层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展

总结了近年来理论计算方法在研究层状双金属氢氧化物(LDHs)结构与功能方面的应用现状. 结合LDHs材料的结构特点, 归纳了量子力学、分子力学、几何建模及物理静电模型相结合对LDHs材料进行结构模拟的思路, 比较了各种方法在LDHs结构模拟上的优势及存在的不足. 量子力学方法能够精确获得水滑石材料的层板构成及作用机制、简单阴离子插层水滑石主客体间的超分子作用实质以及电子性质、反应机理等方面的信息. 与量子力学相比较, 分子力学方法可以快速得到插层水滑石材料的层间阴离子排布及取向、水合膨胀特性及宏观力学性质等. 几何模型和物理静电模型能构建直观、形象的数学模型, 大大简化了计算量,因此能计算接近实际LDHs尺寸的体系, 为推测LDHs结构信息提供了可能性. 随着理论方法和计算机硬件水平的发展, 使得计算机模拟技术逐渐成为获得LDHs材料微观结构参数、电子性质和动力学性质的一种有效手段.     

计算机模拟研究聚合物纳米复合材料的分散与界面

针对聚合物纳米复合材料,系统综述了计算机模拟技术(分子动力学模拟)在纳米颗粒的分散与聚合物-纳米颗粒界面作用取得的成果与进展,包括不同形状纳米颗粒在聚合物基体的分散机理、相行为与微观结构、纳米颗粒对分子链构象的影响(分子链均方回转半径的变化)、分子链在纳米颗粒表面结构(取向与排列)、分子链与纳米颗粒界面作用能、界面区分子链活动性与纳米颗粒形成的网络结构.为构建聚合物纳米复合材料的组成、结构与性能之间的关系,提出了3个模拟方面的挑战,包括发展长时间跨尺度计算机模拟技术、建立准确模拟材料力学性能的方法与导电导热功能性的模拟.     

离子液体的分子模拟与量化计算

分子模拟方法是研究离子液体结构与性质关系非常有效的方法,可以从分子间相互作用出发研究离子液体的微观结构、热力学和动力学性质;量子化学计算则在分子、电子水平上对离子液体的结构、性能及催化机理进行理论研究。本文综述了分子模拟方法应用于离子液体体系的研究进展,重点介绍了利用分子动力学模拟和量子化学计算方法对不同离子液体进行研究,获得离子液体的结构性质、光谱性质(红外光谱、拉曼光谱)及离子液体催化反应机理等,为探讨离子液体结构-性质的关系、离子对的作用方式、催化反应活性中心、反应途径、反应活化能、振动模式和频率以及设计功能性离子液体提供理论导向。     

"分子的性质"软件用于高分子科学教学实验

近年来,由计算机主宰的能够模拟真实发展体系的结构与行为的方法形成了一个全新的领域,这就是“分子模拟”。随着计算机技术的迅速发展,已有大量计算机软件用于高分子科学中的链结构、凝聚态结构、ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟以及聚合物材料设计等。但至今还没有用计算机软件开设高分子教学实验的报道。作者认为,与传统的动手实验相比,高分子教学中的计算机实验无疑将在直观性和兴趣性方面有它独特之处。本文介绍作者用“分子的性质”（简称ＭＰ）软件开设的两个高分子实验。１　用“分子的性质”软件构建全同立构聚丙烯分子、聚乙烯分子…     

高分子粗粒化分子动力学模拟进展

模拟与理论、实验相互补充,彼此验证,使我们在原子和分子尺度上理解相关实验现象中的微观物理机制。结合高性能计算机和计算技术的发展,模拟已发展成为独特的高分子科学研究手段,在高分子材料优化设计和性能与结构问的性能关系研究中起重要作用。高分子具有不同层次的结构,材料的性质和功能不仅取决于化学结构和分子性质,而且很大程度上取决...     

