1,3-二甲基金刚烷热解和燃烧的ReaxFF反应动力学模拟

采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法研究了1,3-二甲基金刚烷(1,3-DMA)在不同温度和质量浓度下的热解和燃烧反应.结果表明,1,3-DMA热解反应开环方式有5种,产物主要为H2,CH4,C2H2,C2H4,C3H4,C3H6,C4H6,观察到H2的生成方式有两种.1,3-DMA燃烧反应主要产物是H2O和CHO类小分子,观察到H2O的生成方式有2种.同时研究了影响热解和燃烧反应速率的因素,温度越高、反应物质量浓度越大热解和燃烧反应速率越大.用ReaxFF动力学方法模拟所得到的结果与实际实验结果一致.     

小分子气体在烯烃共聚膜中扩散行为的分子动力学研究

采用分子动力学模拟方法,研究了小分子气体(氧气分子和氢气分子)在烯烃共聚物乙烯/1-己烯膜中的扩散性能。主要探讨了分子主链结构中共聚物单体的比例,以及气体分子大小对扩散系数和自由体积的影响。模拟过程中采用Compass力场,对共聚物模拟体系进行NPT系综动力学优化,计算得到其密度,并与实验值进行对比,使模拟体系接近于真实体系;随后进行NVT模拟,得到500ps时间的小分子运动轨迹,由爱因斯坦方程计算出气体分子在烯烃共聚物中的扩散系数,并与文献报道的实验数据进行对比。结果表明,随着共聚物中1-己烯含量的增加,氧分子和氢分子的扩散系数也呈增大趋势,与共聚物中分子间相互作用力的变化分析一致。说明分子动力学模拟方法是一个有效计算、预测小分子在不同比例烯烃共聚物中计算扩散系数的方法。     

钨酸盐/H2O2/[HNMP][HSO4]体系的催化氧化脱硫性能

采用钨酸盐/H2O2/N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([HNMP][HSO4])体系对模拟燃油和实际燃油进行深度催化氧化脱硫研究。采用X线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及热分析仪(TG)对合成的2种Keggin型钨酸盐(烷基硅钨酸铵(Q4Si W)和烷基磷钨酸铵(Q3PW))进行表征。考察不同脱硫体系、不同催化剂、催化剂用量、H2O2用量、反应温度和不同硫化物等对模拟油脱硫效果的影响。结果表明:在反应温度60℃,反应时间4 h,模拟油3 g,[HNMP][HSO4]1 g,n(O)∶n(S)∶n(催化剂)=300∶50∶1,Q4Si W为催化剂条件下,此催化氧化体系对噻吩(TS)、苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT)的脱硫率分别为54.2%、87.4%以及99.1%,且重复使用5次,催化氧化性能并未明显降低。     

POSS杂化聚硅氧烷复合材料的制备与热性能研究

以八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷（OVPOSS）和含氢硅氧烷为单体,通过硅氢加成反应制备了一种新型POSS交联剂V2-POSS。将V2-POSS加入到聚甲基硅氧烷中,制备了一系列不同POSS含量的聚甲基硅氧烷。采用热重分析（TGA）、热重-红外联用（TGA-IR）、裂解气相色谱-质谱（PyGC-MS）等手段对POSS杂化聚甲基硅氧烷的热性能、热分解动力学及动态热解性能进行研究,结果表明：V2-POSS在聚甲基硅氧烷中均匀分散,POSS纳米结构的引入可显著提高聚甲基硅氧烷的热性能;V2-POSS添加量（V2-POSS占聚甲基硅氧烷的质量分数）为10%时,氮气氛5%热失重温度从纯树脂的442.2℃提高至469.4℃;热失重率为15%时,热解表观活化能由纯树脂的87.53 kJ/mol提高至杂化树脂的251.12 kJ/mol。POSS杂化聚甲基硅氧烷的热解机理主要包括聚硅氧烷主链的断裂、高分子链回咬、含硅基团的重排、碳氢化合物的形成以及小分子的逸出。     

铜锌超氧化物歧化酶模拟化合物的合成与活性研究

分别以三（2－苯并咪唑亚甲基）胺（NTB）和二（2－苯并咪唑亚甲基）胺（N3）为配体,合成了四种Cu,Zn超氧化物歧化酶（SOD）的模拟化合物[Cu(NTB)(ClO4)2.CH3OH.3H2O,Cu(NO3)2,NTB.2CH3OH.3H2O,Cu(NO3)2.N3.4CH3OH,Cu(ClO4)2.N3.6CH3OH.6H2O]并对它们进行了红外,紫外谱图表征,利用邻苯二酚氧化法检测了活性,活性数据值表明,配合物具有抑制O2-的活性,其中Cu(ClO4)2.N3.6CH3OH.6H2O的活性高于其它配合物,IC50＝4．34。     

