不同链长烷烃在碳纳米管表面行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同长度的烷烃在单壁碳纳米管表面的吸附和取向过程,直观地给出了过程中很多微观信息,如链与纳米管管轴的夹角,链的弯曲程度等.结果表明短链烷烃能够被吸附在纳米管表面并沿着特定的方向取向;碳纳米管表面起到诱导取向的作用,并且该诱导作用对离表面最近的吸附层作用最明显;在吸附过程中,烷烃链发生弯曲,而吸附以后,取向的烷烃链倾向于采取伸直的状态。     

直链烷烃近红外光谱的温度效应与应用研究

近红外光谱的温度效应已得到关注,在结构分析和定量分析方面得到了尝试.以直链烷烃为例,对烷烃有机体系近红外光谱的温度效应进行了研究.采集了20~60℃范围内五种直链烷烃(正己烷到正癸烷)及其混合物的近红外光谱并进行了对比分析,仅发现某些谱峰的强度随温度发生微小变化.采用交替三线性分解算法对光谱数据进行了解析,考察了光谱的特征以及随温度和结构的变化.结果表明,链端C₂H₅和链中CH₂基团的光谱受温度的影响不同,但其光谱信号的强度与温度之间都具有良好的线性关系,可根据光谱预测体系的温度;两种基团的光谱信号强度与烷烃分子的碳数或两种基团在分子中相对含量都具有良好的线性关系,可用于直链烷烃混合物组成的估算.     

聚乙烯在石墨表面结晶的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了聚乙烯在石墨(001)表面的吸附和结晶过程;直观的给出了聚乙烯链被石墨(001)面吸附并诱导形成有序的片层晶体的过程;发现结晶温度对得到的有序结构中的聚乙烯链相对石墨表面的特定取向有影响(300 K和600 K时的取向方向不同);表面覆盖率影响聚乙烯吸附层的厚度,对取向的方向无影响.     

酞菁铅在石墨烯表面吸附行为的拉曼光谱研究

利用石墨烯增强拉曼散射效应可以获得与石墨烯接触的某些分子的拉曼增强信号, 并且对于不同的分子或振动模, 其拉曼增强因子不同. 根据这一特征, 本工作利用拉曼光谱技术对石墨烯表面上酞菁铅(PbPc)分子Langmuir-Blodgett (LB)膜在退火过程中吸附构型的变化进行了跟踪研究. 发现随着退火温度的升高, 石墨烯表面上PbPc分子的拉曼信号经历了一个先增强后减弱的过程, 在升华温度点附近强度达到最大, 表明PbPc发生了由直立向平躺取向的转变; 同时, 在PbPc分子升华温度点附近, 由于对称性破坏导致散射截面低的振动模出现, 并且该振动模强度随着退火温度的进一步升高而增强, 表明非平面的PbPc分子受石墨烯π-π相互作用的影响而形变加剧, 向平面结构转变; 在更高的退火温度下, 则出现一些不属于PbPc分子的拉曼振动峰, 表明PbPc分子在石墨烯表面由Pb(II)被还原成Pb(0).     

纤连蛋白在石墨烯修饰二氧化钛表面吸附的计算机模拟

采用全原子分子动力学模拟方法研究了纤连蛋白(FN)在金红石表面、23%石墨烯覆盖率的金红石表面、92%石墨烯覆盖率的金红石表面、石墨表面的吸附行为.模拟结果表明:FN在金红石表面吸附不稳定.通过石墨烯修饰二氧化钛表面可降低金红石表面的亲水性;当表面含有石墨烯层时,FN都将稳定地吸附在表面上.在23%石墨烯覆盖率的金红石表面上,FN的特异性识别位点朝向溶液而有利于整合素识别.DSSP分析结果显示在40 ns的分子动力学模拟过程中,FN的七个β-折叠结构在所有体系中均没有发生太大变化.由于有石墨烯层存在,表面附近水分子层密度减小.FN的表面吸附能随着表面石墨烯覆盖率的增加而增大.石墨烯修饰能加强二氧化钛表面对蛋白质的吸附.本工作可以为移植体修饰生物材料设计与开发提供参考.     

