一种基于MS软件的分子动力学模拟计算金纳米团簇熔点的方法

为考察MS（MaterialsStudio）软件是否能对金属或者合金催化剂在沸石等载体表面及孔道中负载及烧结等行为进行分子模拟研究。首次尝试利用MS软件、COMPASS力场以及软件自有分析手段对1．0～6．0nm7种不同粒径的金纳米团簇的熔点进行了模拟计算。模拟研究发现，可以通过系统的能量、径向分布函数、粒径大小以及定向相关函数随温度变化曲线的异变来联合判断纳米团簇的熔点范围，而其中定向相关函数法是全新且有效的方法。模拟得到的不同粒径金纳米粒子熔点与文献报道的经验式计算值具有一定的可比性，说明本工作所采用的研究方法是可靠的。

溶剂效应对手性咪唑衍生物对映异构体与固定相相互作用的影响

采用分子模拟方法研究了两类手性咪唑衍生物的对映异构体与多糖类手性固定相纤维素-三(4-甲基苯甲酸酯)(商品名称为Chiralcel OJ)的相互作用,结果表明,溶剂效应对两者的相互作用有显著影响.在强极性溶剂(溶剂A)条件下,与化合物的S型异构体相比,化合物的R型异构体与固定相间形成的复合物更稳定,即S型先出峰,R型后出峰,与文献报道的拆分实验结果完全吻合;在弱极性溶剂(溶剂B)条件下,两个化合物的R/S型异构体与固定相相结合的结合能差别不大,无法进行有效分离.模拟结果表明,对映体与固定相之间存在远程互相排斥作用,在强极性溶剂作用下,远程静电作用减弱,有利于对对映体与固定相立体相互作用的不同进行区分,从而区分对映异构体.能量分析结果显示,分子间的范德华能,尤其是其中色散能的大小决定了对映体在固定相上是否可有效分离.

混配柴油凝点及溶解度参数的分子模拟研究

石化柴油中添加少量生物柴油调配混配柴油是当前研究的一个热点。分别用单组分、3组分和5组分正构烷烃构建石化柴油模拟系统,以亚油酸甲酯(ML)构建单组份生物柴油模拟系统。按2%、4%、6%、8%和10%物质的量比添加ML于石化柴油模拟系统中构建不同比例的混配柴油系统。利用分子动力学方法对各种系统的凝点区间及溶解度参数进行了模拟计算。利用热容等4个性质联合判断出各系统的模拟凝点区间,发现,随着ML的添加,系统的凝点总体呈下降趋势,说明生物柴油确具有明显的降凝效果,添加生物柴油可以使柴油的低温流动性增加。相比较而言,采用3组分正构烷烃构建石化模拟系统更为合适。通过对293K时3组分石化柴油系统添加不同比例的ML构成的混配柴油系统的溶解度参数进行分析,得出了当添加比例为4%时两种油品的相容性最佳的结论。

混配柴油分子系统相容性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,利用计算得到的溶解度参数,对模拟的石化柴油和大豆油混配柴油系统的相容性进行了研究。选用了几种和模拟系统分子相关的长链烷烃和不饱和脂肪酸甲酯作为参照物,将其模拟溶解度参数计算值和实验或经验值进行了对比,发现偏差较小,验证了文中模拟方法的可信性。然后,构建了由正十六烷模拟的石化柴油和几种不饱和脂肪酸甲酯模拟的大豆油按不同比例混配得到的7种柴油分子系统。对7种系统在293K时的溶解度参数进行了计算,结果发现,混合柴油系统的相容性随大豆油的配比增加呈现先减后增现象,在大豆油的物质的量比约0.6左右,系统的溶解度参数出现了最大的正偏差,表明此时两种油的相容性最佳。本结论将为柴油的混配研究提供一定的理论参考。

一种硫醚链修饰的金表面自组装膜中链及苯环间的相关性

利用分子动力学模拟,对由含苯环的不对称硫醚链(TTOE)以3×3 R30°方式,化学修饰在金表面构成的一种SAM膜模型,进行了链及苯环间相关性以及热敏性研究。相关性以判据判定。通过对判据所示相关性的合理性探讨,界定了一种平行次序参数大于0.7,或者垂直次序参数小于-0.35,且质心距离小于0.5 nm的相关性判据。考察了温度对链及苯环间相关性的影响。研究发现,随着温度的升高,链及苯环间相关关系发生了一些变化,相关程度呈减少趋势,这与随温度升高链的运动自由度增加相一致。当温度超过600 K时,苯环间相关性消失,这对链间电子传输不利。相对于不对称硫醚链修饰的金纳米粒子,此种SAM模型的热敏性较高。