分子模拟技术在高分子科学实验中的应用

分子模拟技术是一项成熟的、有潜力的计算机实验技术,计算机具备高速稳定的图形处理能力,可以将实验结果以数据和图形的形式呈现出来,数据库技术可以方便的提取和存储各种分子模型和聚合物片段,通过可视化的三维图形的让学生更容易理解高分子科学的抽象概念,分子动力学的计算方法以牛顿力学为基础,在一定力场下建立周期性边界条件模型,通过几何构型优化和动力学运算,直观地了解到高分子的近程结构和聚集态结构,计算得出普通高分子实验无法得到微观相态结构,丰富了实验内容,开拓了高分子科学实验的新领域。     

计算机辅助蛋白质分子理性设计:从肌红蛋白到一氧化氮还原酶

计算机辅助蛋白质分子理性设计在解决化学及生物学重要问题中被证实十分有效。在NOR本身三维结构未知的情况下通过计算机分子模拟,使用肌红蛋白(Mb)作为蛋白质分子模型,设计了结构功能型一氧化氮还原酶(NOR),所设计的NOR蛋白质模型——Fe_BMb一年后被天然NOR的晶体结构所证实。本文综述了设计Fe_BMb, I107E Fe_BMb以及Fe_BMb(-His)的研究过程及其设计合理性,评述了通过使用计算机分子模拟,获得Mb处于双组氨酸配位的非天然状态的原子层次结构信息,而这些信息很难通过实验方法来获得。计算机辅助蛋白质分子理性设计的广泛应用将会为生物体系提供更深刻的内涵。     

本研贯通课程“高等物理化学”的实例教学

在"高等物理化学"课程教学中引入实例教学可以有效帮助学生在理论语言与实验语言之间搭建桥梁,借助计算机"可视化"手段向学生展示实体实验难以描述的抽象概念。本课程从量子力学和分子力学出发,设计了由浅入深的7个实例,用计算机模拟方法分别计算了单分子的分子光谱、化学反应路径和溶液的微观异质性,帮助学生从微观层面形象化地理解抽象的物理概念,有效克服了学生的畏难心理,显著提高了学生解决实际问题的能力,改善了理论脱离实践的现状。     

国外关于化学概念的多元外在表征的研究述评

对国外近15年以来关于学生学习化学概念的多元外在表征做一综述,阐明多元外在表征与化学概念的定义,总结了学生关于化学概念的多元外在表征的特点:这些多元外在表征以计算机为基础,特别是计算机模型比较多;在计算机动画或者模型中,侧重分子水平上的表征即微观表征。进而得到化学概念的多元外在表征的教学启示:教师应该注重化学概念的多元表征教学;各种多元外在表征呈现给学生时要结合学生的实际情况;教师和课程的设计者可以考虑早期引入一些基本的微观表征,以配合探索物质的宏观性质。     

二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯三元共聚物结构与载药性能的分子模拟

基于Compass力场,利用Materials Studio工作站对二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯三元共聚物(PPCG)分子的微观结构与宏观性质间的关系进行了分子模拟研究.通过模拟可知,PPCG分子链为柔性线形分子,易水解的碳酸酯和羧酸酯基团分布于PPCG单元的外部,并且PPCG单元中存在微相分离结构.通过对PPCG与药物分子咖啡因相互作用的分子模拟和计算,进一步了解咖啡因分子是选择性地分布到CO2结构单元的区域中,而在GBL区域无分布.因此可利用PPCG的微相分离结构实现药物分子的自组装,这一研究结果对此类载体中药物分子的自组装行为研究奠定了理论基础.模拟研究结果不仅与实验结论相符合,为分子微观结构与宏观性质间的关系提供了清晰的阐述,而且为进一步探讨载体与药物分子间的相互作用奠定了理论基础.     

分子模拟在高性能聚合物纤维力学性能研究中应用

聚合物力学性能取决于单个分子链的力学性质和分子链聚集形态。综述了通过分子模拟研究高度取向的液晶高分子纤维的微观力学行为,从微观角度揭示聚合物力学性能的本质,解释其力学破坏的结构因素。     

气体分子在纳米孔道材料中扩散传输的分子动力学研究进展

随着计算机科学技术的迅猛发展以及分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟技术的不断完善,MD模拟已成为微观尺度上研究流体动态性质的有力工具,越来越多地应用到气体分子扩散传输的研究中.本文综述了近年来气体分子在纳米孔道材料中扩散传输的MD研究进展,包括单组分或多组分气体在人工纳米管、多孔膜材料、金属有机骨架多孔材料以及生物蛋白通道等的扩散传输,报道了温度、压强、气体组分以及纳米孔道材料结构等因素对扩散传输过程的影响.     

