生物能源是以生物质为原料生产适用于汽油和柴油发动机的一类重要可再生能源,其中,呋喃类第二代生物燃料由于能量密度高、抗爆性好、高沸点等优点,作为化石能源的潜在替代品,对减少化石燃料的使用具有重要意义。呋喃类生物燃料在燃烧过程中会产生大量的自由基、中间体,甚至激发态物种。目前,关于这些反应物种的激发态性质及其对燃烧过程的影响还不清楚,有待进一步的研究。此外,呋喃类燃料的燃烧涉及低温氧化过程,探明其反应机理及其热力学和动力学性质,有助于呋喃类燃料燃烧模型的建立和发展。本文采用高精度理论计算方法,对呋喃类燃料裂解过程中的主要自由基和中间体的结构与电子光谱性质进行了研究,并详细地讨论了 2-甲基呋喃低温氧化过程的微观机理和反应动力学性质。本论文主要研究内容和结果如下:（1）应用密度泛函理论和高精度波函数理论方法,对2,5-二甲基呋喃裂解过程产生的未开环自由基和中间体的电子结构、相对稳定性、电子光谱等进行了系统的计算研究。结果表明,2,5-二甲基呋喃和2-甲基呋喃甲基脱氢后的自由基比环上脱氢后的自由基更稳定,呋喃脱氢生成的两个C4H3O自由基稳定性相近,而呋喃加氢反应生成的C4H5O-2比C4H5O-3更加稳定。预测的电子光谱显示,呋喃、2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃的最低激发态是里德堡态（3s）,且呋喃环上的甲基可以降低相应的激发能。这些裂解物种的一些较低价激发态和里德堡态出现在可见光区,有可能参与呋喃类生物燃料的燃烧过程并影响其化学反应动力学。（2）通过广泛的理论计算,研究了呋喃类燃料燃烧裂解过程中的一些开环自由基的激发态及光谱性质。结果表明,呋喃、2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃形成的最稳定开环自由基分别为单电子在离域π轨道上的1-C4H5O-2、2-furylCH2和4-C6H7O。计算结果显示,一些低能自由基的较低激发态在可见光范围内,它们很可能参与到燃烧过程中。进一步的面跳跃激发态动力学模拟揭示,对于呋喃开环形成的最稳定自由基1-C4H5O-2,89.9%的轨迹在经历平均384 fs后从22A"（π1π*2）态失活到12A1（n1π*2）态,随后有81.2%的轨迹平均经历114 fs后从12A’态来到基态。在经历1000 fs后,有约18.8%的轨迹依然停留在激发态,因此,燃烧过程主要由基态物种的反应主导,但激发态对燃烧过程也有一定贡献。（3）采用密度泛函理论和G4组合方法并结合动力学模拟,系统地研究了2-甲基呋喃低温氧化过程的机理及对应的热力学和动力学性质。研究发现,2-甲基呋喃脱氢自由基主要为环外甲基脱氢形成的furylCH2,它与O2加成可以生成三种不同的过氧自由基PO1、PO2和PO3。这些过氧自由基经过氢转移过程并伴随着OH的离去和碳氧双键的形成而产生醛或酮,醛和酮可以在OH的作用下发生裂解而生成更小的分子碎片。基于G4方法预测的热力学参数并结合过渡态理论和RRKM方法,计算了反应速率常数,讨论了温度和压力对速率常数的影响。动力学模拟表明,低温氧化过程的主要产物P1来自于PO1的氢转移和脱羟基过程,尽管温度和压力可以在一定程度上影响产物比例和反应速率,产物P1的比例始终高于96%。