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1.
潘志君  庄巍  王鸿飞 《化学进展》2020,32(8):1203-1218
化学变化的本质是化学键的形成与断裂。凝聚态化学的主要特征是分子内的物理与化学过程与周围环境之间的动态相互作用和动力学耦合,不仅会影响化学键形成与断裂的化学反应平衡与反应速率,还会改变化学反应的走向。动力学振动光谱技术是探测凝聚态体相中与表面上各种微观分子细节最为有力的当代谱学表征技术之一。与脉冲核磁技术类似,科学家们使用一组精心设计的激光脉冲在凝聚态体系中激发复杂的光学响应,所产生的信号中包含了比传统吸收光谱丰富得多的反应机理、分子与溶液结构、分子运动、电荷与能量传递等微观信息。近年来,各种动力学振动光谱被运用于凝聚态化学的各个领域,尤其是在溶液态和表界面态领域,获得了一系列突破性进展,并且处于不断发展的过程之中。在本文中,我们将回顾及展望动力学振动光谱技术的基本概念、实验方法和理论框架,以及它们在凝聚态及表面态化学中的重要应用。  相似文献   
2.
本文回顾了近十年来水体系的势能面与分子动力学理论研究的最新进展,包括水分子参与的气相反应,固体表面上的吸附与解离动力学,以及从团簇到凝聚相水的结构、振动光谱与统计力学模拟. 近年来再次发展起来的机器学习技术,例如结合置换不变多项式的神经网络,或结合基本不变量的神经网络,已被成熟应用于气相与固体表面体系的高精度势能面构造中. 对于团簇甚至凝聚相水体系,原子中心神经网络方法或基于核的高斯过程方法应用更为广泛. 此外,在多体展开框架下,在气相体系中发展起来的的方法也组成了高维度体系势函数构造的高精度方案. 当前凝聚相水体系面临的主要问题是高精度从头算数据集的积累,兼顾计算精度与效率的双杂化密度泛函是一种可能的解决方案. 在动力学理论方面,无论是化学反应截面计算还是振动光谱模拟,往往需要合理描述水分子中氢原子的量子效应,才能得到较为可靠的理论计算结果. 量子波包动力学方法已经在气相反应机理研究方面有深入的应用,也在包含数个水分子的团簇振动分析中有初步应用. 基于路径积分的分子动力学方法正在较大水团簇以及凝聚相水的结构与谱学模拟方面发挥重要作用.  相似文献   
3.
方声浩  谢华  杨顺达  庄巍  叶宁 《人工晶体学报》2019,48(12):2169-2173
ZnGeP2晶体在2~2.5μm有几个吸收峰,GeZn及VZn这两种点缺陷对此波段吸收峰产生影响.利用实验与模拟计算相结合方法进行研究,首先通过理论计算的方法确定了理想ZnGeP2晶体的电子本征吸收和自由激子吸收引起的吸收位能量大于1.85eV区间,对应的波长小于670 nm.其次通过实验的方法采用过量0.5at;Ge的非化学计量配比,生长出了有大量的GeZn缺陷的晶体,再在富P的环境下退火.通过与化学计量比生长的ZnGeP2晶体吸收谱对比分析得知:2~2.3μm的吸收峰主要是GeZn缺陷产生的,2.4μm以后的吸收峰为VZn点缺陷产生.最后基于密度泛函理论,运用VASP软件包来进行第一性原理计算,验证了这一结论.  相似文献   
4.
抗冻糖蛋白通过吸附-抑制机理阻止细胞内部冰晶积累,有利于极地地区各物种的生存. 硼酸盐缓冲剂抑制抗冻糖蛋白抗冻活性已被广泛认为是支持羟基作为冰结合位点而非甲基结合的直接实验证据. 另一方面,硼酸盐结合可能对抗冻糖蛋白构象产生影响,但还没有被定量研究. 本文使用副本交换分子动力学模拟研究了溶液中单个硼酸根阴离子结合到AFGP8上引起的蛋白结构扰动. 在冰点附近,这种结合不仅使与硼酸盐结合的二糖相邻的二糖基团彼此靠近,而且影响AFGP8的整体构象. 硼酸盐与不同二糖侧链结合引起的结构变化表现出明确的位点特异性,并且硼酸盐结合对结构变化的影响在高温下显着降低.  相似文献   
5.
抗冻蛋白抑制冰结晶的机制仍不清晰. 例如,抗冻蛋白的水合水动力学及其与抗冻活性之间的关系尚无定论. 本文通过理论模拟,比较研究了来自云杉蚜虫的抗冻蛋白和细胞色素蛋白P450第一水合层中的水分子重定向动力学. 氢键供体水分子周围潜在受体水分子数量的增加导致水分子之间氢键交换的加速. 因此,抗冻蛋白抗冻活性区周围水分子的跳跃重定向动力学加速. 由于氢键交换的相互耦合和激发,随着氢键交换的加速,整个氢键网络的重排和水分子的框架重定向也被加速. 因此,抗冻蛋白的水分子重定向动力学比细胞色素蛋白P450更快. 本研究为理解抗冻蛋白提供了新的物理图像,并对抗冻蛋白的抗冻机理有了新的认识.  相似文献   
6.
