CO2是大量存在的温室气体之一,导致了许多严重的环境问题,如何减少大气中CO2的含量越来越受到人们的关注。CO2也是一种丰富廉价且易获取的C1资源,使用CO2合成实际有用的化工产品既有利于改善CO2导致的温室效应,还能解决碳资源匮乏的问题。但是使用二氧化碳作为原料的工业生产过程较少,环氧化物与CO2的环加成反应生成五元环状碳酸酯则是其中最具潜在价值的反应之一。由于CO2化学性质稳定,这一过程通常需要在催化剂的存在下完成。本文选取的催化剂分别是羟基功能化离子液体和羧基功能化离子液体,这些离子液体催化剂对于该环加成反应都表现出了高选择性和高产率。本论文的研究工作不仅可以详细了解反应机理,还可以为新型功能化离子液体催化剂的设计提供理论依据。1.研究了HEMIMC催化CO2与PO环加成反应的机理。利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下计算了所有驻点的平衡构型,包括反应物、产物、中间体和过渡态,在同一水平下通过振动频率的计算确定驻点的性质与零点能(ZPE)。从鞍点出发连接两个极小值点的最小能量反应路径(MEP)由内禀反应坐标(IRC)理论得到,在B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平下进行了能量校正。结果发现反应机理从无催化剂时的一步反应机理变为催化剂作用下的多步反应机理。总共找到的七条反应路径中,两步机理路径的步骤为环氧化物开环和环状碳酸酯成环,三步反应机理路径的步骤为环氧化物开环、CO2插入和环状碳酸酯成环。最优路径决速步的能垒为17.63 kcal/mol,开环和成环的能垒相近,都有可能成为决速步。研究表明氢键和阴离子的亲核进攻是促进该反应的两大主要因素,Cl-亲核进攻使开环变得更容易,氢键有利于中间物和过渡态的稳定,特别是HEMIMC上的-OH基团参与形成的氢键。最后,还研究了不同的阴离子对于催化剂催化活性的影响,发现阴离子的改变对催化活性的影响较小。2.研究了一系列羧基酸性功能化离子液体催化剂催化CO2与PO固定反应的机制。利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下优化了所有稳定点(反应物、产物、中间体和过渡态)的平衡构型。在相同的水平下,进行频率的计算以判定驻点的性质和进行ZPE能量校正。虚频的数目用于判断优化的结构是稳定点还是过渡态。从过渡态出发,通过IRC理论构建了MEP(最小能量路径)以确定过渡态连接的是两个稳定点。同水平下自然电荷的分析使用的是NBO方法。最后,在B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平下进行了能量校正。这些催化剂按照不同的阳离子结构与功能基团数被分成四组,并且仅对各催化剂催化该反应的最优(三步机理)路径进行计算。研究不同链长,阴离子和阳离子结构对催化剂效果的影响。结果表明阳离子上碳链的增长有利于提高催化剂活性,然而增大碳链的体积对催化剂活性的影响微乎其微。咪唑型阳离子的催化活性比吡啶型阳离子的催化活性好,并且双官能团较单官能团的催化效果好。