风机叶片用PU改性乙烯基树脂热解过程的ReaxFF反应分子动力学模拟

以PU改性乙烯基树脂(polyurethane/vinyl ester resin,PU/VER)为研究对象,通过反应分子动力学(reactive force field,Reax FF)力场仿真分析,从原子层面揭示其在不同反应温度下的高温裂解微观特性.对含有1395个原子的体系进行仿真计算,该体系以不同的速度升温至2800~4800 K的反应温度.结果表明,PU改性所产生的O—O键最先断裂,将含C—N键的支链部分与主链分开;主链中氧桥键O—C在支链上C—N键断裂之后发生的断裂是乙烯基树脂主链断裂的主要原因,由此引发的链式反应最终导致高分子链解聚;位于主链端部的乙烯基(H2C=CH—)由于碳碳双键的解离能较高,其在3种主要的热解产物H2、CO2和C2H2的生成过程中均有参与.本文采用Reax FF动力学方法模拟得到的小分子气体产物及其生成路径与实际试验结果相一致,这说明Reax FF动力学方法是一种阐释有机高分子化合物热解化学反应机理的有效方法.     

RDX及其衍生物高温热解的反应分子动力学模拟

本文采用ReaxFF反应分子动力学方法,研究了RDX及其衍生物晶体在高温条件下(2000、2500和3000 K)的热分解机理以及主要产物随时间的变化情况。结果表明:RDX及其衍生物晶体热解的第一步反应均为N―NO_2键断裂生成NO_2分子,随后反应由于六元环上和侧链基团的不同导致侧链脱除或开环反应的顺序不同。在这四种单胞体系热解中,NO_2和NO分子为共同的中间产物,形成之后迅速发生次级反应并最终生成N_2。各体系热解终产物一致,均为N_2、H_2O和CO_2,其中N_2分子数最多,大于20个。由于原始分子结构和组成中C/N比、H/O比的不同,各体系热解后H_2O和CO_2分子数目相差较大。不同温度下,各单胞体系热分解生成的最大含碳团簇中C原子数均较小。在进一步超胞体系的模拟中,RDX和RDX-D2体系生成的含碳团簇中C原子数分别达到约30和16个,远高于单胞模拟,且受温度影响较大;而RDX-D1和RDX-D3单胞或超胞模拟结果相近,均未生成含碳团簇,仅存在小分子含碳碎片。因此,初始分子的结构和元素比对含碳团簇的生成有明显影响。     

TNT高温热解及含碳团簇形成的反应分子动力学模拟

ReaxFF-MD模拟三硝基甲苯(TNT)高温热解显示增加了伦敦耗散力项(Elg)的ReaxFF/lg势函数在含能材料平衡密度计算方面具有优越性.产物识别分析得出TNT热解的主要产物为NO2、NO、H2O、N2、CO2、CO、OH以及HONO,且最终产物为H2O、N2和CO2.使用ReaxFF势函数模拟同样过程进行比较性分析显示,在主要产物和最终产物方面与ReaxFF/lg作用结果具有一致性,但在化学反应动力学方面表现出一些差异.orthoNO2键断裂和C―NO2→C―ONO重排布-断裂形成NO2和NO是TNT热解的主要初级反应,且前者产生速率大于后者,NO2和NO形成后很快参与次级反应并最终形成N2.高温热解中形成OH等小分子会促进H2O的形成.环上基团相互反应或直接脱落后,主环间C―C键才发生断裂,但温度升高会加快主环断裂,并进一步分解形成CO2,这也是高温条件下CO2分布产生波动的一个重要原因.并且当晶胞中的TNT分子几乎完全分解时,系统的势能开始明显衰减.与温度相比,密度对热解中最大含碳团簇形成的影响更明显.并且,模拟结果显示,在TNT完全分解前已经出现含碳中间体的聚合现象.此项工作表明使用ReaxFF/lg反应力场研究TNT高温热解可以提供具体的动力学和化学方面的信息,并有助于理解含能材料的爆轰问题并可进行安全评估.     

蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟

在对木聚糖来源及其结构进行分类比较的基础上,采用分子动力学模拟方法及Materials Studio 4.0软件对蔗渣木聚糖及木糖单元等进行微观模拟计算.通过原子净电荷、电子密度和Fukui函数分析等分析方法,对蔗渣木聚糖的木糖单元进行结构优化,得到了蔗渣木聚糖的木糖单元优化构型的键长、键角和电荷密度.木糖单元原子的Hirshfeld净电荷与Fukui函数分析数据表明,木糖单元的活性中心主要在C(3)上的羟基位置,且羟基氧原子易受亲电试剂的攻击,羟基氢原子易受亲核试剂的攻击.对蔗渣木聚糖单分子链及无定形结构进行模拟,得到了蔗渣木聚糖的微观结构模型,显示蔗渣木聚糖分子具有链状结构,大致呈螺旋状.获得了蔗渣木聚糖的最优化无定形结构,并通过计算得到了其最优化无定形结构的X射线衍射图谱.研究结果为系统探讨蔗渣木聚糖及其衍生物的结构与性能关系奠定了基础.     

