甲烷分子在煤大分子骨架内吸附量子动力学研究

通过对比分析煤分子5大结构模型特征,结合煤样红外光谱实验数据及van der Waals力作用半径,构建了煤大分子骨架模型以及煤对CH4吸附的量子动力学模型;采用量子化学Hartree-Fock方法,在6-311G基组上对煤分子及甲烷分子结构进行了优化,通过煤大分子骨架模型的Mulliken atomic charges分析,由煤分子电负性最大的原子为吸附中心,并在不同的吸附距离下对吸附模型进行优化,得到了吸附平衡态的几何构型以及吸附能与吸附距离的关系.     

壁面与气体分子间作用力对微尺度气体润滑性能的影响

当微尺度气体润滑轴承的间隙达到数nm时,固体表面与气体分子间的Van der Waals力对气体轴承的性能会产生不可忽视的影响。该文假设轴承壁面对气体分子存在Van der Waals作用力,并利用DSMC(direct simulation Monte Carlo)方法结合分子在表面力作用下的运动算法,研究了该作用力的强度和作用范围对微尺度气体润滑的影响。结果表明:气体轴承中分子密度的分布与不考虑表面力时相比发生了改变,与表面力的作用强度和作用距离有关;壁面的吸引力加剧了分子在壁面附近的聚集,排斥力则相反。     

第一类抗冻蛋白与冰晶相互作用能的简单计算

第一类抗冻蛋白分子上的苏氨酸或缬氨酸对其在冰晶表面的吸附起主要作用,在此观点的基础上,认为抗冻蛋白分子在冰晶表面的吸附依赖于这些氨基酸上的甲基与冰晶的van der Waals相互作用,从理论上计算了第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能,给出了几种第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能.计算结果与实验结果符合较好.     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

小金属粒子团簇生长中的van der Waals作用

用jellium模型和无规相近似(RPA)方法分析金属粒子团簇的电磁特性及相关的van der Waals作用.计算了一些金属的van der Waals系数和静态极化率.     

压缩液体的状态方程式

从液体的等容线近似是直线的事实出发,通过对原始van der Waals模型中排斥体积的修正,建立了一个液体状态方程式:式中A、B、α和β是四个与温度无关的特性常数。其中A和B彼此相关,都仅是分子大小的函数,α与分子间力的类型有关,β则取决于分子间力的“偏心”程度。检验表明,这个状态方程能满意地计算压缩液体的摩尔体积。     

CO2气体等焓膨胀的焦耳-汤姆逊效应

运用van der Waals状态方程讨论焦汤系数和转换温度,通过对CO2实际气体等焓膨胀的焦汤系数及转换温度与van der Waals理论值比较发现,CO2实际气体的焦汤系和转换温度与理论值偏差不大,基本能反映实际气体的焦耳-汤姆逊的各种基本关系,可应用于一般热力学的定性分析。     

二氧化硫和烷烃的光化学烟雾形成研究

SO_2与烷烃在337nmN_2分子激光辐照下生成光化学烟雾。实验测量了烟雾的平均颗粒大小,烟雾的稳定散射光强度与N_2分子激光功率、烷烃的C—H键键能以及温度的关系,得到反应表观活化能为—16kcal/mole。结果表明光化反应的第一步是H原子提取反应,光化学烟雾是依靠van der Waals力将分子集合在一起的。     

煤表面分子对甲烷吸附力场研究

采用密度泛函理论DFT方法,建立煤大分子骨架模型,并以范德华力作用半径为边界条件,构建煤大分子对CH_4分子吸附的量子动力学模型,在6-311G++基组上对煤大分子骨架模型和吸附模型结构进行优化,通过密立根电荷量分析了煤大分子表面的吸附空位,以及甲烷气体分子从游离态到吸附态的物理结构和特性变化。研究结果表明,煤表面分子和甲烷分子之间的吸附力场主要是静电场,甲烷分子在吸附过程中被极化,产生电偶极矩,C-H分子键长增大,吸附质和吸附剂之间的范德华力主要是诱导力和色散力以及甲烷分子被极化后的取向力,煤大分子表面的吸附空位可以通过煤大分子中各原子的密立根电荷量分析定量确定,通过模型结构优化发现,同一吸附空位可以对应多种甲烷分子吸附平衡结构,煤对甲烷分子的吸附为多分子层吸附。     