Cu(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-H2O2协同催化氧化降解甲基橙

考察pH值、温度、H2O2、Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)添加量对Cu(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-H2O2催化氧化降解甲基橙(MO)的影响。提出了羟基自由基降解甲基橙的机理,并通过数据处理得到了甲基橙的降解动力学模型。研究结果表明:Cu(Ⅱ)和Fe(II)对甲基橙的降解存在协同催化效应,处理200 mL质量浓度为1.5 g/L的甲基橙模拟废水的最佳催化氧化条件为:pH 3.0,温度60℃,过氧化氢(体积分数30%)10 g/L,硫酸铜4.0 g/L,硫酸亚铁0.1 g/L,反应速率常数0.943 min-1;Cu(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-H2O2催化体系对甲基橙的降解速率高,5 min即可实现对甲基橙的完全降解。     

锰过氧化氢酶模拟物的合成、表征及催化活性

为探讨过氧化氢酶(CAT)的催化机理,并对其进行应用体系的基础研究,利用二价锰盐与N,N,N-三(2-苯并咪唑甲基)胺(NTB)反应,制备得到了配合物[Mn(NTB)Cl]Cl·2H2O(Ⅰ) 和[Mn(NTB)(NO3)](NO3)*3H2O (Ⅱ). 利用元素分析、电导率、NMR、IR和UV-Vis对锰配合物进行了表征. 测试了MnCAT以及它们与FeCAT组成的二元体系对H2O2歧化反应的催化活性.结果表明:锰的2种配合物对H2O2歧化反应没有催化活性,而二元体系中锰配合物的存在可以明显提高FeCAT对H2O2歧化反应的催化活性.     

聚酰亚胺高温热解反应的分子动力学模拟

使用ReaxFF分子动力学(ReaxFF-MD)模拟方法研究聚酰亚胺固化物在3 000、3 500和4 000 K温度下的热裂解特性.结果表明,热解的引发反应主要是酰胺键的断裂,热解的主要产物是H_2O、H_2和大分子碳团簇,同时观察到少量CO、HCN和N_2等小分子.当反应温度升高,裂解速度加快,其中H_2生成速率明显加快.分别观察到H_2O和H_2的2种主要生成途径.反应过程中可以观察到类似石墨烯结构的碳团簇的形成.使用ReaxFF方法模拟聚酰亚胺高温热解可以得到与实际实验相一致的结果并能跟踪反应过程.     

铁过氧化氢模拟酶的合成、表征及对H2O2歧化反应的催化活性

为进一步解决过氧化氢酶(CAT)的基础结构和催化机理的问题,用三价铁盐与N,N,N-三(2-苯并咪唑甲基)胺(NTB)和N,N,N,′N′-四(2′-苯并咪唑甲基)邻二胺反式-环己烷(CTB)反应,得到了铁过氧化氢模拟酶(FeMCAT)配合物[Fe(NTB)Cl2]Cl.3H2O()、[Fe(CTB)(OAc)Cl]Cl.2H2O()和[Fe(CTB)](ClO4)3.3CH3OH.2H2O(),并用元素分析、电导率、NMR、IR和UV-Vis等进行了表征.配合物对H2O2歧化反应的催化活性测试表明:所合成的FeMCAT对H2O2歧化反应具有较好的催化活性.     

甲烷水合物在不同温度下扩散及其结构的模拟研究

采用经典分子动力学研究了275 K至305 K时甲烷水合物体系的甲烷分子、水分子的扩散系数以及CH_4-CH_4、CH_4-H_2O、H_2O-H_2O、H_2O-CH_4的径向分布函数、配位数和氢键数等结构性质.结果表明,甲烷水合物的分子扩散和局部结构明显地受到温度的影响.甲烷分子间和水分子间倾向各自相互聚集,引起四种类型的配位数差异很大.     

Simulation investigations in the binding energy and mechanical properties of HMX-based polymer-bonded explosives

The molecular simulations of the well-known high explosive [β-HMX (cyclotetramethylene tetranitramine) and its fluorine containing polymer-bonded explosives (PBXs) were carried out with the combination method of quantum mechanics, molecular mechanics and molecular dynamics. The atomic cluster model, containing the [β-HMX molecule and the polymer molecule whose chain dimension was about the same as β-HMX‘s, was fully optimized by AM1 and PM3 semi-empirical molecular orbital and molecular mechanical methods using COMPASS and PCFF force field. Then the calculated binding energy is found to be linearly correlated to each other. Molecular dynamics simulations using COMPASS force field were performed for [~-HMX crystal and the PBXs involving [β-HMX and a series of fluorine containing polymers. Their elastic coefficients, moduli and Poisson‘s ratios were calculated. It is found that the mechanical properties of β-HMX can be effectively improved by blending with fluorine containing polymers in small amounts.     

