不同浓度下NaCl水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法在298K时对1.33mol/L,2.71mol/L,4.14mol/L和5.12mol/L的NaCl水溶液的微观结构进行了研究。模拟发现浓度对离了近程水化结构的影响不大,浓溶液中Na^+,Cl^-之间有两种缔合方式,接触缔合离子对和溶剂分隔的缔合离子对。这表明在建立可适用于高浓度条件下的电解质溶液热力学模型时应考虑离子缔合的贡献。     

Structural and Dynamic Properties of Amorphous Silicon： Tight-Binding Molecular Dynamics Simulation

The tight-binding molecular dynamics simulation has been performed to study structural and dynamical properties of amorphous silicon. It is found that the radial distribution function and static structure factor are in good agreement with the experimental measurements. The bond order parameters Q1 are sensitive to the structure change at different quenching rates. For the dynamical properties, we have calculated the vibration and electronic density of states. The simulation results show that the transverse acoustic is in good agreement with the experimental data, and the high frequency transverse optical (TO) peak shifts to the right of the experimental TO peak.     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

狭缝孔内甲烷蒸汽重整化学平衡的分子模拟

采用反应蒙特卡罗方法研究了狭缝孔内甲烷蒸汽重整反应的化学平衡. 模拟中将CH4, CO和H2均描述成球形LJ分子, H2O和CO2分子的势能分别采用TIP4P和EMP2模型计算. 狭缝孔壁与LJ点位之间的相互作用采用Steele的10-4-3模型计算. 由于没有狭缝孔内该反应的实验数据, 因此比较了用经典热力学预测与RCMC方法得到的主体相平衡组成. 两种方法得到的结果比较吻合, 表明采用RCMC方法预测孔内的化学平衡是可靠的. 讨论了其它工艺条件对孔内化学平衡的影响.     

分子模拟研究气体在室温离子液体中的溶解度

在作者先前建立的分子力场基础上, 采用Widom粒子插入法预测了CO₂、N₂、O₂、Ar及CH₄等5种气体在多种咪唑类离子液体中的溶解度, 包括2种侧链长度的阳离子和3种阴离子. 首先考察了256个离子对组成的体系中溶质分子插入次数对计算结果的影响, 在此基础上计算了不同温度下气体在1-丁基-3-甲基咪唑的四氟化硼盐([bmim][BF₄])和六氟化磷盐([bmim][PF₆])中的溶解度. 计算结果正确反映了CO₂气体溶解度的变化趋势, 在[bmim][BF₄]中溶解度的模拟结果与实验值符合很好, 且明显优于Pádua等的模拟结果；在[bmim][PF₆]中的溶解度较实验值偏高, 精度与文献模拟结果相当；并预测了较高温度下CO₂气体在[bmim][BF₄]和[bmim][PF₆]中的溶解度. 计算结果也正确地反映了5种气体在[bmim][PF₆]中溶解度实验值的相对大小. 另外考察了常温下几种气体在不同室温离子液体中的溶解度, 模拟结果表明气体在含有较长碳链和双-三氟甲基磺酰胺阴离子(Tf₂N^－)的离子液体中溶解度较大.     

电解质模型流体的MonteCarlo分子模拟

采用正则系综Monte Carlo分子模拟方法，模拟得到了一系列状态条件下1：1 价和2：2价对称电解质模型流体的径向分布函数、构型能和压缩因子的“机器实验 数据”，这些数据对构筑电解质溶液的新参考流体具有重要意义。模拟过程中，电 解质溶液被简化为硬球离子和硬球点偶扳子的混合物，离子—离子、离子—偶极和 偶极—偶极长程位能计算采用了Ewald求和方法。最后，对离子—偶极子混合物的 结构和热力学性质与体系温度、密度和浓度的关系进行了分析和讨论。     

Density functional theory for molecular orientation of hard rod fluids in hard slits

A density functional theory (DFT) is used to investigate molecular orientation of hard rod fluids in a hard slit. The DFT approach combines a modified fundamental measure theory (MFMT) for excluded-volume effect with the first order thermodynamics perturbation theory for chain connectivity. In the DFT approach, the intra-molecular bonding orientation function is introduced. We consider the effects of molecular length (i.e. aspect ratio of rod) and packing fraction on the orientations of hard rod fluids and flexible chains. For the flexible chains, the chain length has no significant effect while the packing fraction shows slight effect on the molecular orientation distribution. In contrast, for the hard rod fluids, the chain length determines the molecular orientation distribution, while the packing fraction has no significant effect on the molecular orientation distribution. By making a comparison between molecular orientations of the flexible chain and the hard rod fluid, we find that the molecular stiffness distinctly affects the molecular orientation. In addition, partitioning coefficient indicates that the longer rodlike molecule is more difficult to enter the confined phase, especially at low bulk packing fractions.     

水化镁基蒙脱石的分子动力学模拟

利用分子动力学(MD)模拟了300 K时镁基蒙脱石(粘土)层间水和镁离子的结构和动力学性质.模拟结果显示水在粘土层间分为二层,只有一小部分水被粘土表面吸附,与粘土结构中的羟基形成氢键,不同分布位置的水处于动态平衡.层间水分子氢键配位数比普通水少24%左右,水在粘土中自扩散系数D＝5.355×10^-10 m²·s^-1,约为主体相水的1/4.镁离子在粘土层间形成一层,其与水分子配位数约为6.进一步讨论了温度对粘土层中水的结构和动力学性质的影响.随着温度升高,水层的局部密度ρ(z)降低,水在XY方向的扩散系数不断增大.当温度达到600 K后,层间水分子间的氢键断裂,与超临界状态下水的结构相似,层间水的扩散系数达最大值,温度进一步升至700 K时,其值基本无变化.     

Stockmayer流体在活性炭孔中的吸附的分子模拟

应用巨正则系综monteCarlo方法模拟Stockmayer流体[以一氯二氟甲烷(R22)为代表]在活性炭孔中的吸附。模拟中R22分子采用等效Stockmayer势能模型,狭缝碳孔墙采用10-4-3模型。通过模拟得到了最佳孔径,并在最佳孔径下,针对不同的主体压力及活性基团密度,得到了吸附等温线、孔中流体的局部密度分布图和较为直观的孔内流体分子的瞬时构象,分析了吸附等温线的特征及孔内流体的吸附结构,认为在0.0,1.0sites/nm^2的活性基团密度下的碳孔内分别发生物理及化学吸附,并确定了最佳操作压力,为工业设计合适的催化剂提供依据。     

Melting Behaviour of Core-Shell Structured Ag-Rh Bimetallic Clusters

The melting behaviour of four typical core-shell structured 309-atom Ag-Rh bimetallic clusters, with decahedral and icosahedral geometric configurations, is investigated by using molecular dynamics simulation, based on the Sutton-Chen potential. The initial atomic configurations are obtained from semi-grand canonical ensemble Monte Carlo simulations. It is found that the melting point temperature Tm increases with the mole fraction of Rh in the bimetallic clusters, and Tm of Ag-Rh icosahedral clusters is higher than those of Ag-Rh decahedral clusters with the same Rh mole fraction. It is also found that the Ag atoms lie on the surface of Ag-Rh bimetallic clusters even after melting.