膜分离技术具有耗能少、效率高等优点。由石墨烯层层堆叠形成的石墨烯膜具有丰富的二维纳米孔道,传质性能优异,且力学性能优秀、化学性能稳定,在海水淡化、水处理等领域均有广阔的前景。在纳米孔道传质研究方面,分子模拟可从微观角度观察离子、分子的运动,提供独特的深入见解。本论文使用分子动力学模拟研究石墨烯二维纳米孔道中离子输运机制,为石墨烯或其他材料的二维纳米孔道膜（二维膜）的设计提供理论指导,推动石墨烯二维膜实验和应用的发展。本论文主要研究内容如下。通过调整固定电荷力场（FF）中离子-石墨烯（C原子）作用参数εi-C,发展了新的离子-石墨烯作用力场(新εi-C参数),使分子动力学可准确模拟溶液中石墨烯与离子的相互作用（ion-π相互作用）。进一步把溶液中石墨烯-（单）离子平均力势（PMF）分解为离子-石墨烯相互作用的贡献（无水体系的离子-石墨烯PMF）和离子-溶剂相互作用的贡献(εi-C=0时溶液中的离子-石墨烯PMF)。进一步发现离子-水相互作用对溶液中石墨烯对离子的吸附有重要作用。在1 mol/L的石墨烯-盐溶液中,新εi-C参数模拟的阳离子和阴离子在石墨烯-溶液界面上都出现明显的吸附现象,且离子的吸附峰位置与溶液中石墨烯-（单）离子PMF的最小值位置一致。在石墨烯二维纳米孔道（高度为1.005 nm）中,水分子呈各向异性的双层排列,两层水中间的水密度低至体相溶液密度的1/4（即240 kg/m~3）。离子的分布由离子与水、石墨烯的相互作用共同决定,或集中分布在孔道中间,或接近水层。当离子半径较小且位于孔道中间时,离子第一水合层形状比较接近体相溶液中均匀分布的球形分布,离子受水分子作用力的大小接近其在体相溶液中的情况,水合层的水分子平均停留时间（τ）相对体相溶液的变化亦不大,因而纳米孔道中离子的受力自相关函数（FACF）也相当接近体相溶液中的FACF,离子扩散率变化不大;反之,当离子半径较大或分布靠近水层时,受石墨烯孔道壁影响,其水合层结构呈分层排列,被压缩成一个（离子靠近水层）或两个圆环（离子位于孔道中间）,水合层τ比体相溶液显著增大,因而离子周围水分子构型的时间关联及离子受力的时间关联都增强,离子FACF的尾部增大,进而FACF积分（反映离子运动受到的阻力）增加,离子扩散率下降,接近其在体相溶液的扩散率的0.78倍（纳米孔道水分子扩散率与体相溶液水分子扩散率之比）。进一步模拟研究还发现,分子动力学模拟的离子体相溶液扩散率与相应实验值一致,验证了本论文力场和模拟方法的准确性;无论是体相及石墨烯纳米孔道中,离子扩散率和离子淌度都符合斯托克斯公式。此外,在纳米孔道中,离子受力主要来自离子与其水合层即近处水分子的相互作用,但离子水合层以外的（远处）溶剂分子对离子FACF也有十分重要的影响。降低石墨烯纳米孔道中的水密度后,水分子扩散率增大,离子水合层的τ变短（离子受水分子作用力基本不变）,离子周围水分子构型的时间关联以及离子受力的时间关联都减弱,因而离子FACF的尾部变小,运动阻力减小。