正链烷烃密度与温度的定量关系

正链烷烃密度与温度的定量关系曹晨忠（湘潭师范学院化学系，４１１１００）正链烷烃的密度是烷烃的一个基本物理性质，其变化规律是分子结构与性能关系研究内容之一。实际化工过程中，还常常需要知道不同温度下各种烷烃的密度。因而研究正链烷烃密度与温度的关系具有理论...     

燃料高速燃烧动态温度的测量

利用多通道高温计测量燃料高速燃烧动态温度的方法,在爆炸激波管中模拟异辛烷,正庚烷、正辛烷、正庚烷+异辛烷混合物等烷烃高速燃烧。并用该方法考察了氧气对异辛烷高速燃烧温度的影响,及上述烷烃的辛烷值与高速燃烧温度的关系。结果表明,对于富含异辛烷的混合物,增加氧含量可以使高速燃烧温度增加;随着烷烃辛烷值的增加,高速燃烧温度下降,与利用传感器测量结果相吻合。本文所述的方法可以用于各种气-液相混合物高速燃烧温度的测量。     

硅表面上构筑烷烃单层膜的分子模拟

用分子力学方法模拟了十二烷烃在硅表面的单层膜的排列情况. 从中发现: 十二烷烃在硅表面的覆盖率约为50%, (8×8)大小的模拟格子即可描述烷烃链在硅表面的空间排列. 同时讨论了不同取代方式对单层膜的影响, 并比较了酯基和甲基终止的硅表面单层膜的空间排列方式, 模拟结果与实验测量基本吻合. 结果表明: 分子模拟方法可以作为实验手段的一种辅助工具, 在分子水平上为实验提供理论支持和微观信息.     

疏水相互作用引起Gemini表面活性剂柔性联接链的弯曲

为了理解gemini表面活性剂柔性烷基联接链在自组织过程中的特殊作用,我们合成了三种gemini表面活性剂烷基-a,w-二（二-十二烷基甲基溴化铵）（记为2C12-s-2C12×2Br (s=3, 6, 8)）。2C12-s-2C12×2Br在水表面构成铺展膜后,由于每个分子带有4根烷烃链,它们形成了稠密的烷烃尾链层。增强的烷烃尾链与联接链间的疏水相互作用促使联接链弯曲朝向空气一端,可发生弯曲的联接链长度要小于吸附在水溶液表面上的gemini表面活性剂C12-s-C12×2Br,后者每个分子只有2根烷烃链。由此可见,增强的烷烃尾链与联接链间的疏水相互作用可以有效地促进联接链的弯曲。     

系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的表面活性和胶束化能力. 模拟结果表明,压力张量法得到的表面张力模拟值偏小,需乘以修正系数矫正;分子动力学模拟得到的临界胶束浓度变化规律与实验相符,可以定性比较不同结构的离子液体型Gemini咪唑分子间的胶束化能力;温度的升高会加剧分子的热运动,不利于离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中形成胶束;此外,研究还发现联接基不同的离子液体型Gemini咪唑表面活性剂可能遵循不同的胶束化机理.S≤6时,单个分子自组装成胶球后发生聚合形成大胶团.随着咪唑上长烷烃链碳数的增加,[C_n-4-C_nim]胶束化能力提高;而随着联接链长度增加,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力降低;当S ＞6时,分子联接基弯曲并伸入其它分子烷烃链内部以减小头基分离力,从而形成稳定的胶束或胶团.随着联接基团亚甲基数的增加,头基斥力减小,附加疏水相互作用增强,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力提高.     

