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离子液体是一种性能优异的新型溶剂及催化剂，它能够避免在使用和储运过程中因挥发而引起的污染，符合环保及可持续发展的需求，是20世纪以来最为引人关注的研究课题。离子液体与传统的溶剂不同的物化性质源于其不同的内部结构，也正是这些不同的微观结构决定了性质。对离子液体结构及内部相互作用的研究有助于获得与以往溶剂介质所不同的规律和知识。本文采用量子化学方法，使用Gaussian03软件包，对咪唑类和吡啶类离子液体离子对的结构及阴阳离子间的相互作用机理进行了研究。
论文首先采用从头算方法对离子对最稳定结构进行了大范围的筛选，获得相同条件下最为可能真实存在的结构。再采用密度泛函方法对筛选出的结构进行深入的研究和讨论，包括结构参数、相互作用能、电荷分布、红外光谱、自然键轨道分析、溶剂效应的讨论以及量子化学参数和熔点间的关联，研究内容如下：
1.1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子对的量子化学计算。从几何构型、相互作用能、电荷分布、红外光谱等方面详细考察了烷基的增长对离子对结构的影响。使用计算得到的量子化学参数与离子液体的熔点进行关联，讨论了各个参数与其熔点之间的内在关系。经研究，咪唑类离子液体中阴离子倾向与咪唑环上的2位C原子进行结合；离子对中存在着静电作用及氢键作用；随烷基的增长，阴阳离子的相互作用能分别是324.60 kJ/mol、322.68 kJ/mol、324.73 kJ/mol、323.82 kJ/mol和319.21 kJ/mol；离子液体的熔点与离子液体中电荷的分散程度有很大的关系。
2.吡啶类离子液体离子对结构及阴阳离子相互作用的量子化学计算。本文选取了乙基吡啶阳离子([EPY]+)与四种常见的阴离子Cl-、Br-、[BF4]-和[PF6]-组合成的离子对，对它们的气液两相结构进行详细的研究。采用自然键轨道分析对阴阳离子间相互作用方式的本质进行探讨，利用自洽反应场(SCRF)的导体极化连续模型(CPCM)考察了离子液体液态下的结构及阴阳离子的相互作用方式。结果表明，吡啶类离子液体中阴离子易在吡啶与烷基结合处的N原子附近与阳离子进行结合；阴阳离子间都存在着静电作用及氢键作用；四种离子液体气液两相的相互作用能大小分别为371.07kJ/mol、371.93kJ/mol、337.77 kJ/mol、313.51 kJ/mol和28.32 kJ/mol、42.62 kJ/mol、23.58 kJ/mol、21.21 kJ/mol；离子液体较高的极性引起了周围环境对阴阳离子电荷的中和作用，对阴阳离子间的相互作用有较大的影响，其表现为阴阳离子的电荷被部分中和，静电作用减小。
通过以上研究，本文讨论了两类离子液体离子对的结构特征，研究了离子液体内部的相互作用机理，为离子液体的微观结构研究以及离子液体的分子设计打下了坚实的基础。