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.     

水化锂蒙脱石层间结构和动力特征的分子模拟

利用分子力场和分子动力学(MD)的方法研究了Li-蒙脱石的结构构型, 层间阳离子的水化行为、水分子的结构特征以及它们的扩散性质. 分子力场构型优化结果表明: Li-蒙脱石的层间距、体积和密度与层间水含量有关; MD模拟的动画轨迹显示Li-蒙脱石层间Li^＋的位置与层间电荷位置有关. 均方根位移和自扩散系数的计算结果表明: 层间阳离子、水分子在Li-蒙脱石一、二层水合物中的扩散受到上下粘土片表面的限制, 在三层水合物中开始离开粘土层面向其它方向快速扩散. 径向分布函数及其结构因子的分析结果表明Li^＋在一、二、三层水合物中有不同的水合层; 层间水分子的结构特征说明其在蒙脱石层间有水合水分子和自由水分子之分, 且它们的比值在一、二和三层水合物中有所不同.     

锂-,钠-,钾水化蒙脱石层间结构的分子动力学模拟

运用分子动力学(molecular dynamics, MD)方法分别研究了含有32, 64和96个水分子的Li-, Na-, K-蒙脱石层间阳离子与水分子的位置和结构. 计算结果表明蒙脱石层间阳离子位置与四面体和八面体电荷位置及离子的大小有关. 一层水合物中可以观察到三种阳离子都能和四面体电荷与八面体电荷位置分别形成内、外配位作用. 二层水合物中, 仍然可以观察到Li^＋和Na^＋与电荷位置的配位作用, 但是已经开始向层中其他方向扩散, 而K^＋仍然在粘土的表面附近. 三层水合物中, Li^＋, Na^＋开始从电荷位置和表面分离, K^＋也开始向层间其他方向扩散. 水分子在所有三种水合物中都分散于层间各个方向. 径向分布函数的分析结果表明层间三种阳离子组织水分子的能力不同, 水化作用随着阳离子半径的增大而减弱; 此外层中水分子的聚合程度随着水分子的增加而加强, 水分子的结构也不同于模拟的液体水分子的结构; 说明蒙脱石层间阳离子的溶剂化作用对水分子的组织起着重要的作用.     

模拟扩散系数的分子动力学方法

A new two-parameters, namely temperature and pressure relaxation times, model was proposed based on the basis of the isothermal-isobaric MD methods and both the parameters optimized by using the orthogonal test are 2 fs. The maximal deviation of system volume simulated under the optimal conditions was within the limit of 10%. The new model was used to simulate the selfdiffusion coefficients of argon and supercritical carbon dioxide at different temperatures, and the influence of temperature and pressure on selfdiffusion coefficients was analyzed qualitatively by the use of the kinetics theory. Good agreement is obtained between the simulated results and the experimentally measured data.     

硝酸钾电解质溶液水化结构的分子动力学模拟

Molecular dynamics simulations were carried out to study the structure of ion clusters and hydration properties of KNO3 solution. The water molecule was treated as a simple-point-charge (SPC) model, and a four-site model for the nitrate ion was adopted. Both the Coulomb and Lennard-Jones interactions between all the charged sites were considered, and the long-range Coulomb electrostatic interaction was treated using Ewald summation techniques. The configuration of ionic pairs, the radial distribution function of the solution, and the effect of solution concentration on ionic hydration were studied in detail. It was found that there are ionic association phenomena in KNO3 solution and that the dimeric, triplet, solvent-separated ion pairs, and other complex clusters can be observed at high ionic concentration condition. As the concentration of solution decreases, the ionic hydration number increases, 5-7 for cation K+ and 3.5-4.7 for anion NO3-, which is in good agreement with former Monte Carlo and time-of-flight neutron diffraction results.     

