清洁能源和环境污染是当今世界各国都要面对和解决的问题。在发展清洁能源和减少碳排放方面，离子液体作为一种新型的绿色溶剂，在燃料电池和二氧化碳回收中具有广阔的应用前景。作为Br(o)nsted酸非水质子传输体系，咪唑阳离子可以在液体咪唑和质子型离子液体中充当质子媒介，在高温燃料电池中发挥作用。咪唑阴离子型离子液体具有对二氧化碳1∶1的化学吸收摩尔比，并且其黏度在吸收二氧化碳后降低。由于非水体系中质子传输机理以及离子液体对二氧化碳的高效吸收的研究具有重要的科学意义及实际应用价值，本论文使用计算机模拟方法对质子在液态咪唑中的传输机理以及咪唑阴离子型离子液体的二氧化碳吸收进行了研究。　　作为一类典型的非水质子传输体系，液态咪唑中的质子传输主要基于Grotthuss机理。在本研究中，利用多态经验价键模型对液态咪唑中的质子传输进行分子动力学模拟发现，质子与咪唑分子结合形成咪唑阳离子，并与周围的咪唑分子形成类似Eigen的溶剂化结构。质子传输通过Eigen-Zundel-Eigen(EZE)机理，其中Zundel结构为两个咪唑分子共享一个质子。进一步的研究发现，液态咪唑中的质子传输是具有短时间和空间关联的局域行为，而第二溶剂化层的动力学性质是决定质子传输速率的关键。在液态咪唑中，阳离子的溶剂化层变化很快，很难形成稳定的质子链，这也解释了咪唑中质子传导率相对较低的问题。因此，阳离子周围稳定的第二溶剂化层对于咪唑质子传递具有重要作用。　　在上述工作的基础上，构建了液层模型来研究咪唑液体-真空界面体系的质子的溶剂化结构。对模型体系采用分子动力学模拟发现咪唑阳离子倾向于停留在液体本体当中，而不是在液体-真空的界面。在界面区域，中性咪唑分子和咪唑阳离子都倾向于咪唑环平行于界面的构象。这样的排列会诱导界面附近的氢键作用也发生取向。在界面区域和过渡区域，中性分子间的氢键取向和阳离子周围的氢键取向都倾向于平行于界面。由于真空具有非极性的特点，而咪唑沿其偶极方向形成的氢键是极性的，因而界面附近的咪唑更倾向于以偶极方向平行界面的方式排列，而这种构型对于本体中的正电荷中心向界面传递是不利的，这会导致质子更倾向沿平行于界面的方向横向扩散，而不是沿垂直于界面的方向扩散，因而降低了阳离子出现在界面的几率。瞬时界面的分析显示，当阳离子出现在界面表层会对抑制阳离子周围瞬时界面的涨落，这种局部有序性的升高会导致熵减，所以从熵的角度，阳离子不倾向于停留在液层表面。　　和传统的工业用二氧化碳吸收剂单乙醇胺水溶液相比，离子液体用作二氧化碳回收具有其独特的优势。而采用官能团修饰的功能型离子液体吸收二氧化碳往往会遇到吸收后体系黏度急剧增加的问题。根据实验测量发现咪唑阴离子型离子液体三己基十四烷基膦咪唑酯在吸收二氧化碳后，体系的黏度不仅没有上升，反而略有下降，这与其他大部分离子液体都不同。根据分子动力学模拟的结果，黏度下降的主要原因是吸收二氧化碳后，体系中粒子的平动和转动都得到了加速。结构分析显示吸收二氧化碳后阴离子结构的对称性被打破，而动力学分析则显示离子相互作用因为不对称的结构而使其中一端被减弱，因而导致了加速的动力学性质，在宏观则表现为体系黏度的降低。