用于硫化橡胶脱硫过程能量分析之模型构建

双螺杆脱硫作为一种废旧橡胶脱硫的新方法、新技术,正引起越来越多的学者的关注。该脱硫方法属于一种热力双重作用脱硫方法,脱硫效果与温度和剪切力的选择密不可分。温度和剪切力提供了含硫键断裂所需的外部能量,所以含硫键断裂前后的系统能量变化问题是一个重要课题,而模型的建构则是最为关键的第一步。为此,构建了分别含2条链的天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)以及8条链NR、SBR周期模型,其中主链与主链之间分别通过单硫、双硫、三硫键相连接(交联)。采用COMPASS力场,利用分子动力学方法,在一定的模拟条件下,对交联键断裂及未断裂系统进行了分子动力学模拟。根据分子动力学得出的能量数据,计算出交联键断裂前后的能量差。结果表明,2条链的NR模型获得的能量差数据存在较好的定性关系,在增加模拟时间和对模型通过周期性排列改善后,能量差数据更为合理。而对于2条链SBR模型和8条链SBR周期模型,由于非键能作用影响超过了断裂的键能,断裂能量数据不太稳定(出现负值且二硫键相关能量数据波动较大),说明这两种模型不太适合本课题研究。相对而言,8条链NR周期模型中平均单个键的能量差数据波动幅度不大,断裂能量差偏差较小,结果非常理想;而且,能量差大小与键能理论值顺序完全一致,说明8条链NR周期模型非常适合于研究硫化橡胶含硫键的断裂能量差。

一种利用MS软件计算纳米金属团簇熔点的新方法——定向相关函数综合判断法

到目前为止,所报道的利用分子动力学方法计算纳米金属团簇的熔点多采用的是某些特定的软件,这给该领域的研究推广带来了一些不便。MS(Materials Studio)软件是一种通用的商业化软件,已被许多高校和研究机构所使用。利用MS软件计算纳米团簇的熔点,一般采用的是径向分布函数法,判据不够充分。本课题组在前期工作的基础上经摸索发现,定向相关函数随温度变化曲线在熔点附近出现明显的波动,再结合能量温度曲线以及径向分布函数曲线,可以方便地计算出纳米团簇的熔点范围,计算结果与文献经验式计算结果基本一致。本文简要报道了以直径2.12和2.73nm银纳米团簇为例进行研究的结果,希望能和同行们一起分享这种新方法。

生物柴油分子系统凝固过程的分子动力学模拟

具有良好的低温流动性是生物柴油的重要特性之一,而这一性质与系统的凝点相关联。本文以硬脂酸甲酯、油酸甲酯等7种常见生物柴油组成分子为研究对象,通过建模构建了7种单组份生物柴油分子的模拟液态模型。利用分子动力学方法对7种液态模型系统的凝固过程进行了研究。采用PCFF力场,在一定的模拟条件下,对系统进行逐次降温分子动力学模拟。根据分子动力学轨迹,计算了不同温度下系统的热容、碳原子自扩散系数以及分子链的头尾距。模拟计算得到的液态热容合理。利用"热容法"和"扩散系数法"对不同系统的凝点进行判断,发现凝点区间基本一致,且与实际凝点基本相吻合。而采用2种区间交集的方法得到的凝点区间则与实际凝点十分相近。以油酸甲酯为例,模拟观察到,随着温度降低,分子链总体呈伸展趋势,符合热力学基本原理。在油酸甲酯的凝点前后,链长及链的微观结构存在明显差异。模拟结果表明,本实验方法对研究生物柴油分子系统确实有效。

包裹有机链的银纳米粒子一维二维阵列的分子模拟研究

通过含贵金属纳米粒子的一维、二维有序阵列,可以制备纳米线和纳米膜。利用Materials Studio软件构建了由87个银原子内核化学吸附22根含苯不对称硫醚链(TTOE)形成的含银纳米粒子,在不同的间距条件下构建一维和二维阵列模型。首先考察了模型中链及苯环间相关关系受温度及阵列参数的影响情况。相关性由相关性判据界定。经分析,选用了平行次序参数大于0.6、垂直次序参数小于-0.3以及苯环质心间距小于1.0nm的一组判据。相关性分析结果表明,当温度升高至600K时,所有11个模型中链及苯环间相关性几近消失,说明较高温度下,此纳米粒子及其阵列可能不太适合作为纳米电子器件使用。在升温过程中,间距为4.8nm的一维纳米粒子阵列相关性保持较好,而二维则出现在较大间距情况下。其次,考察了模型中TTOE链平均头尾距(可视为链长,反映链伸展情况)受温度及阵列参数影响情况。模拟结果表明,较低温度下链的平均头尾距随纳米粒子间距减小而增加,而在较高温度下链则呈现出不同的伸展情况,转换区间在(500～600)K之间,这与链及苯环间相关性几近消失的区间相一致。产生这一现象应该是链包裹层能量效应和空间效应共同作用的结果。

纳米镍团簇表面性质及能量的分子动力学研究

在单分散金属纳米粒子制备过程中,金属烧结现象需要尽量避免。烧结与诸多因素有关,其中金属纳米粒子的表面性质和能量对烧结作用有着重要影响。本工作利用分子动力学,以4种不同粒径的金属Ni纳米团簇为研究对象,在COMPASS力场下对不同温度下其表面积、扩散性质、表面能以及比表面能等进行了计算。结果显示,随着温度从300K升至1000K,纳米团簇的表面积稍微增加了约5%,表面层扩散系数显著增加了约3个数量级,表面能量升高了约15%,同时表面层与体相的能量差明显增加了近3倍。比表面能定义为增加单位表面积所引起的表面能的增量。计算结果表明,700K时团簇的比表面能比镍熔点处的表面张力高出约3个数量级,预示着团簇烧结具有强大的推动力。比表面能随温度升高以及粒径增大而下降,与热力学原理相一致。