模拟吸附在狭缝微孔中的丙烷的微观结构

用巨正则系综MonteCarlo（GCEMC）方法模拟了活性碳孔吸附丙烷时的微观结构．在GCEMC模拟中,非极性丙烷分子采用单点LJ球状分子模型,狭缝活性碳孔墙采用10－4-3势能模型．在温度T＝134．3K下,模拟并观察到了丙烷分子在狭缝活性碳孔中的吸附、脱附以及毛细凝聚现象,得到了吸附等温线和孔中流体的局部密度轮廓图．从分子水平出发,详细分析了吸附、毛细冷凝时孔中流体的微观结构,为认识、理解吸附的微观机理提供了工具与借鉴．     

氢气在炭狭缝微孔内吸附的预测

通过边界的平均场近似,推导二平板狭缝孔格子理论Ono-Kondo吸附等温方程.利用格子气模型特性和微观物理学理论,计算氢分子在石墨平面的最大吸附容量.比较由氢分子在石墨平面二典型聚集状态标定的Ono-Kondo方程,并用预测精度较高的方程计算了与文献相同条件下的吸附等温线.在比较了计算结果、试验结果和GCMC分子模拟结果后,对Ono-Kondo吸附等温方程的特点、理论基础作了分析,指出了方程的适用范围.     

活性炭纤维的微孔结构水吸附

测定了两种活性炭纤维（ACF）的氮气、水吸附等温线和XPS,研究了ACF的微孔结构和表面性质,用αs图分析氮吸附等温线获得了ACF的比表面积、微孔容量和微孔径。XPS表明在ACF表面存在多种不同结合状态的氧。水在ACF上的吸附等温线呈V型,具有很大的脱附滞后环。水通过与ACF表面的氧形成氢键发生吸附。ACF表面的初始吸附点多,则在低、中压时的水吸附量就大。     

氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内平衡吸附的分子模拟

采用巨正则系综的MonteCarlo方法(GCMC)模拟常温(T=303K)下,氮气和氧气在具有狭缝状膜孔的碳膜内的吸附.气体分子之间、气体分子与膜原子之间的相互作用均采用Shifted-Lennard-Jones势能模型.研究了303K和10MPa下,不同膜厚度和膜孔宽度时氧气在膜面和膜孔内的密度分布以及303K和压力从1MPa到10MPa变化时,氮气和氧气在狭缝膜孔内超额吸附等温线.实验结果表明,膜孔端口效应显著,膜厚和膜孔宽度对孔内吸附影响较大,而膜构型对膜面吸附影响显著.     

狭缝滞留吸附性质的理论研究

针对Gibbs系综狭缝空间的单原子分子吸附系统, 引入了分子间作用对数的校正因子对格子空间的密度泛函理论(LDFT, lattice density functional theory)进行了修正. 利用连续迭代的方法, 探讨了狭缝滞留吸附行为的微观机理. 对比了修正前后的LDFT理论对滞留吸附行为的预测结果, 发现差别较大. 原LDFT理论由于平均场近似的处理, 对滞留吸附行为预测存在系统误差.     

层柱状微孔材料吸附存储天然气的Monte Carlo模拟

采用巨正则系综MonteCarlo方法模拟了天然气中主要成分甲烷在层柱状微孔材料中T=300K下的吸附存储,在模拟中层柱状微孔采用Yi等人建立的柱子均匀分布在两炭孔墙之间的模型来表征。甲烷分子采用Lennard-Jones球型分子模型,炭孔墙采用Steele的10-4-3模型,对孔宽为1.36nm的层柱微孔,模拟了四个不同孔率的层柱材料吸附甲烷的情形。得到了孔中流体的局部密度分布以及吸附等温线,对比不同孔率下甲烷的吸附量,得到了此情形吸附甲烷的较佳孔率为0.94。     

蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟

在对木聚糖来源及其结构进行分类比较的基础上,采用分子动力学模拟方法及Materials Studio 4.0软件对蔗渣木聚糖及木糖单元等进行微观模拟计算.通过原子净电荷、电子密度和Fukui函数分析等分析方法,对蔗渣木聚糖的木糖单元进行结构优化,得到了蔗渣木聚糖的木糖单元优化构型的键长、键角和电荷密度.木糖单元原子的Hirshfeld净电荷与Fukui函数分析数据表明,木糖单元的活性中心主要在C(3)上的羟基位置,且羟基氧原子易受亲电试剂的攻击,羟基氢原子易受亲核试剂的攻击.对蔗渣木聚糖单分子链及无定形结构进行模拟,得到了蔗渣木聚糖的微观结构模型,显示蔗渣木聚糖分子具有链状结构,大致呈螺旋状.获得了蔗渣木聚糖的最优化无定形结构,并通过计算得到了其最优化无定形结构的X射线衍射图谱.研究结果为系统探讨蔗渣木聚糖及其衍生物的结构与性能关系奠定了基础.     

甲烷在AFS型分子筛中的吸附模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法模拟了甲烷分子在AFS型分子筛中的吸附量, 并和Dvren等人(Langmuir, 2004, 20: 2683)设计的金属有机骨架中的甲烷吸附量进行比较, 发现AFS型沸石分子筛对甲烷分子有很好的吸附性能, AFS型分子筛是中低压吸附储存天然气系统中的一种比较理想的吸附剂. 采用Dubinin Asakhov(DA)微孔分析方法, 分析了沸石结构对甲烷储量大小的影响, 总结了影响甲烷储量大小的物理因素.     

纳米碳纤维的微观结构及对丙烷氧化脱氢反应的催化性能

 采用化学气相沉积法制备了具有不同微观结构的纳米碳纤维,并用丙烷程序升温吸脱附和热重实验对纳米碳纤维进行了表征,考察了纳米碳纤维在丙烷氧化脱氢反应中的催化性能. 结果表明,纳米碳纤维表面的含氧基团可能是催化活性中心; 纳米碳纤维不仅具有较好的催化性能,而且在反应条件下具有较高的热稳定性. 在550 ℃下,鱼骨式纳米碳纤维上丙烷转化率为44.9%时,丙烯选择性为33.0%,其催化性能与V-Mg-O等金属氧化物催化剂相当. 不同微观结构纳米碳纤维的催化性能相差较大,这是由于其表面化学性质不同所致.     

杂原子ZSM-5型分子筛的微孔结构和吸附性能探讨

自从七十年代初期,以ZSM—5为代表的ZSM系列高硅沸石分子筛的开发以来,由于其具有独特的结构和优良的催化特性,使石油炼制和石油化工技术获得了新的发展.近几年来,又不断地研究开发了新的品种,杂原子分于筛即其中之一.以 B,Fe,Ti,Zr,Sn等原子取代Al—Si分子筛中的Al,可使其性能赋有新的特点,并在一些反应中得到具有开发前景的应用.例如:     

Transport Properties of Fluids in Micropores by Molecular Dynamics Simulation

The transport properties of fluid argon in micropores, i.e. diffusivity and viscosity, were studied by molecular dynamics simulations. The effects of pore width, temperature and density on diffusivity and viscosity were analyzed in micropores with pore widths from 0.8 to 4.0 nm. The results show that the diffusivity in micropores is much lower than the bulk diffusivity, and it decreases as the pore width decreases; but the viscosity in micropores is significantly larger than the bulk one, and it increases sharply in narrow micropores. The diffusivity in channel parallel direction is obviously larger than that in channel perpendicular direction. The temperature and density are important factors that obviously affect diffusivity and viscosity in micropores.     

