分子动力学模拟纳米尺寸限制体系下氩溶液中I2的振动能量弛豫

利用平衡态分子动力学方法(EMD)模拟了纳米尺寸限制球壳内I2在Ar溶液中的振动能量转移.计算并讨论了I2振动能量弛豫时间T1随球壳半径、溶剂密度的变化规律.通过分子间相互作用分析,在原子、分子水平上,揭示了随着球壳半径的减小,T1呈逐渐增大趋势的原因.结果表明,球壳的几何限制效应和表面作用对受限溶液密度分布的影响较大,从而导致溶质振动弛豫的显著变化.此外,非限制体系模拟显示,非平衡态分子动力学(NEMD)方法可以得到与平衡态分子动力学方法较一致的振动能量弛豫时间T1.     

圆柱形纳米孔道内受限溶液I2/Ar的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法, 考察了受限于圆柱形纳米孔道内I2/Ar溶液的振动传能及扩散动力学. 计算得到了溶质振动弛豫时间T1、溶剂轴向扩散系数Dz随孔道半径变化的规律. 结果表明: T1随着孔道半径的增大而减小; 而Dz随着孔道半径的增大而增大; 与预期的一致, 随着孔道半径的增大, 孔道的限制作用逐渐减小, T1与Dz趋近于相应的非受限溶液体相值. 此外, 通过考察溶质、溶剂与孔道的相互作用, 在原子、分子层次上揭示了限制作用对传能与传质影响的机制.     

LiCl-NaCl-KCl-H2O溶液体系渗透压的分子动力学模拟

盐湖卤水中含有大量的锂、 钾资源, 发展卤水的渗透压预测模型和方法, 对于资源的综合利用具有重要的指导意义. 本文采用分子动力学(MD)方法结合水溶液渗透压模拟(OPAS)技术, 研究了LiCl-NaCl-KCl-H₂O体系的渗透压模拟方法, 计算了298.15 K下体系多种组成和浓度的渗透压, 并将计算结果与实验值和Pitzer模型计算值进行了对比. 结果显示, 模拟计算值与实验值和Pitzer模型计算值渗透压的趋势基本一致, 包括同种溶液不同浓度和同浓度不同溶液之间的渗透压关系. 该方法可以应用于多元混合物体系对渗透压进行定性和半定量的计算.     

纳米尺度氩液体线物性的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,对纳米尺度氩液体线的物理性质进行了研究。文中模拟计算了纳米线的熔点温度以及气液平衡状态下液态区密度、气态区密度和液体线的半径,并分析了模拟盒子尺寸和模拟温度对液体线物性的影响。结果表明,由于在初始结构中增加了气体分子,当模拟温度不变时,随模拟盒子尺寸的增加,液态区密度增大,气态区密度减小。但模拟盒子尺寸较小时,液体线半径不随模拟盒子尺寸发生变化。模拟计算所得的液态区密度十分接近宏观尺度氩液体密度时,模拟盒子的尺寸较合适。当模拟盒子尺寸固定不变时,液态区密度和气态区密度随温度的变化趋势与文献中宏观尺度氩液体和气体密度的变化趋势相同。结论可以为进一步系统地分析纳米尺度液体线的稳定性提供一定的依据。     

全α蛋白质体系能量转变的分子动力学模拟

采用简化的NHP模型并考虑蛋白质链的二级结构信息,对全α型蛋白质链进行构建.利用分子动力学模拟研究全α蛋白质体系势能的变化情况,得出键伸缩和弯曲能量随蛋白质的链长线性增加;单键的伸缩能和弯曲能随着温度的升高而线性增加,且伸缩能比弯曲能随温度的增加更为明显的结论.键扭转能随二级结构α螺旋数目的增加而线性降低,随温度的上升,扭转能变化呈现先增加后减少的趋势.非键能的大小随疏水残基在蛋白质组分中的比例增加而降低,但线性关系不明显.键扭转能和非键能都存在转变温度.蛋白质链的结构是由多种势能协同作用的结果,键能和非键能的相互竞争以及组成蛋白质链的氨基酸亲疏水性和二级结构组分都会影响蛋白质体系的能量,这些结果对深入理解蛋白质的结构提供理论依据.     