二氟尼柳/水滑石插层组装结构、氢键及水合特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟二氟尼柳插层水滑石(DIF/LDHs)的超分子结构, 研究复合材料主客体间形成的氢键以及水合膨胀特性.结果表明, 当水分子总数与DIF分子总数之比Nw≤3时, 层间距dc保持基本恒定, 约1.80 nm; 当Nw≥4时, 层间距逐渐增大, 且符合dc=1.2611Nw+13.63线性方程. 随着水分子个数增加, 水合能驻UH逐渐增大. 当Nw≤16时, 由于⊿UH<-41.84 kJ·mol-1, LDHs-DIF可以持续吸收水, 从而使材料层间距不断膨胀. 但当Nw≥24时, ⊿UH>-41.84 kJ·mol-1, 此时LDHs-DIF层间不能再进一步水合, 因此LDHs-DIF在水环境中膨胀具有一定的限度. 水滑石层间存在复杂的氢键网络. DIF/LDHs水合过程中, 水分子首先同步与层板和阴离子构成氢键; 当阴离子趋于饱和后, 水分子继续与层板形成氢键, 并逐步发生L-W型氢键取代L-A型氢键, 驱使阴离子向层间中央移动, 与层板发生隔离; 最后水分子在水滑石羟基表面形成有序结构化水层.     

分子动力学模拟苯和萘在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数

采用球型模型和点位-点位模型对超临界二氧化碳的自扩散系数及苯或萘在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数进行了分子动力学模拟。结果表明,球型模型及点位-点位模型均可较准确地预测二氧化碳的自扩散系数,球型模型因形式简单,准确度相对较差;点位-点位模型准确度虽高,但需较长的模拟机时。两种位能模型所获得的准确度相当,但点位-点位模型可以更精细地反映体系的微观结构。     

熔融NaCaF3、Na2CaF4和Na3CaF5的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟，研究了熔盐溶液NaCaF_3、Na_2CaF_4和Na_4CaF_5体系，模拟表明，三种二元混合系的径向分布函数十分接近．由模拟所得到的摩尔混合焓很好地与实验值一致．混合焓与Na~+离子势阱深度之间表现出很好的线性关系．模拟表明，在Na_2CaF_4体系中，即NaF-CaF_2二元系处于低共熔混合组分比NaF:CaF_2＝2:1时，Na~+，Ca~(2+)和F~-离子的自扩散系数出现很大的反常．     

聚合物防污材料表面水化层的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了吸附在聚二甲基硅氧烷(PDMS)和接枝聚磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(pSBMA)改性后的防污材料膜水化层内的水分子的结构及其动力学性质, 从微观角度解释了聚合物膜具有防污性能的原因. 模拟发现: (1)紧靠聚合物膜形成的水化层是聚合物具有防污性能的关键因素, 该水化层是溶液中的粒子(包括蛋白质分子)与聚合物膜相接触时所要克服的最主要的物理能障; (2)相对PDMS聚合物膜而言, 双离子特性自组装膜(pSBMA)在氢键、静电力的共同作用下, 可以形成空间笼状水分子网结构对水分子具有更强的束缚作用并有效降低水分子的可运动性, 形成的稳定水化层使得pSBMA具有更强的阻碍蛋白质吸附的能力.     

ABEEMσπ和OPLS-AA力场对蛋白质GA88/GB88的分子动力学模拟

将原子与键电负性均衡方法融入分子力学方法,即利用ABEEMσπ浮动电荷力场与ABEEM-7P水模型相结合的方法及OPLS-AA固定电荷力场方法,对GA88和GB88蛋白进行了水溶液(温度295 K)和真空中的分子动力学模拟.比较两种方法得到的两个蛋白质的结构与实验结构的均方根偏差,分析了两种方法得到的两个蛋白质的回旋半径、氢键分布、径向分布及电荷分布情况.结果表明,ABEEMσπ和OPLS-AA力场均能正确模拟蛋白质结构,得到的各项偏差值接近,但从各偏差的波动大小可见,ABEEMσπ力场的模拟更稳定;回旋半径模拟很好地体现了蛋白质的"电致紧缩"现象;氢键分布、径向分布及电荷分布表明,与OPLS-AA固定电荷力场相比,ABEEMσπ浮动电荷力场能更好地体现蛋白质和周围水分子的极化效应.     

