离子液体作为一种新型溶剂,由于其电化学窗口宽,电导率高,蒸汽压低,结构性质可调,品类丰富等诸多优点,近年来受到广泛关注,成为挥发性有机溶剂的优良替代品,有望应用于气体吸收、热传导、润滑、颗粒分散、材料制备、纤维素预处理和催化介质等领域。离子液体的这些优良特性是与其复杂的分子相互作用分不开的,如阴阳离子间的长程静电作用以及多种形式的氢键。分子模拟作为最直接的原子尺度研究手段,非常有助于厘清离子液体和其他溶剂、溶质间相互作用。本工作着眼于离子液体与固体界面,选择了两种有重要应用背景的物质,即纤维素晶体和碳纳米管,通过分子模拟研究界面处几个分子层厚度内的微观行为。本研究对于离子液体的溶剂选择和分子设计,以及界面传质机理都有重要的参考价值。第二章利用纤维素的晶体结构数据构建其表面,通过分子动力学模拟对离子液体[Bmim]Cl,[Emim]Cl,[Omim]Cl,[Bmim][BF4]与其形成的界面进行模拟,在分子水平上揭示了其微观结构,并探讨了纤维素溶解的作用机制。提出用离子液体中各组分与纤维素表面的相互作用能量分布(Pair Energy Distributions, PED)作为表征其溶解能力的定量特性,发现阴离子起决定性作用,其中氯离子与纤维素的平均作用能达到-33.4kcal/mol。对不同离子液体的模拟结果表明PED能正确反映其纤维素溶解能力,与相关的实验结果取得很好一致。进一步的氢键分析表明纤维素表面的羟基与阴离子形成多种形式的氢键,平均每个葡萄糖单元有大约有0.58个氢键。众所周知,离子液体粘度普遍较高,严重阻碍了纤维素的溶解过程。加入其他小分子溶剂能够显著降低粘度,提高传质速率。第三章在上述模拟基础上加入两种溶剂,即水和二甲基亚砜(DMSO),研究其对纤维素与离子液体界面的影响。结果表明水和DM SO对阴离子和纤维素之间的PED产生不同的影响：水分子使得其PED在较低作用能处出现明显峰,导致其平均作用能减弱8kcal/mol左右；而DMSO对其PED影响较小,在加入DMSO摩尔分数超过0.5以后,甚至会增强阴离子和纤维素之间的相互作用能。微观结构分析发现纤维素表面的氯离子与水分子氢键,削弱了其与纤维素表面羟基的氢键：而DMSO不能与氯离子形成氢键,而且其分布在氯离子外层,因为隔开了阴阳离子,间接增强了阴离子与纤维素表面的作用,对溶解纤维素有利,可以作为有效的共溶剂。第四章模拟了无限长碳纳米管与离子液体[Bmim][BF4]的圆柱形界面,以期获得离子液体分散碳纳米管的微观机制。发现离子液体中阴阳离子在碳纳米管周围都存在三个浓度较高的区域,并且阳离子的取向也高度有序,倾向于平行于碳纳米管。该模拟结果与固液界面的实验研究中报道的离子液体多层有序类固体结构相一致。为了直接从自由能角度探讨碳纳米管在离子液体中的分散,第五章通过加权柱状图抽样(Weighted Histogram Analysis Method, WHAM)的方法模拟计算了碳纳米管在离子液体以及其他溶剂中的平均力势。发现即使在离子液体中碳纳米管间吸引力仍然很强,通常需要借助于外力,如搅拌,超声,电场等方法加以分散。溶剂效应反映在平均力势曲线中是一个防止自聚的能垒,其数值越大表示分散体系稳定性越好。模拟结果表明碳纳米管在离子液体中该能垒约为在水中的三倍,说明离子液体是很好的分散剂。