印刷电路板中环氧树脂热解的ReaxFF反应动力学模拟

采用ReaxFF动力学方法模拟了非交联固化环氧树脂在不同温度和升温速率下的热解特性. 结果表明, 含N和含O桥键的断裂是热解的引发反应. 观察到H₂O的4种主要的生成途径, 而这些反应途径都涉及到含羟基的前驱体. 当反应温度较低时, H₂O为热解的主要产物. 而在高温条件下, 热解的主要产物为H₂, 它主要为分子内/分子间脱氢反应和氢自由基的夺氢反应的产物; 高温同时促进了含石墨烯结构且分子量较大的碳团簇的形成. 除此之外, 还观察到了CH₄, HCN, NH₃和CO等小分子产物. 本文用ReaxFF动力学方法模拟所得的气体产物以及含类似石墨烯结构的碳团簇与实际实验结果一致, 说明ReaxFF动力学方法能为从分子水平上研究有机物高温热解反应提供了一种有效的途径.     

CH3CH2S自由基H迁移异构化及裂解反应的理论研究

采用密度泛函方法(B3LYP)在6-311+G(d,p)基组水平上研究了CH3CH2S自由基H迁移异构化以及裂解反应的微观动力学机理. 在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311+G(d,p)+ZPE水平上进行了单点能校正. 利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)分别计算了在200~2000 K温度区间内的速率常数kTST和kCVT, 同时获得了经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数kCVT/SCT. 研究结果表明, CH3CH2S自由基1,2-H迁移、1,3-H迁移、C—C键断裂和β-C—H键断裂反应的势垒ΔE≠分别为149.74, 144.34, 168.79和198.29 kJ/mol. 当温度低于800 K时, 主要发生1,2-H迁移反应, 高于1800 K时, 主要表现为C—C键断裂反应, 在1300—1800 K范围内, 1,3-H迁移反应是优势通道, 在计算的整个温度段内, β-C—H键断裂反应可以忽略.     

典型聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯废塑料共热解初期反应特性的ReaxFF分子模拟研究

利用反应力场分子模拟(ReaxFF MD)结合反应机理自分析(AutoRMA)工具,从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上,探究了典型聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)废塑料共热解的反应机理.结果表明,PE/PP/PS共热解的动力学参数可通过C–C键和C–H键断裂的活化能加权求和(即Char ...     

双活性磺酸基蔗渣木聚糖对羟基苯甲酸酯的合成及活性模拟

以蔗渣木聚糖(BX)为主要原料、氨基三磺酸钠为酯化剂,在一步酯化合成磺酸基蔗渣木聚糖酯的基础上,利用磺酸基蔗渣木聚糖酯和对羟基苯甲酸进行二步酯化反应,合成了磺酸基蔗渣木聚糖对羟基苯甲酸酯,并考察了反应条件对酯化反应的影响,通过单因素实验确定了第二步酯化反应较佳的合成工艺条件.蔗渣木聚糖酯化改性前后的样品分别用FT-IR,DG-DTG和XRD进行了表征,并对该双酯化衍生物的分子进行了优化与活性模拟.结果表明:FT-IR证明双酯化产物含有磺酸基团和对羟基苯甲酸酯基团,TG-DTG分析表明该双酯化衍生物的热稳定性提高,XRD说明发生双酯化改性后分子排列的规整性提高,结晶度增加;活性模拟实现了磺酸基蔗渣木聚糖对羟基苯甲酸酯与艾滋病毒的对接.     

TNT高温热解及含碳团簇形成的反应分子动力学模拟

ReaxFF-MD模拟三硝基甲苯(TNT)高温热解显示增加了伦敦耗散力项(E_lg)的ReaxFF/lg 势函数在含能材料平衡密度计算方面具有优越性. 产物识别分析得出TNT热解的主要产物为NO₂、NO、H₂O、N₂、CO₂、CO、OH以及HONO,且最终产物为H₂O、N₂和CO₂. 使用ReaxFF势函数模拟同样过程进行比较性分析显示,在主要产物和最终产物方面与ReaxFF/lg 作用结果具有一致性,但在化学反应动力学方面表现出一些差异. ortho-NO₂键断裂和C―NO₂→C―ONO重排布-断裂形成NO₂和NO是TNT热解的主要初级反应,且前者产生速率大于后者,NO₂和NO形成后很快参与次级反应并最终形成N₂. 高温热解中形成OH等小分子会促进H₂O的形成. 环上基团相互反应或直接脱落后,主环间C―C键才发生断裂,但温度升高会加快主环断裂,并进一步分解形成CO₂,这也是高温条件下CO₂分布产生波动的一个重要原因. 并且当晶胞中的TNT分子几乎完全分解时,系统的势能开始明显衰减. 与温度相比,密度对热解中最大含碳团簇形成的影响更明显. 并且,模拟结果显示,在TNT完全分解前已经出现含碳中间体的聚合现象. 此项工作表明使用ReaxFF/lg 反应力场研究TNT高温热解可以提供具体的动力学和化学方面的信息,并有助于理解含能材料的爆轰问题并可进行安全评估.     

木素的氧化性氨化反应(英文)

在一定压力和温度条件下,木素大分子和氨发生反应,生成一些氮修饰木素.为了解反应过程中木素分子结构的变化,用13 C和1H - 13 C 2D -NMRHMQC技术检测了反应前后的分子谱图,结果显示反应过程中木素分子的碎裂化现象十分明显,很可能在氧化性氨化反应过程中,木素大分子表面基团发生了氧化性修饰,如一些侧链 -CH3 被氧化形成 -CHO和 -COOH等,然后这些基团与氨结合等;此外,芳香环结构可能通过粘康酸单体断裂形成一些酰胺类产物,但木素分子内部的高度缩合性结构没有明显的变化