以储量丰富的煤、清洁能源电解氢、工业废气中的一氧化碳及生物质资源为原料,开发性能稳定、使用安全清洁、可低成本、大规模生产的非石油基含氧燃料,全部或部分替代汽柴油等石油基燃料是保障我国能源安全和社会可持续发展的重要途径。通过合成气生产甲醇虽然成本低,但存在挥发性大、汽化潜热高、金属腐蚀性及与柴油互溶性差等先天不足,以及原料合成气中CO过量、H2不足,需要水煤气变换补氢的问题。合成乙醇等和低碳混合醇燃料同样需要补氢,且生产成本高,产能不足。为克服现有含氧燃料的不足,充分发挥已有生产平台和原料优势,减少我国对石油基燃料的依赖,本论文从分子合理设计层面提出了和初步证明了草酸混合酯是值得开发的理想燃料及线下能源载体,具有替代燃油和作为燃油添加剂的可行性。研究发现,草酸甲乙混合酯（mMEO）常温下为无色透明液体,包含一定比例的草酸二甲酯（DMO）、草酸甲乙酯（MEO）、草酸二乙酯（DEO）可单独或与汽油、柴油混合使用,是极具开发潜力的清洁安全、高性价比的含氧替代燃料。草酸酯可由CO与甲醇、乙醇等醇类在温和条件下合成。合成气的CO/H2比更适合草酸酯的合成,可节省水煤气变换和二氧化碳的分离排放的能耗物耗。主要原料CO还可来自于二氧化碳加氢,以及富含CO的高炉气、转炉气、黄磷尾气、电石气等各种工业尾气。氢气则可以从太阳能、风能、地热能等转化而来。同体积的H2和CO热值相近,两者都难以液化压缩,且CO是剧毒气体,存在安全隐患。草酸酯则是常温常压下可以储存的安全燃料。各种生物质能、电能通过转化为合成气或电解制氢气,再进一步合成草酸混合酯,可实现能量的安全大量储存。CO、H2通过化学转化成为安全的能源载体可以节省使用成本,实现安全方便储运。本论文主要研究内容及结论如下:（1）本论文提出了一种燃油选择的基本标准,对DMO、MEO和DEO等草酸酯的理化性能、比较优势、安全经济性、储能效率、理化性能、生产成本进行全面分析。通过低热值和有效能分析了燃料的储能效率。重点考察了 DMO、MEO和DEO等草酸酯的理化性能以及mMEO用于替代燃料的可行性。研究发现DMO的第二定律储能效率高于三聚甲氧基二甲醚和碳酸二甲酯。mMEO具有与汽柴油具有更好的混溶性及低成本生产优势,且闪点高,使用安全,汽化潜热低。mMEO碳链短,氧含量高,可有效降低碳烟形成。（2）系统地研究了中试产品草酸混合酯mMEO与汽油、柴油和各种烃类模型燃料的互溶性及各种理化性质。发现DMO中一半甲基被乙基取代时形成的mMEO混合体系可在-10℃以上与汽油互溶,在85℃以上与柴油互溶;而草酸甲丁混合酯（mMBO）在室温下与柴油具有较好的互溶性。本研究还以合成气制乙二醇的中间体DMO工业品为原料,研究和优化了与不同的醇酯交换反应,合成了系列草酸混合酯。在3000 L反应釜中进行了的mMEO的中试放大生产,得到了5吨左右的合格产品,进行了大量的应用实验。（3）通过分子动力学模拟,研究了草酸酯在弱极性烃类溶剂中的聚集现象及混合燃料体系的均方位移、自扩散系数、径向分布函数等性质,预测和分析了不同草酸酯的密度和溶解度参数。MEO形成聚集体的趋势在正己烷和两种异己烷中要大于1-己烯、甲苯中。溶液中一些草酸酯分子呈游离状态,部分草酸酯会形成不稳定的二聚体,以及三聚体。正丁醇和甲苯对MEO在正己烷中均有促进溶解的作用。根据RDF分析,正丁醇可以通过氢键与MEO的羰基氧原子配位。而甲苯与MEO的π相互作用较强,在正己烷溶液中甲苯更倾向于与MEO结合,降低了 MEO的自聚倾向。（4）通过汽油和柴油发动机的台架实验,测试了不同工况下不同含量的mMEO/汽油混合燃料以及草酸混合醇酯（mMAO）/柴油混合燃料使用效果。研究发现汽油中加入mMEO可以提高热效率,总体上降低CO排放,在一定条件下降低颗粒物PM2.5排放。20%的mMAO/柴油复合燃料的当量燃油消耗率和热效率与柴油接近。草酸酯可以降低柴油发动机的颗粒物PM2.5排放。mMEO对铜片的腐蚀试验测试结果符合国标规定,mMEO与汽油混合燃油对部分合成材料具有溶胀性。评价了 mMEO作为锅炉燃料在蒸汽发生器上的使用效果。