納米碳管中受限流體的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本文利用現(xiàn)代的MD模擬技術(shù)對(duì)分子力場(chǎng)、管徑和螺旋性對(duì)納米碳管中受限水的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)的影響做了全面細(xì)致的分析.對(duì)分子模擬的起源、發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題作了簡(jiǎn)要的論述.對(duì)現(xiàn)有的MD算法,原子、分子體系運(yùn)動(dòng)方程的解法,位能及其選擇方法,初始構(gòu)型的搭建,模擬結(jié)果的處理和分析,納米碳管的結(jié)構(gòu)和性能等作了較全面的論述.采用新一代普遍化力場(chǎng)COMPASS對(duì)受限在(6,6)和(10,0)碳管中的水分子的靜態(tài)性質(zhì)和傳遞特征進(jìn)行了MD模擬.驗(yàn)證了力場(chǎng)

2、并不改變水分子進(jìn)入(6,6)碳管的這一本性并發(fā)現(xiàn)管徑和螺旋性可能會(huì)造成受限水性質(zhì)的不同.對(duì)具有類似管徑的多對(duì)armchair和zigzag型碳管在水浴中的靜態(tài)性質(zhì)進(jìn)行了MD模擬研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜態(tài)性質(zhì)主要受管徑而非螺旋性的影響,這也意味著以碳管為原型進(jìn)行相似受限孔道的研究具有一定的可行性.受限水分子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于主體水而言都有不同程度的破壞,在較大的碳管中平均氫鍵數(shù)變得與管徑無(wú)關(guān),說(shuō)明特殊的受限效應(yīng)只在直徑~1nm的孔道內(nèi)才會(huì)明顯地表現(xiàn)

3、出來(lái).平均氫鍵數(shù)的大幅降低對(duì)受限水的動(dòng)態(tài)性質(zhì)可能帶來(lái)較大的影響.該部分工作在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)的《PCCP》上發(fā)表之后立即引起國(guó)際同行的廣泛關(guān)注,鑒于審稿人對(duì)該項(xiàng)工作的高度評(píng)價(jià)該文被推薦成為《PCCP》的"Hot article",該文在該期刊的當(dāng)月下載排名統(tǒng)計(jì)中位居前三名.進(jìn)一步對(duì)管徑和螺旋性給受限水的動(dòng)態(tài)性質(zhì)帶來(lái)的影響做了初步分析.定性的結(jié)論是管徑和螺旋性對(duì)受限水的動(dòng)態(tài)性質(zhì)均有不同程度的影響.受限在armchair型碳管中水分子的運(yùn)動(dòng)要