Bird-Carreau型黏性van der Waals流体周期解的渐近稳定性

讨论了一维可压缩黏性van der Waals流体系统的渐近稳定性,其中黏性系数为满足Bird-Carreau模型的非线性函数,压力为非凸函数。通过构造能量函数并运用能量估计方法及单调算子理论,证明得出：大黏性条件下初值位于稳定区域时,以及大黏性、小扰动条件下初值位于亚稳定区域时,该类van der Waals流体的解是渐近稳定的。     

Coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecular motor

The dynamics of the myosin molecular motor as it binds to actin filaments during muscle contraction are still not clearly understood. In this paper, we focus on the coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecule during its interaction with actin. These forces include the electrostatic force, the van der Waals force and the Casimir force in molecular dynamic simulations of the molecules in solvent with thermal fluctuations. Based on the Hamaker approach, van der Waals and Casimir potentials and forces are calculated between myosin and actin. We have developed a Monte Carlo method to simulate the dynamic activity of the molecular motor. We have shown that because of the retardation effect, the van der Waals force falls into the Casimir force when the distance between the surfaces is larger than 3 nm. When the distance is smaller than 3 nm, the electrostatic force and the van der Waals force increase until the myosin becomes attached to the actin. Over the distances studied in the present work, the electrostatic force dominates the attractive interactions. Our calculations are in good agreement with recently reported experimental results.     

煤中脂肪族硫醚结构氧化过程机理

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究煤中脂肪族硫醚结构(C_6H_5CH_2SCH_3)吸附O_2分子及氧化反应过程的能量变化,确定分子间氧化反应机制,为预防煤炭自燃奠定理论基础。由计算结果可知,煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构物理吸附O_2分子形成复合物Ⅰ,形成过程是一个无势垒的过程,在热力学上是稳定的。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构与O2分子的相互作用距离dS-O为2.582A,经CP校正后的相互作用能为-20.60kJ/mol。分析复合物Ⅰ的电子密度变化,可确定其相互作用为范德华力,属于物理吸附。当复合物Ⅰ吸收足够的能量,将进一步发生化学反应。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构氧化反应共有5条反应路径,Path 4是反应的主反应路径,其产物P_3(C_6H_5CH_2SOH+CH_2O)是反应的主产物。经分析发现:煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构易发生初步氧化,仅需12.36kJ/mol的能量,物理吸附一个O2分子释放的能量足以提供,但若要深度氧化将Path 4进行下去,需要再从外界吸收相当于物理吸附5个O_2分子释放的能量。     

塔里木盆地煤层坍塌机理研究

利用化学分析和力学研究 ,探讨了塔里木盆地依奇克里克区块侏罗系和三叠系煤层的坍塌机理。这两种煤样的煤化程度较低 ,密度、强度低。煤样比表面积大 ,并含有较多亲水基团 ,相对吸水量和比吸水量都很高。由于水削弱了煤中大分子之间的氢键和范德华力 ,因而煤岩膨胀 ,致使煤岩抗压强度和抗拉强度降低 ,这是煤层坍塌的重要因素。此外 ,煤本身为有机质 ,有较强的亲油性 ,煤岩吸油后造成大分子间交联键和有机小分子的溶解 ,破坏了煤的骨架结构 ,使其强度下降     

辉钼矿浮选体系中的界面热力学

通过辉钼矿浮选体系中矿物与水、捕收剂与水、矿物与气泡、矿物与捕收剂之间等一系列界面相互作用自由能的计算,对各界面之间的范德华力、疏水引力、水化斥力等界面热力学行为进行了研究。研究结果表明:各矿物表面与水之间均存在范德华引力和疏水引力,其中辉钼矿与水之间的疏水引力低于脉石矿物与水之间的疏水引力;捕收剂与水分子之间的疏水引力是导致捕收剂在水溶液中分散的主要作用力;辉钼矿与气泡之间的强疏水引力是辉钼矿具备天然可浮性的根本原因;水介质中辉钼矿与捕收剂之间的范德华力为引力,但范德华力不是辉钼矿与捕收剂之间的主要作用力,起捕收作用的主要因素是由Lewis acid-base(AB)相互作用造成的疏水引力。浮选实验结果表明:对于辉钼矿的浮选,捕收剂在矿物表面的吸附强度并不是影响其浮选指标的决定性因素,而捕收剂在水相中的分散能力以及捕收剂对矿物浮选的选择性对矿物浮选的影响较大。     

