煤炭是我国的主体能源，但煤炭资源总量的40％为低品质煤，针对这部分资源开展计算模拟研究，对煤化学的发展和煤资源提质与优化利用具有积极意义。煤是由多个结构相似的基本结构单元通过桥键连接而成的大分子网状结构的混合物，其分子结构和相关的物理化学性质还不是很清楚。量子化学计算作为原子分子水平上研究复杂体系的理论工具，在煤结构与性质的研究中逐渐获得应用。本文通过密度泛函计算，对几类代表性煤分子的结构、光谱性质、裂解性质和持水性质进行了计算研究，获得的主要结果如下:　　(1)通过理论计算，预测了四类典型煤模型分子的结构和光谱性质，结合相关的实验表征，构建了一类褐煤的结构模型，计算得到的光谱与实验光谱符合得较好。　　(2)调查了两类煤结构单元不同桥键裂解的热力学性质，预测了脱羧反应的活化能和大致热解温度，探明了周围官能团对煤热解行为的影响。计算表明，对于Ar-C-C-Ar结构，苯环上给电子取代基可以促进碳-碳桥键的断裂，而吸电子基则相反。脱羧反应的温度大概在300℃发生，与实验结果相近。　　(3)理论上，较系统地研究了煤分子结构中含氧、含氮等不同官能团与水分子的相互作用，预测了它们的持水性质，讨论了金属离子的存在对这些官能团持水性质的影响。结果显示，金属电荷越多，半径越大，就越难脱水。例如，在这四种离子存在下，脱水的难易顺序为:Mg2+＞Ca2+＞Na+＞K+。