The Structure of Adsorbed CO(2) in Slitlike Micropores at Low and High Temperature and the Resulting Micropore Size Distribution Based on GCMC Simulations

The Monte Carlo method is used in its grand ensemble variant in combination with CO(2) experimental isotherm data at low (195.5 K) and high temperatures (at 298 and 308 K, i.e., slightly below and above the CO(2) critical temperature, respectively) to characterize microporous carbons and obtain the corresponding pore size distribution (PSD). Specifically, the CO(2) density inside a single, slit-shaped, graphitic pore of given width is found on the basis of grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations for a predefined temperature and different relative pressures. The simulation results provide useful insights concerning the densification process in the micropores and the structure of the CO(2) molecules packing in the individual pores as the temperature or pressure changes from 195.5 K to ambient or from very low to 70 bar, respectively. Effects of temperature, pore size, quadrupole interactions, and molecule elongation on the local density profile within the pore are examined and discussed. In an additional step, we determine the optimal PSD for which the best match is obtained between computed and measured CO(2) isotherms. Comparisons are made between the PSDs found for the same carbon sample at low and high temperatures and conclusions are drawn concerning the applicability of the method and the reliability of the resulting micropore size distributions. Copyright 2000 Academic Press.     

疏水性微孔中水的结构和扩散性质的分子模拟

用分子动力学（MD）方法模拟了受限在疏水性微孔中的水的结构与动力学行为.分别考察了孔径、温度和压力对水在孔道方向的密度分布和自扩散系数的影响,计算了不同温度下水的径向分布函数.发现在小孔径的微孔中,随着温度的降低,水分子沿孔道的分布逐渐变得不均匀,最终导致气-液相分离,微孔孔道内有明显的分段现象.受限在小孔径微孔中水的自扩散系数大约为体相流体水的20％～30％,并且随着孔径的减小,自扩散系数也减小.同时还发现沿孔道方向的自扩散系数分量大约为孔径方向的4～5倍.提出了微孔中水自扩散系数的关联模型.     

材料研究中的介观模拟方法

介绍了材料研究中的蒙特卡罗、元胞自动机和耗散粒子动力学三种介观模拟方法的原理和应用。重点阐述了耗散粒子动力学方法在材料研究领域中的应用,包括嵌段共聚物在水溶液中的聚集行为、聚合物和表面活性剂的相互作用、复杂流体流动的耗散粒子动力学研究、嵌段共聚物的微相分离等,除此之外,笔者还初步探索了耗散粒子动力学在熔体静电纺丝领域的...     

微孔中简单流体扩散行为的分子动力学模拟研究

用分子动力学模拟方法研究了受限在微孔中的简单流体氩的扩散行为,考察了微孔类型、孔径、温度和密度对微孔中流体扩散系数的影响.研究发现,微孔中流体的扩散系数均小于体相流体,并且随孔径的减小而减小,同时沿孔道或狭缝方向的扩散系数分量远大于沿孔径方向的分量,并且流体在通道型微孔中的扩散系数小于在狭缝型微孔中的扩散系数,温度和密度也是影响微孔中扩散的重要因素.     

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.     

Structure, Stability, and Activity of Adsorbed Enzymes

A proteolytic enzyme, α-chymotrypsin, and a lipolytic enzyme, cutinase, were adsorbed from aqueous solution onto a hydrophobic Teflon surface and a hydrophilic silica surface. We investigated the influence of adsorption on the structure, the structure thermal stability and the activity of these enzymes. Probing the protein structure by circular dichroism spectroscopy indicates that Teflon promotes the formation of helical structure in α-chymotrypsin, but the reverse effect is found with cutinase. The perturbed protein structures on Teflon are remarkably stable, showing no heat-induced structural transitions up to 100°C, as monitored by differential scanning calorimetry. Contact with the hydrophilic silica surface leads to a loss in the helix content of both proteins. Differential scanning calorimetry points to a heterogeneous population of adsorbed protein molecules with respect to their conformational states. The fraction of the native-like conformation in the adsorbed layer increases with increasing coverage of the silica surface by the proteins. The specific enzymatic activity in the adsorbed state qualitatively correlates with the fraction of proteins in the native-like conformation.     

Aromatization of Propane over Zn-Containing Zeolites with a Micro-Mesoporous Structure

Kinetics and Catalysis - The conversion of propane into aromatic hydrocarbons over zinc-containing MFI zeolites with a micro-mesoporous structure was studied. The effect of a grade of carbon black...