离的正硅酸通过缩聚反应生成多聚体,正硅酸电离产物Si（OH）3O-与纳米二氧化硅颗粒表面的硅氧基缩聚,逐渐生成突出于颗粒表面的硅氧链,该阶段为溶胶-凝胶转变过程的控制步;（2）溶液中正硅酸多聚体与硅氧链交联,使硅氧链逐渐向溶液中生长;（3）硅氧链间相互缠绕并发生交联反应,连接纳米二氧化硅颗粒;（4）连接纳米颗粒的硅氧链逐渐形成三维网络状结构,使体系凝胶化。基于溶胶向凝胶转变过程机理,探究了硅羟基电离作用对凝胶化过程的影响。硅羟基电离度增加,颗粒表面可供反应的硅羟基数量减少,同时阻碍正硅酸靠近固体表面,进而抑制凝胶化过程,有利于溶胶的稳定。而游离正硅酸电离的产物Si（OH）3O-将促使硅酸靠近纳米二氧化硅颗粒,促进硅氧链的生成。且Si（OH）3O-缩聚成为硅氧链的一部分时,将提升硅氧链刚性,减小硅氧链分叉生长,使硅氧链快速向溶液中延伸,加速溶胶的凝胶化速率。因此,适当提升颗粒表面硅羟基的电离度、降低正硅酸的电离度,可减缓溶胶的凝胶化过程。结合纳米二氧化硅溶胶的凝胶化过程和机理,探究了盐、醇与表面活性剂对凝胶化过程第（1）阶段的影响及作用机制。通过分析添加剂对二氧化硅表面组分分布、氢键形成概率和氢键寿命的影响,阐明单一添加剂对体系凝胶速率的影响。盐主要改变二氧化硅颗粒表面附近溶液组分分布从而影响溶胶的凝胶化速率。盐对凝胶化速率的影响与阴阳离子种类有关,不同阴阳离子吸附于二氧化硅表面形成的双电层吸引（或排斥）Si（OH）4和Si（OH）3O-靠近（或远离）二氧化硅表面,进而加速（或减缓）凝胶化速率。在溶胶中添加醇后,醇羟基与二氧化硅表面硅羟基形成氢键,醇吸附于二氧化硅颗粒表面,降低了表面Si（OH）4的浓度,从而显著减缓溶胶的凝胶化速率。阴离子表面活性剂由于不能有效靠近二氧化硅表面,因此对凝胶化速率的影响不显著。此外,还探究了盐、醇的结构对凝胶化速率的影响。正丙醇、亲电作用较强的阳离子和亲核作用略强于Si（OH）3O-的阴离子组成的盐减缓凝胶速率的效果较好。进一步探究了盐（NaCl、NaNO3）与正丙醇、盐（Na Cl、Na NO3）与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）,以及正丙醇与SDS的复合添加剂对凝胶化的影响。根据复合添加剂对Si（OH）4和Si（OH）3O-在二氧化硅表面吸附量的影响情况来反映体系凝胶化速率变化。单独添加正丙醇时能显著减少Si（OH）4在二氧化硅表面的浓度,但是会使Si（OH）3O-在二氧化硅表面的浓度略微增加,而阴离子NO3-则能显著减少二氧化硅表面附近Si（OH）3O-的浓度。因而,正丙醇与Na NO3复配能同时降低二氧化硅表面Si（OH）4和Si（OH）3O-的浓度,进而显著减少体系的凝胶化速率。SDS和Na NO3复配促进了SDS在二氧化硅表面的吸附,降低二氧化硅表面Si（OH）4浓度,因而能减缓溶胶的凝胶化趋势。正丙醇与SDS复配对于溶胶的凝胶化速率影响不明显。最后,在模拟结果基础上,筛选了多种添加剂,通过测定纳米二氧化硅溶胶中加入添加剂后黏度、ζ电位和凝胶时间等的变化,探究了添加剂对纳米二氧化硅溶胶凝胶化的影响。实验结果与模拟预测基本一致,即正丙醇、表面活性剂可有效提高溶胶稳定性,正丙醇和表面活性剂复配使用可进一步抑制溶胶向凝胶的转变。本研究将计算机模拟、理论分析和实验相结合,深入探究了纳米二氧化硅溶胶向凝胶转变的过程和机理,以及几种常用添加剂及其复合添加剂对溶胶向凝胶化转变的影响机制。研究结果对于有效提高纳米二氧化硅溶胶的稳定性、筛选合适的抗凝胶化添加剂提供很好的理论指导。