宋建  庄巍 《化学进展》2012,(6):1065-1081
多肽对红外激光脉冲的非线性响应中包含了丰富的结构动力学信息。本文以肽链的酰胺振动跃迁为例,提出了模拟二维红外相干光谱的理论方案。文中首先介绍了激子模型下非线性响应的微扰图像,并基于激子模型、经典分子动力学模拟和密度泛函静电势,构建酰胺振动模式有效波动哈密顿量。采用随机刘维尔方程(SLE)、数值演化(NP)、高斯波动的累积展开(CGF)等方法计算非线性响应光谱。文章最后对多肽及多肽复合物等体系的二维红外信号进行模拟和讨论。  相似文献   
7.
利用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运理论计算体相和双层二维MoS2/MoSe2异质材料的热电性质. 计算表明,体相MoS2/MoSe2异质材料的热电性质比之于MoSe2会有较大程度的提高. 该异质材料热电性质的提高主要源于异质材料本身带隙的减小以及层间的范德瓦尔斯相互作用. 二维MoS2/MoSe2异质材料存在热电应用的可能性.  相似文献   
8.
Hydrophobic nanochannel plays a significant role in many physical, biological, and geological phenomena and exhibits impressive applications due to both its ubiquitous distribution and great ability to transport hydrophobic molecules,including various oils and gases. Based on theoretical modeling, we herein reveal that the amphipathic Janus nanoparticles have a large probability to self-assemble into uninterrupted hydrophobic nanochannels inside the aqueous nano-space, although there are large portions of the Janus nanoparticles to be hydrophilic. The key to this observation is the attractions between the hydrophobic regimes on neighboring amphipathic Janus particles through hydrophobic interaction in aqueous nano-space. More surprisingly, the permeation efficiency of hydrophobic molecules through the uninterrupted hydrophobic channel in Janus particles aggregate is even higher than that in the aggregate of hydrophobic particles. We note that the proposed amphipathic Janus particles can be transported to the appropriate positions by the water since the hydrophilic regimes still remain a strong particle–water interaction. We also note that most natural subsurface rocks are not completely hydrophobic or hydrophilic but have complex surfaces with inhomogeneous wetting property. Our work therefore provides a detailed molecular level understanding of the formation of underground strata as well as the new insight for constructing the artificial hydrophobic channels for various applications, such as the design of proppants to enhance the recovery of the unconventional oil/gas.  相似文献   
9.
The solvation of carbon dioxide in sea water plays an important role in the carbon circle and the world climate. The salting-out/salting-in mechanism of CO2 in electrolyte solutions still remains elusive at molecule level. The ability of ion salting-out/salting-in CO2 in electrolyte solution follows Hofmeister Series and the change of water mobility induced by salts can be predicted by the viscosity B-coefficients. In this work, the chemical potential of carbon dioxide and the dynamic properties of water in aqueous NaCl, KF and NaClO4 solutions are calculated and analyzed. According to the viscosity B-coefficients, NaClO4 (0.012) should salt out the carbon dioxide relative to in pure water, but the opposite effect is observed for it. Our simulation results suggest that the salting-in effect of NaClO4 is due to the strongly direct anion-CO2 interaction. The inconsistency between Hofmeister Series and the viscosity B-coefficient suggests that it is not always right to indicate whether a salt belongs to salting-in or salting-out just from these properties of the salt solution in the absence of solute.  相似文献   
10.
张强  杜阳  陈晨  庄巍 《化学物理学报》2018,31(4):568-574
Dynamics of ammonium and ammonia in solutions is closely related to the metabolism of ammoniac compounds, therefore plays an important role in various biological processes. NMR measurements indicated that the reorientation dynamics of NH4+ is faster in its aqueous solution than in methanol, which deviates from the Stokes-Einstein-Debye rule since water has higher viscosity than methanol. To address this intriguing issue, we herein study the reorientation dynamics of ammonium ion in both solutions using numerical simulation and an extended cyclic Markov chain model. An evident decoupling between translation and rotation of methanol is observed in simulation, which results in the deviation of reorientation from the Stokes-Einstein-Debye rule. Slower hydrogen bond (HB) switchings of ammonium with methanol comparing to that with water, due to the steric effect of the methyl group, remarkably retards the jump rotation of ammonium. The observations herein provide useful insights into the dynamic behavior of ammonium in the heterogeneous environments including the protein surface or protein channels.  相似文献   
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