聚丙烯酰胺稀溶液的分子模拟

聚丙烯酰胺(PAM)是一类重要的线性水溶性聚合物,具有"百业助剂"之称,因此对其溶液性质的研究意义重大.在溶液质量浓度约为1g·mL-1的基础上,分别构建了含有不同水分子数的溶液模型.采用分子动力学(MD)方法模拟分析了不同温度下非离子型的聚丙烯酰胺(PAM-H)和阴离子型的聚丙烯酰胺(HPAM)在纯水溶液及含不同质量分数NaCl的水溶液中的回旋半径(Rg).结果发现,不同温度下PAM-H和HPAM的抗盐性能的模拟结果与实验数据基本吻合,水分子数不同的溶液模型所得模拟结果趋势没有明显变化,为了提高模拟效率,选取含有2000个水分子的溶液模型分析HPAM链中氧负离子及氧原子的径向分布函数,从微观结构模拟说明了HPAM水溶液粘度随NaCl质量分数增加而减小,且HPAM比PAM-H具有较好的增粘效果及较差的抗盐性能的原因.     

分子动力学模拟全氟辛酸钠在水中的分布

为从微观上探究氟碳型表面活性剂在水中的分布情况,使用全原子分子动力学方法模拟了全氟辛酸钠(Na-PFO)在水中的分布情况。模拟平衡后,PFO^-分布在水/气界面处,且疏水的氟碳链朝向气相,亲水的羧酸根浸在水中,形成层状分布,径向分布函数证明钠离子主要分布在水中的羧酸根附近。羧酸根可与周围的水分子形成氢键,且显负电性的氟原子也可与水分子形成氢键,钠离子与水分子之间具有吸引作用,但不形成氢键;钠离子主要分布于PFO^-的氧原子附近。     

分子动力学模拟研究纳米碳管中甲醇-水混合溶液的结构与输运性质

利用分子动力学模拟方法,对比考察了平衡条件、外压作用、梯度电场作用下,摩尔比为1：1 的甲醇-水混合溶液在纳米碳管（CNT）中的静态结构以及输运行为. 研究发现：在平衡体系与外压作用下,纳米碳管内甲醇与水呈现出明显的不混溶现象,甲醇主要分布于管壁附近,水分子主要分布于纳米碳管轴心附近;而在梯度电场作用下,纳米碳管由疏水性向亲水性转变,更多的水分子分布于管壁,导致纳米碳管内甲醇-水的不混溶现象消失. 另一方面,在外压作用下,纳米碳管内甲醇与水呈现单向移动;而在梯度电场下,甲醇与水呈现快速的双向移动,其流通量较相应外压作用体系高出近一个数量级,但由于双向的流通量大小相近,导致净流通量与外压作用下的净流通量差异不大.     

ZnCI~2-KCI系溶液的分子动力学模拟

用Busing离子间势,对ZnCI~2-KCI 系熔盐液的结构作分子动力学计算机模拟研究,模拟结果与中子衍射,X射线衍射,Raman光谱和红外光谱的若干结构相符.     

分子动力学模拟研究纳米碳管中甲醇-水混合溶液的结构与输运性质

利用分子动力学模拟方法,对比考察了平衡条件、外压作用、梯度电场作用下,摩尔比为1:1的甲醇-水混合溶液在纳米碳管(CNT)中的静态结构以及输运行为.研究发现:在平衡体系与外压作用下,纳米碳管内甲醇与水呈现出明显的不混溶现象,甲醇主要分布于管壁附近,水分子主要分布于纳米碳管轴心附近;而在梯度电场作用下,纳米碳管由疏水性向亲水性转变,更多的水分子分布于管壁,导致纳米碳管内甲醇-水的不混溶现象消失.另一方面,在外压作用下,纳米碳管内甲醇与水呈现单向移动;而在梯度电场下,甲醇与水呈现快速的双向移动,其流通量较相应外压作用体系高出近一个数量级,但由于双向的流通量大小相近,导致净流通量与外压作用下的净流通量差异不大.     

Numerical Study of Vibrational Energy Relaxation of O-H Bending inLiquid H2O

The relaxation of O-H bending of water molecule H2O in the liquid phase was studied with the molecular dynamics simulation approach. Both rigid and fexible solvents were used to identify the di?erent channels for the vibrational energy relaxation. It was observed that the relaxation time for the O-H bend overtone is 174 fs in the rigid solvent while it is 115 fs in the fexible solvent. The main pathway of the O-H bend overtone is transition to the bend fundamental. The relaxation time of the O-H bend fundamental was calculated as 204 fs which is comparable to the experimental value 170 fs.     

凝聚相中振动能量弛豫的理论研究

凝聚相中的振动能量弛豫是化学、物理学和生物学中一个非常重要的动力学过程.近年来, 许多实验和理论方法业已建立并用来探索它的微观机理.本文简要介绍一些常用理论方法及其应用,并对将来的发展方向作一展望.     