气体分子扩散的蒙特卡罗模拟

使用蒙特卡罗方法,对气体分子在背景气体中扩散的过程进行了计算机模拟,背景气体均匀分布于三维无界空间中。模拟结果显示,气体分子的扩散是各向同性的,扩散经历的时间越长,分子分布的范围越大,分子扩散的方均位移与时间成正比关系。使用本文的模拟方法还可估算气体扩散系数的数量级,对1标准大气压下、15°C时氧气的自扩散系数,以及氧气在氮气中的互扩散系数进行了估算,得到的扩散系数数量级与实验测量结果符合得很好。     

水合镁离子的分子动力学模拟研究

基于水合离子[M(H2O)m]n+的概念,利用Moldy分子动力学模拟并结合分子内相互作用势MCY来研究水中的镁离子.该模拟系统包括一个二价的镁离子和216个水分子,在温度为330K下,计算了系统内不同原子对之间的径向分布函数(RDF),模拟结果和实验值基本一致.而且从其径向分布函数可看出,镁离子的出现并没有使得镁离子周围的第一水化层水分子和第二水化层水分子之间的距离有明显的减少.     

模型溶液的分子动力学模拟及扩散系数计算

通过对模型溶液的分子动力学模拟，确定了这些溶液的径向分布函数，自扩散系数Ｄ１、Ｄ２和互扩散系数Ｄ１２。结果表明，用Ｅｉｎｓｔｅｉｎ法和Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ法得到的扩散系数在数值上是一致的；溶液互扩散系数Ｄ１２与自扩散系数Ｄ１和Ｄ２满足关系式Ｄ１２＝ｘ１Ｄ１＋ｘ２Ｄ２。     

ε-HNIW/F2311 PBX界面结构力学行为模拟

研究了ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-HNIW)/F2311界面结构的力学行为. 采用分子动力学(MD)方法,在298～423 K 温度范围内以及NVT系综和COMPASS力场下,对F2311与ε-HNIW (110)晶面所构成PBX界面结构的各种力学性能进行模拟计算. 结果表明,温度达到348 K后,ε-HNIW/F2311界面结构比内层ε-HNIW形状变化(G)和体积变化(K)都变得相对容易,弹性增强的同时可以有效地分散应力,有利于PBX的加工;进一步分析K/G表明,ε-HNIW/F2311界面结构在298～373 K内成型性较好,尤其在348 K左右时最适合进行PBX的压制成型.      

有机蒸气-空气扩散系数的分子动力学模拟

气体扩散系数是一个重要的传质基础数据,基于分子模拟理论,利用分子模拟软件Materials Studio 7.0对部分有机蒸气-空气扩散系数,包括正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷,进行分子动力学模拟,建立气体分子结构模型,构建晶胞,经弛豫、分子动力学运行后,对平衡体系进行分子动力学运行和分析,得到气体分子的均方位移曲线。输出相关数据并计算扩散系数,然后分析分子量及体系温度对模拟结果的影响情况,同时将扩散系数模拟值与实测值进行对比分析,从而验证了该方法的可行性。     

水化硅酸钙力学性能分子动力学模拟方法对比研究

对水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的力学性能分子动力学模拟方法进行了对比研究。以Tobermorite和Jennite晶体作为CS-H纳观结构的模型,建立3倍晶胞分别在COMPASS、COMPASS II两种力场下进行分子动力学模拟,得到纳观结构的力学性能。然后根据Powers和Jennings水化模型,引用自融洽(SC)和Mori-Tanka均匀化方法考虑孔隙率因素,计算C-S-H凝胶的力学性能。研究发现,COMPASS力场对C-S-H力学性能的模拟更好;SC方法计算的结果更为接近试验值;Tobermorite 11和Jennite结构模型在力学性能模拟方面更准确;Jennings水化模型与原子模拟研究技术结合较好。     

温度对水的粘度和扩散系数影响的研究

采用分子动力学方法(MD)研究了水在不同温度下的内能、粘度、扩散系数及径向分布函数.研究结果表明,随着温度的升高,内能增加,粘度系数减小,扩散系数增大,且粘度系数和扩散系数符合Arrhenius行为.从径向分布函数的分析町知,温度升高,加剧了水分子的运动和碰撞,改变了水的微观结构,使内能增加,从而改变了水的粘度系数和扩散系数.     

醇类化合物对直链淀粉增塑效果的影响

为预测醇类增塑剂所含碳原子数以及羟基数对淀粉增塑效果的影响,采用分子动力学模拟法在COM-PASS力场下模拟计算不同醇类小分子对直链淀粉增塑后玻璃化温度的影响,并测定不同醇类小分子对直链淀粉增塑后旋转扭矩、氢键削弱作用和力常数的变化。通过比较不同醇类化合物对直链淀粉增塑前后的玻璃化温度、旋转扭矩、氢键削弱作用和力常数变化预测醇类化合物增塑效果。结果表明,三类醇类化合物对直链淀粉的增塑效果依次为：乙二醇〉丙三醇〉1,2-丙二醇。由此可推断,当醇类增塑剂含羟基数相同时,碳链越短,对直链淀粉的增塑效果就越好;当所含的碳原子数相同时,醇类增塑剂中所含的羟基数越多,对直链淀粉的增塑效果就越好。