分子動(dòng)力學(xué)模擬離子溶液微結(jié)構(gòu)及在物性預(yù)測(cè)上的應(yīng)用.pdf

1、南京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文分子動(dòng)力學(xué)模擬離子溶液微結(jié)構(gòu)及在物性預(yù)測(cè)上的應(yīng)用姓名：朱宇申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：陸小華王延儒2002.6.1摘要?jiǎng)┕?4個(gè)二元體系，1141個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)測(cè)誤差為1732％。／。采用了分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)體相的二氧化鈦進(jìn)行了研究，考察了三種不同的二氧化鈦晶型的情況，并進(jìn)一步對(duì)本課題組合成的材料——六鈦酸鉀晶須進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬。(采用了包含庫(kù)侖作用、范德華力、短程排斥作用、共價(jià)鍵作用的勢(shì)能模型。在

2、NPT系綜下對(duì)不同溫度和壓力下的體系進(jìn)行了模擬。常溫下模擬得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)能很好的和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。模擬了隨溫度和壓力變化造成的熱膨脹系數(shù)和體積彈性模量，對(duì)本實(shí)驗(yàn)室合成的六鈦酸鉀晶須的性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。，5本論文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)堿金屬和堿土金屬離子水化強(qiáng)弱的進(jìn)行了定量描述。f采用了比較停留時(shí)間的方法來(lái)考察水化能力的強(qiáng)弱，首次比較了不同主簇離子之間水化的強(qiáng)弱關(guān)系。得到常溫下的無(wú)限稀釋離子水溶液中離子水化強(qiáng)弱的順序Mg”=LiSr2tuba2

3、Ca2NaRb=CsK，這是因?yàn)橐环矫骐x子半徑減小有利于水化，另一方面電負(fù)性高有利于和水分子的氧原子作用，兩種影響隨元素周期的變化正好相反，導(dǎo)致了這個(gè)現(xiàn)象的出現(xiàn)。到超臨界條件下(68315K，O35g／cm3)變?yōu)镸g”ca”Sr”LiBa2中NaK≈Rb=Cs。r’首次通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了水化和締合中間狀態(tài)。f在無(wú)限稀釋的溶液中，通常認(rèn)為超臨界條件下水化是可以忽略的。然而當(dāng)研究的范圍從堿金屬離子擴(kuò)展到了堿土金屬離子時(shí)，發(fā)現(xiàn)Mg”離

4、子在所研究超臨界條件下(68315K，O359／cm3)仍然保持了較強(qiáng)的水化，使得該條件下的陰陽(yáng)離子締合的方式全部為溶劑分隔的締合方式。由_【鼬詳細(xì)考察了M92離子的離子水化對(duì)締合方式的影響。(在另一更高溫度的超臨界條件下(77315K，o359／cm3)，發(fā)現(xiàn)締合方式完全轉(zhuǎn)變?yōu)殛庩?yáng)離子直接締合的方式。同時(shí)考慮到壓力降低(密度降低)后水化增強(qiáng)，在更低的壓力下(77315K，0159／cm3)發(fā)現(xiàn)了溶劑分隔的締合方式和陰陽(yáng)離子直接締合兩種

5、方式同時(shí)存在并占相當(dāng)比例的狀態(tài)。研究的結(jié)果表明離子締合的方式主要由水化能力的強(qiáng)弱所決定，溶液中離子的微觀行為取決于二者的協(xié)同作用。1對(duì)lM的四種電解質(zhì)溶液(NaCI，KCI，MgCl2，CaCl2)進(jìn)行了MD模擬研究，發(fā)現(xiàn)水化和締合的現(xiàn)象遠(yuǎn)比無(wú)限稀釋時(shí)復(fù)雜。f在常溫下，溶液中就已經(jīng)出現(xiàn)了離子締合的現(xiàn)象，其離子締合強(qiáng)度MgCl2CaCl2KCINaCl，其締合方式NaCI以溶劑分隔方式為主，MgCl2以直接締合為主，CaCl2和KCl兩種

6、締合方式想當(dāng)。在超臨界條件下，CaCl2、KCl和NaCI的陰陽(yáng)離子締合方式絕大多數(shù)都變成直接締合，但MgCl2溶液的締合方式直接締合和溶劑分隔締合比例相當(dāng)?？疾炝顺R界條件下陰離子在陽(yáng)離子之問(wèn)的距離隨時(shí)問(wèn)的變化情況，觀察了多離子締合的情況。對(duì)于堿會(huì)屬離子，直接締合離子對(duì)的生存時(shí)間較短，對(duì)于堿土金屬離子，直接締合離子對(duì)的生存時(shí)間較長(zhǎng)，更加容易形成了多離子締合。戶了’一關(guān)鍵詞：分子動(dòng)力學(xué)，分子模擬，電解質(zhì)溶液，擴(kuò)散系數(shù)，超臨界，含鈦氧化物