表面上锚定聚乙烯链聚集的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了锚定于二维无限大表面上的聚乙烯分子链的聚集和有序化过程.聚乙烯链与表面的相互作用采用一个以平面法向距离为函数的势能表达式S(z).以均方回转半径垂直于表面的分量s²⊥作为指标,考察了模拟过程中表面势能函数的强度效应和模拟体系的温度效应.研究了锚定聚乙烯在表面上聚集的有序化过程,考察了锚定聚乙烯链的聚集成核的动力学过程,聚集体的形貌及分子量依赖性.发现锚定聚乙烯在300K时只在锚定点附近形成一个局部有序结构,然后以此为核进行生长.在模拟得到的有序程度不同的聚集体结构中,锚定点都位于聚集体链轴的端面.     

天然气与硫酸盐热化学还原反应的模拟实验研究

为探讨天然气中高含量硫化氢形成的化学机制，利用高温高压反应装置，对天然气与固态硫酸钙反应体系进行了热模拟实验研究。使用气相色谱仪、微库仑仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪对产物进行了分析，探讨了硫酸盐热化学还原反应的热力学特征，并进行了反应动力学研究。结果表明，高温下天然气与固态硫酸钙可以发生反应，产物主要为硫化氢、二氧化碳、碳酸钙、水和炭。热力学研究表明，天然气与固态硫酸钙的反应可行，升高温度对反应有利，同一温度下长链烷烃与固态硫酸钙发生反应的可能性要比短链烷烃大。根据动力学模型得到反应活化能为96.824kJ/mol。     

燃料高速燃料动态温度的测量

利用多通道高温计测量燃料高速燃烧动态温度的方法，在爆炸激波管中模拟异辛烷，正庚烷、正辛烷、正庚烷＋异辛烷混合物等烷烃高速燃烧。并用该方法考察了氧气对异辛烷高速燃烧温度的影响，及上述烷烃的辛烷值与高速燃烧温度的关系。结果表明，对于富含异辛烷 合物，增加氧含量可以使高速燃烧温度增加；随着烷烃辛烷值的增加，高速燃烧温度下降，与利用传感器测量结果相吻合。本文所述的方法可以用于各种气－液相混合物高速燃烧温度的测量。     

石墨烯狭缝受限孔道中水分子的分子动力学模拟

石墨烯是一种具有广泛应用前景的纳米材料,特别是由石墨烯片层自组装形成的二维纳米通道能够应用于物质的过滤分离.本文采用分子动力学模拟方法研究了原态石墨烯/羟基改性石墨烯狭缝孔道中水分子的微观行为,模拟计算了水的界面结构性质和扩散动力学性质,所研究的石墨烯孔宽为0.6-1.5 nm.模拟结果表明,在石墨烯狭缝孔道中,水分子受限结构呈现层状分布,在超微石墨烯孔道(0.6-0.8 nm)中水分子可形成特殊的环状有序结构,石墨烯表面可诱导产生特殊的水分子界面取向.在石墨烯孔道中,水分子的扩散运动低于主体相水分子的扩散运动,羟基化石墨烯孔道可以促使水分子的扩散能力降低.对于改性石墨烯狭缝孔道,由于羟基的作用,水分子可以自发渗入0.6 nm的石墨烯孔道内.模拟所得到的受限水分子的动力学性质与水分子在石墨烯孔道内的有序结构有关.本文研究结果将有助于分析理解水分子通过石墨烯纳米通道的渗透机理,为设计基于石墨烯的纳米膜提供理论指导.     

氧化石墨烯吸附亚甲基蓝的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了亚甲基蓝在不同氧化度的氧化石墨烯表面的吸附行为及其动力学性质, 从微观角度讨论了亚甲基蓝由体相到氧化石墨烯表面的吸附过程及主要作用机制, 并通过亚甲基蓝分子动力学性质解释了氧化石墨烯的氧化度和含氧官能团类型对吸附行为的影响. 结果表明, 吸附过程中, 亚甲基蓝主要受氧化石墨烯表面含氧官能团的静电作用, 以近似垂直氧化石墨烯表面的方向进入, 并以平行的方式吸附于氧化石墨烯表面; 亚甲基蓝不易脱离高氧化度氧化石墨烯的吸附位点; 吸附平衡过程中, 相对于低氧化度的氧化石墨烯, 高氧化度氧化石墨烯对亚甲基蓝的束缚性更强, 同时与亚甲基蓝间相互作用更强; 含氧官能团中的环氧基与亚甲基蓝间的作用势能更强, 且羟基能够与亚甲基蓝间形成氢键结构, 共同保障了亚甲基蓝吸附层的稳定性.     

