室温离子液体(Room Temperature Ionic Liquids)一般是由特定的体积相对较大结构不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子构成的低温熔盐。它具有较高的热稳定性、良好的导电性、宽的电化学窗口、宽的液态温度区间、可以忽略的蒸汽压和特殊的溶解性能等优点。在绿色化学的兴起，产业结构调整对传统材料和生产过程提出挑战的今天，离子液体已经成为了一种新型的可以替代传统有机溶剂的“绿色溶剂”。　　 众所周知，当离子液体溶解于水中，能够一定程度的降低水的表面张力，表现出较强的表面活性，这说明离子液体组分易于自发在气-液界面上发生正吸附。表面活性剂在气-液界面上吸附的理论研究已有文献报道，但离子液体在气-液界面吸附行为的理论研究却未引起研究人员的广泛关注。本论文的目的是，从理论上研究离子液体阳离子与水分子的相互作用，揭示不同类别离子液体在气-液界面上的吸附现象与本质，为新型离子液体的研究，以及在催化反应中的综合应用提供理论依据。本论文主要分为三个部分:　　 (1)用量子化学方法，研究硝酸正丁胺和硝酸三乙胺2种离子液体阳离子与水分子形成水合物的电子结构和热力学性质，计算水合物形成过程的标准摩尔反应焓变和标准Gibbs自由能变。期望从获得的极性头结构参数及电荷、氢键强度、标准摩尔反应焓变和标准Gibbs自由能变数据，表明硝酸正丁胺和硝酸三乙胺中的阳离子水合过程是一个自发的放热过程。　　 (2)通过B3LYP/6-311+G方法，研究N-丁基吡啶类离子液体阳离子水合物稳定构型和水分子自缔合物稳定构型。对它们稳定构型进行了极性头的氢键分析、结合能和热力学分析，结果表明N-丁基吡啶类离子液体阳离子极性头与水分子以氢键形式构成水合层，水分子直接与极性头形成的氢键比水分子间形成的氢键弱。N-丁基吡啶类离子液体阳离子在气-液界面吸附主要是极性头提供了与水分子间相互作用的作用力。　　 (3)用量子化学方法研究了1-丁基-3-甲基咪唑离子液体阳离子水合物和水分子自缔合的结构和热力学性质，由此计算了水合物形成过程的标准摩尔焓变和吉布斯自由能变。从获得氢键强度、标准摩尔焓变和吉布斯自由能变数据，可以看出1-丁基-3-甲基咪唑离子液体阳离子的水合过程是一个自发的放热过程，由此从分子水平上说明了离子液体在气-液界面上的吸附行为。