纳米尺度钯粒子表面一氧化碳氧化反应内噪声随机共振

在随机模型的基础上, 运用化学Langevin 方程、Poisson近似和精确随机模拟方法, 研究了内噪声对纳米(nm)尺度钯(Pd)粒子表面上一氧化碳(CO)催化氧化反应的影响. 在这类介观体系中, 由于显著内噪声的存在, 化学反应速率振荡具有随机性. 研究发现, 对于给定的CO偏压, 随着内噪声强度的改变, 随机振荡强度经过一个极大值, 从而证明了内噪声随机共振的存在. 这一现象表明, 合适的内噪声有利于反应速率振荡. 这种内噪声随机共振行为对外界参数(如CO偏压)具有稳定性(robust).     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用。内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制。     

介观化学体系中的动力学尺度效应

以生命和表面催化体系为对象,研究了介观化学体系中内涨落对体系非线性动力学行为的调控作用.内涨落可以诱导随机振荡,其强度在体系处于最佳尺度时会出现一个甚至多个极大值,并且在耦合体系中会得到进一步增强,表现为尺度共振效应、尺度选择效应和双重尺度效应,揭示了介观化学体系中尺度效应的新机制.     

计算机模拟技术在表面活性剂研究中的应用

根据表面活性剂溶液行为的模拟所需的时间和空间尺度,介绍了三种主要的计算机模拟方法:原子模拟、粗粒模拟和介观模拟.综述了这些模拟方法在表面活性剂单体、缔合体系及与聚合物相互作用等研究中的应用.指出了用计算机模拟方法研究表面活性剂体系的发展前景.     

对pluronic水溶液介观相分离的理论模拟研究

用一种新的动力学密度泛函方法(介观动力学)对pluronics(P85)水溶液的介观相分离动力学进行了模拟研究。该方法可以直接给出水溶液体系中不规则三维微观形貌的动力学形成过程。在动力学模拟中热力学参数通过平均场密度泛函方法计算得到,共聚物分子则用高斯链作为模型进行模拟研究。高斯链的最小结构单元是被抽象为键连的株子体,代表实际体系高聚物分子中的一个单体或几个单体。研究了pluronuc水溶液体系的动力学演变历程并讨论了嵌段共聚物中不同组分长短以及共聚物浓度等因素对溶液微观形貌和体系性质的影响。和其它平衡态模拟方法相比较,介观动力学方法可以给出介观相分离的时间演变过程,有助于加深对很多工业加工处理过程和生理过程机理的理解。     

锂离子电池多孔电极理论的回顾与新思考

本文总结了Newman多孔电极理论的基本内容,提出若干改进思路. 提出基于离子-空穴耦合传输机制描述浓电解质中的离子输运过程,在此基础上引入离子-电子耦合转移反应的思想处理电极材料中的离子传输问题,并通过计算嵌锂材料的离子扩散系数验证其合理性. 总结了描述多孔电极多尺度结构的相关理论和技术,表明均质化方法和基于结构重建的介观模拟方法均能给出比较合理的有效输运参数,从而提高多孔电极理论模拟结果的准确性.     

原子间相互作用对无序大分子结构和动力学影响的中子散射研究

不同单体在原子尺度的相互作用使得不同大分子体系在微观、介观的多尺度复杂结构及动力学行为有明显差异,从而进一步影响了体系的宏观性质.联用中子散射和计算机模拟,利用相同分子量和分子量分布的氘代大分子与氢化大分子具有相同分子结构、不同中子衬度,以及中子散射和计算机模拟宽广的时间、空间观察尺度,我们可以得到无序大分子体系最可几全原子结构,进而分析其从原子到纳米的多尺度空间结构,与从皮秒到微秒的多模式动力学行为的成因.近年来,我们使用该方法,从小分子到大分子的稀溶液、溶胀体系,从大分子熔体到玻璃态,成功分析了原子间相互作用对不同空间尺度结构和跨时间运动模式动力学行为的影响.本文介绍了这些典型的例子,希望将该方法推广到更广阔的研究领域,把大分子原子结构的多样性与多尺度的复杂结构和动力学有机地联系起来.     

面向储能应用的多尺度电极材料结晶设计

电化学储能过程包含固/气/液界面反应、分层次的传质和电荷传递过程,并涉及微观-介观-宏观的跨尺度问题等.电极材料的宏观电化学性能是不同尺度影响因素的综合表现.结晶是电极材料合成的重要过程,与电极材料的功能特性紧密相关,涉及原子分子成核和晶体生长过程,具有多尺度、多因素、多层次特征.本文从结晶角度,在微观、介观、宏观尺度上分别介绍了构筑有利于离子、电子传输的晶体结构、界面结构、三维结构等,评述了热力学稳定、动力学增强的新型胶体电极材料,通过跨尺度设计方式强化电极材料的电化学性能.在原子、分子、材料、器件水平设计多尺度电极材料是解决电化学储能器件面临问题的重要策略.     

基于量子化学计算方法的天然气水合物稳定性研究进展

天然气水合物以资源丰富、优质、洁净等特点,被视为21世纪新能源。天然气水合物稳定性的研究对天然气水合物资源勘探开发具有重要意义。本文简述了微观、介观、宏观、矿藏四个尺度天然气水合物稳定性的研究,重点从微观量子尺度介绍了量子化学计算方法对水合物晶体结构及其稳定性以及水合物宏观物理特性微观表征的计算研究。应用量子化学计算方法可以对天然气水合物的晶体结构、电子轨道分布、振动光谱、成键特性及主客体相互作用进行计算研究,其结果能够为天然气水合物在油气储运、水合物成藏、开采及其综合利用等方面的研究提供理论支持。目前,量子化学计算方法的优化与分子动力学模拟、分子力学模拟等方法的结合将有助于水合物形成和分解微观机理研究的发展,提升计算精度和扩大研究体系,为矿场尺度的天然气水合物资源开采利用提供理论支持。     

耗散粒子动力学在多组分复杂物系中的应用进展

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是一门新兴的、研究复杂物系介观结构和性质方面最有前途的介观数值模拟技术之一.本文综述了其在包括复杂液体体系、复杂聚合物体系和生物膜等复杂物系中的应用进展,并对其发展方向进行了分析预测.     