正十六烷体系凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法,根据体系热容和自扩散系数的突变,计算了正十六烷体系以及正十六烷和降凝剂α-辛基萘、α-十二烷基萘及α-十六烷基萘等α-烷基萘混合体系的凝点,凝点降低结果与实验值相一致.用径向分布函数及末端距离分布对凝固温度附近体系的微观结构变化进行了研究.结果表明,凝固过程中正十六烷分子倾向于转变成为全反式的构象,以利于分子间平行有序的排列,这和熵减小的原理相一致.结合正十六烷的构象变化,探讨了烷基萘降凝的机理.     

高分子/棒状纳米粒子复合物的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学模拟研究了剪切场下棒状纳米粒子对高分子基体的结构、 动力学和流变性质的影响. 通过比较多种体积分数(0.8%~10%)的纳米复合物及纯熔体的模拟结果发现, 随着纳米粒子的增加, 高分子链的扩散和松弛逐渐受到抑制, 而链尺寸几乎保持不变. 从Weissenberg number(W_i)角度看, 在剪切流场下, 高分子链的结构性质(如归一化的均方回转半径、 回转张量和取向抑制参数)几乎与纳米粒子的体积分数无关, 而高分子链的Tumbling运动受到抑制. 研究还发现, 纳米复合物与纯熔体的剪切黏度曲线趋势基本一致, 即W_i=1将曲线分为平台区和剪切变稀区. 纳米棒的加入仅定量地改变了流体的剪切黏度.     

Tobramycin与16S rRNA A位点复合物的分子动力学模拟

采用分子动力学方法(Molecular dynamics, MD)对托普霉素(Tobramycin)与16S rRNA的A位点复合物的特异性识别机制进行了理论模拟研究, 模拟时间为3.6 ns. 结果表明, A位点中波动最大的部位是两个环外碱基A1492和A1493; tobramycin的环Ⅰ和环Ⅱ是其最保守的结构单元, 可能参与了Tobramycin与16S rRNA的A位点之间的特异性识别. 另外, 发现一个残存时间为3.6 ns的“结构化”水分子, 它桥接了Tobramycin环Ⅱ的N3与环Ⅰ的N6'之间的氢键, 稳定了Tobramycin的结构; Tobramycin周围水合密度较高的位点出现在环Ⅰ和环Ⅱ附近, 这也正是晶体结构中形成较多水媒介氢键及动力学模拟中结构化水分子出现的位置. 动力学模拟证实Tobramycin与16S rRNA间的结合是大量氢键及水分子相互作用的结果, 这有助于设计和开发以Tobramycin为基础, 具有高亲和力及特异性的16S rRNA抑制剂.     

First and Second Hydration Shell of Ni2+ Studied by Molecular Dynamics Simulations

Molecular dynamics simulations of a Ni²⁺ ion in water have been carried out to investigate the structure and dynamics of water molecules around the nickel, extending the analysis to the second hydration shell. The structural parameters as well as the motions of water molecules in various sub-structures of the solution have been evaluated giving a detailed picture of the motional modes of water molecules     

阴离子表面活性剂在油水界面聚集的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了油、水和阴离子表面活性剂组成的混合溶液从初始“均相”到“油水两相”分离的动力学过程, 研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在界面分离过程中的作用. 模拟发现, 油水两相能够在短时间内分离达到平衡, 形成一个明显的油水界面; 在SDBS存在情况下, 油水界面的分离时间随着SDBS浓度的增加逐渐增加, 达到平衡时SDBS会在界面处形成一个明显的界面膜, 并对油水界面处的水分子有限制作用. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观分子结构信息.     

ZnCl2熔盐的分子动力学模拟

近年来，若干作者根据几种粒子间函数，对ZnCl2熔盐结构做过分子动力学模拟［1－3］其出的Zn－Cl和Cl－Cl离子间的偏径向分布函数与中子衍射实测值符合较好，但Zn－Zn离子间距以及Zn－Zn间配位数计算值多偏高．鉴于Busing势函数在多价卤化物馆盐的分子动力学计算中应用效果较好[4],我们试用Busing势函数为基础对ZnCl2熔盐结构和能量做分子动力学计算．1研究方法计算所用粒子势为Busing势函数此处，Zi为离子的电行数（ZZn。＋＝2，Zcl－＝1），几；是离子有效半径，人为＊离子的“硬度”参数·据文献问，f二0．005071，尸zn。十二0．…