煤岩体吸附膨胀变形与吸附热力学的参数关系

采用吸附容量法测试了不同煤样对CO2,CH4,N2的吸附性能参数,基于所提出的孔隙介质截面吸附润湿长度概念和孔隙结构模型、表面物理化学及弹性力学原理,导出了吸附膨胀应力和应变理论计算公式,并讨论了吸附常数、温度、气体压力、煤岩体比表面积、气体分子吸附截面积等参数对它们的影响·这些公式比现有的公式应用范围广,能方便计算不同约束条件下的吸附膨胀应变和应力·研究还表明煤岩体比表面积和气体吸附分子截面积越大,气体吸附量、煤岩体的吸附膨胀应力及应变越大·     

Coating mechanism of nano-TiO<Subscript>2</Subscript> films on the surface of ultra-fine calcined coal kaolin particles

A new type of mineral composite was made by calcined coal kaolin. The interaction mechanism of an inorganic modification reagent TiOSO₄ with the surface of ultra-fine calcined coal kaolin particles (substrate) was studied by X-ray photoelectron spectroscopy. The results show that chemisorption exists in the phase boundary between the modification agent and the substrate surface, while physical adsorption occurs on the modification layers of hydrate titanium dioxide. The interaction force was calculated and analyzed according to DLVO theory between ultra-fine calcined coal kaolin particles and hydrate titanium dioxide nano-particles in the modification system. It is shown that the both electrostatic force and van der Waals force are attractive, and the coacervation between ultra-fine calcined coal kaolin particles and hydrate titanium dioxide nano-particles leads to the coating of hydrate titanium dioxide on the surface of ultra-fine calcined coal kaolin particles.     

羟基化及硅烷化二氧化硅表面润湿行为的分子模拟

采用分子动力学模拟方法研究水团簇在羟基化及不同链长硅烷化二氧化硅表面的微观润湿行为,通过相互作用能、径向分布函数及扩散系数等参量对微观润湿机制进行分析。结果表明:羟基化二氧化硅表面具有极强亲水性,而硅烷化表面疏水性较强,且疏水性随烷基链增加呈增强趋势;羟基化二氧化硅表面与水分子存在强相互作用,使团簇底部水分子优先向表面移动,并带动其余水分子向表面迁移,促进水团簇在表面铺展,表现出强亲水性;硅烷化二氧化硅表面与水之间主要为范德华作用,不足以克服团簇内部相互作用而破坏水滴结构,表现出强疏水性,随着烷基链增长,表面与水分子的相互作用强度逐渐减弱,疏水性增强。     

甲烷水合物热导率分子动力学模拟及分析

采用平衡态分子动力学方法模拟分子甲烷水合物导热性能,结合声子态密度分析甲烷分子和水分子间的能量耦合过程;探究范德华相互作用对热导率温度相关性的影响。结果表明:热导率随着甲烷分子和水分子间范德华相互作用的增强而增大。相互作用的增强令甲烷分子的振动峰值向高频区域移动,使得甲烷分子与水分子间的振动耦合作用增强,VDOS匹配程度增加,进而增大了甲烷水合物的热导率。高温下的温度相关性归因于弛豫时间声子的出现导致的非弹性散射,低温下主要受到光学声子模式和低频声子的约束影响。模拟的热导率的温度依赖性与实验结果吻合较好。     

范德华力对双层碳纳米管扭转屈曲的影响

基于弹性壳体模型对双层碳纳米管的扭转屈曲问题进行了研究,计及层间范德华力的影响,建立了双层碳纳米管扭转屈曲的临界条件,并进行了数值计算.研究表明,当管径比较小时,范德华力的影响较小.