二极管激光探测法研究高振动NO2与NH3振动传能

用高分辨、高速、高灵敏度的二极管激光探测法研究了高振动激发的NO2分子与NH3分子的振动能量转移，YAG532um倍频光作为NO2的激发光源，红外二极管激光（约10μ）探测NH3ν2模被激发振转能级的时间分辨的吸收光谱.实验得到NO2与NH3气压比为1：5，1：1，2：1和5：1时NH3（0100；7；k）的激发速率分别为9．28、6．42、5．05和3．65×10－1ms－1·Pa－1.在NH3压力为133Pa时，有大约6％的高振动激发NO2能量转移到NH3ν2振动模，其它大部分转移到NH3的转动和平动能．文中讨论了振动激发的机理．     

Improved Calculation of Vibrational Energy Levels in F2 Molecule using the RKR Method

The potential energy curves of the ground state X²∑⁺_g of the fluorine molecule have been ac-curately reconstructed employing the Ryderg-Klein-Rees (RKR) method extrapolated by a Hulburt and Hirschfeler potential function for longer internuclear distances. Solving the cor-responding radial one-dimensional Schr?dinger equation of nuclear motion yields 22 bound vibrational levels above v=0. The comparison of these theoretical levels with the experimen-tal data yields a mean absolute deviation of about 7.6 cm^-1 over the 23 levels. The highest vibrational level energy obtained using this method is 13308.16 cm?1 and the relative de-viation compared with the experimental datum of 13408.49 cm^-1 is only 0.74%. The value from our method is much closer and more accurate than the value obtained by the quantum mechanical ab initio method by Bytautas. The reported agreement of the vibrational levels and dissociation energy with experiment is contingent upon the potential energy curve of the F₂ ground state.     

单壁碳纳米管内受限溶剂中振动光谱探针的混合量子-经典动力学模拟

利用混合量子-经典动力学模拟方法, 考察了不同管径的单壁碳纳米管(SWCT)中受限溶剂氩的径向分布以及溶质I2分子的振动弛豫动力学, 给出了I2分子的振动频率位移、振动弛豫时间随受限碳纳米管管径尺寸变化的关系. 以I2分子的振动频率位移为探针, 根据I2分子与周围环境作用的实时信息, 分析了管壁、受限溶剂对光谱探针的贡献, 在原子、分子层次上揭示了诱导频率位移的微观机制; 此外, 通过分析探针光谱的敏感性以及探针分子频率位移与振动弛豫时间的关系, 进一步阐明了振动频率位移是考察受限凝聚相中分子间相互作用的较好的探针.     

甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟

为了研究低温保护剂溶液的结构和物理化学特性, 以甘油为保护剂, 采用分子动力学方法, 对不同浓度的甘油和水的二元体系进行了模拟. 得到了不同浓度的甘油水溶液在2 ns内的分子动力学运动轨迹, 通过对后1 ns内运动轨迹的分析, 得到了各个原子对的径向分布函数和甘油分子的构型分布. 根据氢键的图形定义, 分析了氢键的结构和动力学特性. 计算了不同浓度下体系中平均每个原子(O和H)和分子(甘油和水)参与氢键个数的百分比分布及其平均值. 同时还计算了所有氢键、水分子之间的氢键以及甘油与水分子之间的氢键的生存周期.     

酞菁和卟啉分子的超快内转换和振动弛豫

用微扰密度矩阵和瞬态线性极化率理论,模拟了四特丁基酞菁（BuPc）和四苯基卟啉（TPP）分子的飞秒荧光亏蚀谱．初步定量地确定了它们的Huang-Rhys因子．振动弛豫和电子激发态溶剂化的速率常数．飞秒荧光亏蚀谱在零延时附近的尖峰．归结为S2→S1的内转换所造成的后果．通过对光谱的模拟,比较可靠地确定了内转换速率常数。     

I2分子B(ν′=43)能级在超音速射流中振动弛豫速率的定量测量

利用改变观察场位置的方法, 用LIF法定量测量了超音速射流中I_2B(υ’=43)能极的振动弛豫速率. 首次获得了Ar, N_2和CO等分子的驰豫截面. 结果表明, 低温射流中振动弛豫速率呈负温度关系, 对载气He和H_2, 主要弛豫过程是△υ=-1通道, 但对Ar, N_2和CO等载气, 多振动量子传输很显著, 特别是对双原子分子, 最可几弛豫通道不再是△υ=-1过程. 这违反了能隙定律.这种现象可用亚稳态络合物的形成来解释。