介观尺度多孔材料的电子显微学结构解析

孔径在介观尺度的多孔材料由于其规整的孔道结构、大比表面积、特殊的空间限域效应使其在吸附、分离、催化、传感、载药、能源等领域都具有广阔的应用前景. 深入解析材料的结构特征不仅是理解其物理化学性能和应用的关键, 也是研究材料的形成机理及新材料制备的重要反馈和支持. 电子显微学以电子为探针, 通过电子衍射和高分辨像对材料结构展开探索, 可以研究更小尺寸晶体的结构, 揭示局部结构信息如缺陷及共生等, 对介观尺度多孔材料的结构解析至关重要. 对近年来通过电子显微学方法解析的介观尺度多孔材料工作进行了综述, 主要针对有序介孔材料以及有序大孔材料展开, 归纳了不同结构类型的介观尺度多孔材料所适用的电子晶体学方法, 在此基础上提出电子显微学在介观尺度孔材料结构解析上的优势、不足和未来发展的方向, 以及将电子显微学用于其它材料结构解析的可行性.     

化学Lorenz模型中混沌的介观动力学

用系综模拟方法研究了化学Lorenz模型中混沌的介观动力学. 通过对主方程的随机模拟, 分析了盒频率(bin frequency)以及涨落和协方差在不同参数区的时间演化行为. 系综模拟分析在比通常宏观方程描述更为基本的层次上, 展示了确定性混沌的介观动力学图景. 对主方程也用累积展开法进行了分析.     

亚观尺度的自组装

亚观尺度的自组装是理想的模型体系。不同材料的亚观尺度组分,可以作为分子和原子的模型,便于更为直观的研究。本文介绍了静态自组装、动态自组装和三维立体结构的自组装,以及DNA片段的亚观尺度模拟。在高分子领域,亚观尺度的自组装有望在“亚观”尺度上模拟真实高分子的凝聚过程,并观察这些体系最基本的物性,为高分子凝聚过程提供一个“亚观”模拟的简单又直观的“模型”。     

微反应技术在均相反应中的应用

微反应技术是研究和开发新型化学过程的合适方法，能够精准控制混合时间和反应温度，获得高重复性结果，提高反应效率。微反应技术可应用于均相和多相反应体系，尤其适合处理高温、高压、强放热反应和易燃、易爆、有毒有害原料或中间体。本文总结了近年来微反应技术应用在不同均相反应中的研究，包括酸催化反应、光化学反应、不对称催化反应、其他液-液相及临界反应。提出了目前微反应技术在工程应用的主要问题和相关解决方案。模拟及研发新型微通道反应系统的关键在于统筹多尺度界面强化效果，结合其他使能技术避免潜在通道堵塞，通过破乳技术改善微界面反应条件，开发用于特殊复杂环境的新型复合通道材料，为今后微反应系统的工业化设计和优化提供参考。     

介观层次上的计算机模拟和应用*

本文综述了近年发展起来的介观层次上的计算机模拟和应用。介绍了两种较为成熟的模拟方法: 介观动力学和耗散颗粒动力学。还介绍了介观模拟方法在胶束形成、胶体絮状物构造、乳化剂、流变学、共聚物和高分子混合形态以及通过多孔介质的流动研究中的应用。     

介观振荡化学反应体系的内噪声随机共振

用化学Langevin方程研究了内噪声对介观振荡化学反应体系的影响.研究发现,在确定性体系处于定态条件下,内噪声可以导致体系振荡:随着内噪声强度的变化,诱导振荡信号的信噪比通过一个极大值,表明内噪声随机共振的出现;由于内噪声强度随着系统体积的变化而改变,因此,这一现象也证明了系统尺度共振,即最佳尺度效应的存在.     

胶粒分形粒子簇反应控制聚集动态行为位垒影响的Monte Carlo模拟

通过对反应控制聚集过程的MonteCarlo模拟,从微观及介观层次上探讨了胶粒间相互作用位能曲线上位垒高度的变化对胶粒分形粒子簇大小分布和动态标度函数及聚集动力学行为的影响规律。     

用介观动力学模拟Pluronic L64/水/p-Xylene体系的相分离

用介观动力学在介观层次上对不同组分的PluronicL64/水/p-xylene三元体系的相分离进行了研究,得到了和实验相吻合的结果。计算表明对于纯p-xylene溶剂和有含少量水的p-xylene溶剂,体系没有发生相分离,随着水的含量增加,体系发生了明显的相分离,产生了不同形态的胶团。本研究还通过对比不同溶剂组分下的体系介观形貌,讨论了水在体系相分离中的作用。同时通过分析模拟了1000步后体系中水的分布,证实在胶团核中存在自由水(freewater)的猜想。     

非等活性加核自缩合乙烯基聚合体系回转半径的Monte Carlo模拟

利用Monte Carlo模拟方法研究了加核自缩合乙烯基聚合反应体系中超支化高分子的二次回转半径随双键转化率的变化情况. 在模拟中, 重点考察了两类活性基团的反应活性差异、 引发核的配比及基团数等因素对超支化高分子均方回转半径的影响. 结果表明, 上述因素对于超支化高分子的尺度有着显著影响, 从而可为调控体系中高分子的空间尺度提供有效途径.