离子液体作为一种环境友好型的溶剂,其具有低熔点、低蒸气压、较宽的电化学窗口、可回收性、不可燃性和热/化学稳定性等优良性质,是许多能源应用的有前途的候选材料。一个特别有趣的例子是在下一代超级电容器中,离子液体（ionic liquids）作为电解质与石墨烯作为电极材料相结合进行探索。由于超级电容器中储存的能量主要取决于电极电解液界面,因此人们需要对石墨烯-离子液体界面有透彻的理解。振动光谱（vibrational spectrum）是一个显示固体和液体材料的结构特征的多功能工具,而基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）的仿真实验可以在微观尺度上更精确地研究离子液体的振动光谱。因此在本研究中,用DFT方法计算了离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate,[Emim][BF₄]）和石墨烯-[Emim][BF₄]在10³500 cm^-1范围的振动光谱,首次运用DFT计算系统地分析了石墨烯对[Emim][BF₄]的振动光谱的影响。研究发现振动峰位置发生移动的原因主要是由于石墨烯与[Emim][BF₄]之间的由色散主导的吸引作用改变了阴离子[BF₄]^-相对于阳离子[Emim]⁺的空间位置。[Emim][BF₄]在86.91、816.36和975.22cm^-1处振动峰的移动是由于吸附在石墨烯表面的[Emim][BF₄]的阳离子与阴离子之间的相互作用强度变弱(从-367.06到-356.06 kJ·mol^-1)引起的。[Emim][BF₄]在882.46、1145.49和3170.26 cm^-1处的振动峰位置移动较为明显,这主要是由于阴阳离子间氢键强度的改变引起的。[Emim][BF₄]在101.49、126.40、1070.20、1336.15、1402.15、1417.43、1455.58、1457.92、2955.87、2963.32、3034.01、3043.80和3054.38cm^-1处振动峰的移动则均是因为吸附在石墨烯上的[Emim][BF₄]的阴离子与阳离子之间的诱导作用增强(从-44.68到-45.42 kJ·mol^-1)而发生蓝移。用DFT计算研究并分析石墨烯对[Emim][BF₄]偶极矩的影响机理。偶极矩衡量正电荷分布与负电荷分布的分离状况,即电荷系统的整体极性。在对石墨烯上[Emim][BF₄]离子对的振动光谱研究分析的过程中发现,石墨烯对[Emim][BF₄]的电荷分布也产生了一定影响,通过DFT计算得到石墨烯上[Emim][BF₄]离子对的偶极矩由11.93增大到了14.46 Debye。进而基于分子中的原子理论（atoms in molecules,AIM）计算得到每个原子的偶极矩,对一些电子密度分布变化较为明显的原子详细分析了该原子附近的电子密度分布如何变化。研究发现石墨烯上[Emim][BF₄]的咪唑环的整体的电子密度分布朝着靠近石墨烯表面、远离阴离子的方向弥散,而阴离子上的电子密度分布则是向靠近石墨烯表面、远离阳离子的方向弥散,因此正负电荷中心的距离变大,所以偶极矩的方向发生改变、数值变大。进一步对得到的[Emim][BF₄]的AIM电荷进行分析,得到的结论与电子密度分析的结果一致。通过观察石墨烯上[Emim][BF₄]的偶极矩方向变化,猜测石墨烯与离子液体界面处离子液体形成一层离子层厚度的规律排布的结构正是由于石墨烯表面离子液体的偶极矩发生变化,即石墨烯-离子液体的偶极矩与石墨烯平面的夹角较小,是这一结构稳定存在的原因。本文通过讨论[Emim][BF₄]在石墨烯表面振动峰的移动来更好地理解石墨烯与离子液体间的相互作用,深入探究了石墨烯对[Emim][BF₄]离子对偶极矩的影响机理,对离子液体在工业生产中的设计和选择具有重要的指导意义。