聚乙烯在羟基化β-石英(100)表面上的有序吸附

利用分子动力学模拟方法研究了聚乙烯链在羟基化β-石英(100)表面上的吸附. 结果表明, 吸附基底上的规则图案起到模板的作用, 无论是真空还是溶液环境, 都会引导聚乙烯链在表面形成二维沿着[110]方向取向的折叠构型. 为了与聚乙烯的吸附相比较, 进一步研究了聚氧化乙烯链在相同表面上的吸附情况. 结果表明, 极性链与非极性链在极性表面上的吸附情况完全不同.     

分子动力学模拟研究线型聚乙烯链在强电场中的取向行为

本文将电荷平衡法(Charge Equilibration, QEq)方法应用于线型聚乙烯链(PE)的电荷分布计算,发现了非极性高分子PE链上电荷分布具有不均匀性,且端基带有较多的负电荷,随后通过MD模拟发现PE单链可在强电场中发生取向.通过QEq方法对达到临界缠结分子量的PE多链体系进行电荷分配,并模拟其在真空和本体条件下的取向行为,发现PE多链体系在强电场中也可发生取向.最后通过分析得出PE在强电场中发生取向的可能原因是分子链上电荷分布的不均匀性.     

取向态聚对苯二甲酸乙二酯膜热弛豫过程的偏振红外光谱研究

用升温在位偏振红外光谱测量方法，研究了不同取向态的聚对苯二甲酸乙二酯（ＰＥＴ）膜在热弛豫过程中的尺寸变化以及分子链构象和取向的变化．结果说明，ＰＥＴ小尺度取向链段的热弛豫较大尺度取向分子链的热弛豫在较低的温度下发生，取向ＰＥＴ膜的热收缩主要与分子链大尺度取向的弛豫有关，而其后的自发伸长是结晶过程引起的，分子链的取向程度对结晶伸长的幅度有着重要影响．     

氧化石墨烯在缺氧氧化锌薄膜表面的自发分裂

第一次从实验上展现了氧化石墨烯在缺氧氧化锌薄膜表面的自发分裂,即完整的氧化石墨烯片会自发分裂成许多小片. 此现象的可能机制是：氧化石墨烯表面存在链状的环氧基团,缺氧氧化锌薄膜表面的氧空位能够吸收氧化石墨烯表面的环氧基团,影响氧化石墨烯表面的环氧基团链的稳定性,导致环氧基团链自发打开,从而使完整的氧化石墨烯片破裂成很多小片.     

聚电解质混合物在均匀带电平面上吸附的密度泛函研究

采用非局域密度泛函理论计算方法(NLDFT), 我们研究了两种带相反电荷的聚电解质混合物在均匀带电平面上的吸附以及吸附层的电荷反转现象. 我们对表面带电密度和聚电解质链段的价态对吸附的影响做了系统研究, 发现在体系中不含小离子的情况下, 当体系中两种聚电解质链段都为单价时, 和表面带相反电荷的聚电解质链能够吸附在平面上, 而和表面带相同电荷的聚电解质链和表面之间相互排斥, 整个过程就是表面电荷被与之带相反电荷的聚电解质链上所带电荷中和的过程, 没有出现明显的电荷反转现象|当体系中作为反离子存在的聚电解质链段价态为二价时, 和表面带相同电荷的聚电解质链能在表面上吸附, 出现明显的电荷反转现象. 理论研究表明, 以反离子居中为媒介的静电相关效应是聚电解质混合物出现多层吸附的主要驱动力之一.