异丁烷（C4）烷基化产物是一种理想的车用汽油调合组分。复合离子液体（CIL）、基于酰胺-Al Cl3的类离子液体（LCC）被过渡金属氯化物（Cu Cl、Ag Cl）修饰,用于催化异丁烷/2-丁烯的烷基化反应,可以生成具有不同产物结构的高品质烷基化物。与传统强酸催化剂（H2SO4、HF）相比,这些新型催化剂具有腐蚀性低、常温反应、无废酸与无有害排放等优点。近年来,新型烷基化催化剂得到了广泛的研究。尽管研究者对新型烷基化催化剂的烷基化反应机理进行了实验与模型研究,但基于离子液体,特别是复合离子液体烷基化的催化机理研究尚未明确定论,催化剂的电子构型分析也未深入讨论,而对离子液体路易斯酸度的研究更是少见。为此,本文采用实验与理论计算相结合的方法,深入探讨了离子液体及类离子液体催化剂的C4烷基化反应性能;通过理论计算分析了复合离子液体的电子构型和催化机制;并用实验和理论计算的方法对离子液体的相对路易斯酸度进行了定量分析。结果表明:1.硫酸等传统强酸催化异丁烷/2-丁烯烷基化,产物非常复杂,催化剂没有定向选择性,目标组分三甲基戊烷的含量不高。与之类似,单纯的氯铝酸盐离子液体以及类离子液体的催化选择性也不高。只有经过过渡金属氯化物（Cu Cl、Ag Cl）改性后的复合离子液体（CIL）及类离子液体催化剂才能表现出较高的三甲基戊烷选择性。2.系统分析了经过Cu Cl改性后的复合离子液体的电子结构,具体分析了含Cu离子液体中复杂物种（如[Cu Al Cl5]-、Cu Cl-C4H8、[Cu Al Cl5-C4H8]-）对烷基化反应的影响。发现当氯铝酸离子液体、Cu Cl及反应原料混合后,2-丁烯向离子液体的电荷转移会显著增加,而Cu Cl为电荷转移提供了新通道。此外,含Cu物种调节了离子液体的酸性,使得离子液体有更为广泛的酸度梯度,并对C4H8产生吸附和活化作用。在DOS光谱中,观察到Cu Cl在氯铝酸离子液体中会形成不同的结构,并对HOMO轨道进行不同程度的填充。3.本文使用密度泛函（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟探讨了离子液体烷基化的复杂反应过程。在过渡态理论的基础上,详细讨论了异丁烷-异丁烯烷基化的三个基元反应。通过过渡态研究,分析了目标产物和副产物的形成机制。发现在纯氯铝酸离子液体中,氢转移直接发生在异丁烷和C8+正碳离子之间。尽管复合离子液体中的Cu物种没有显著提高氢转移的反应速率,但它们会强烈抑制C8+正碳离子和异丁烯的聚合。复合离子液体催化烷基化反应的高选择性是氢转移反应与聚合反应激烈竞争的结果,因此Cu物种对于C4烷基化选择性的提高是必不可少的。4.本文采用模拟计算的方法对离子液体红外光谱模拟结果进行了详细的讨论,通过从头计算分子动力学（AIMD）方法模拟得到的离子液体红外光谱与实验谱图相试程度很高。更为重要的是,模拟红外光谱能够具体分析阴、阳离子对应的谱峰,进而详细描述了离子液体的结构与组成。此外,通过模拟计算还可以分析离子液体的路易斯酸度强弱顺序,为定量揭示催化活性强弱提供了便利。