把分子模拟法引入高分子物理实验教学

分子模拟法（也被称作计算机模拟法）是用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理与化学性质,它已成为一种重要的科学研究方法,并且被广泛地应用于高分子科学的研究中。     

超越技术 深入学科——对分子模拟技术融入化学教学的思考

分子模拟技术有助于学生形成心像、微观思维能力和表征转换能力。分析了影响化学教师使用分子模拟技术的2项因素,对如何消解国外分子模拟技术在国内化学教育领域科技扩散过程中出现的障碍、分子模拟技术如何更好地融入化学教学等问题提出建议。     

分子模拟在生物传感器研究中的应用

分子模拟通常包括以量子力学和经典力学为基础的两部分,依赖于计算机的大量运算能力。其飞速发展渗透和推动了包括工程类学科以及化学、生物学等许多学科的发展。生物传感器是一个多学科交叉的研究热点.本文以计算机模拟研究中与生物传感器有关的内容作为切入点,简要介绍了计算机模拟技术的原理及生物敏感分子吸附和设计筛选、特异性生物反应过程的原理和优化等方面的研究成果,为应用计算机技术推动生物传感器的开发和应用提供了一些新的思路。     

介观模拟方法研究高分子表面活性剂在水介质中的聚集行为

高分子表面活性剂已广泛应用于许多领域, 其构型复杂、分子量大等特点使其聚集行为不同于小分子表面活性剂. 从微观上认识其聚集行为可为应用提供指导, 因而此方面的研究倍受关注. 计算机模拟技术的发展使我们能成功地在微观或介观水平上获得高分子表面活性剂聚集行为的信息. 本文综述了耗散粒子动力学(DPD)和介观动力学(MesoDyn)在高分子表面活性剂聚集行为研究中的应用. 着重介绍了这两种介观模拟方法研究单一高分子表面活性剂溶液的相行为及其与低分子表面活性剂之间的相互作用, 揭示了实验中难以观测的微观相分离及聚集体结构形态的变化规律. 这些信息可以为实验研究提供指导和补充.     

WebLab Viewer用于显示分子三维空间结构的教学尝试

在实际教学过程中发现 ,对于结构较为复杂的有机物与生物分子 ,直接在黑板上讲授往往学生不易理解 ,特别是键长、键角、空间构型、构像、二面角等概念 ,比较抽象。若借助一些好的计算机图形软件 ,将其显示出来 ,制成彩色幻灯片或直接在电化教室中用计算机显示出来 ,将会大大提高学生的学习兴趣 ,同时为深刻认识许多化学本质提供了一种非常好的方法。以前也有许多有关分子三维空间结构的软件介绍 ,但是与这些软件相比 ,用软件 Web LabViewer来显示其三维空间结构 ,较为方便 ,同时功能也多 ,在计算机分子模拟以及分子构像能量优化过程中常常…     

多相聚合物微观结构和分子间相互作用的固体NMR研究

近年来固体核磁共振(NMR)技术在聚合物材料表征领域正发挥着越来越重要的作用,已经成为研究聚合物微观结构、链段动力学、分子间相互作用等微观信息及阐明材料结构-功能-性质关系必不可少的重要手段.本文将综述我们近年来系统构建和发展的固体NMR方法及其在研究多相聚合物微观结构、分子间相互作用和交联网络等问题中的应用.此外,针对存在不均匀性动力学的多相聚合物体系,我们发展了增强固体NMR谱图灵敏度的新方法.     

氢键识别超分子聚合物的新进展

近年来,由于氢键作用对聚合物的热力学性质、微观自组装、结晶及液晶行为的重要影响,氢键识别在超分子聚合物的分子设计与结构控制方面的应用受到广泛关注。本文系统介绍了氢键识别体系的类型与性质,以及分子结构、分子内氢键对氢键识别强度的影响,讨论了羧酸与吡啶间氢键识别体系、与核苷相关的氢键识别体系以及四重氢键识别体系在超分子聚合物中的最新应用,主要介绍了氢键识别超分子聚合物的合成、结构、性质及功能。     

聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺的力学性能模拟

设计了一类线型聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺聚合物, 并对聚合物分子模型进行了计算机模拟, 通过分子力学和力学性质模块的计算得到了聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺的一些力学参数. 模拟结果表明, 聚多联苯2,6-二甲酰对苯二胺类型芳酰胺聚合物通过自组装可以呈现类倒插蜂窝结构排列, 除聚二联苯2,6-二甲酰对苯二胺和聚三联苯2,6-二甲酰对苯二胺以外, 该系列聚合物在xy平面内均具有负泊松比.