分子模拟在化学中的有关应用.ppt

分子模拟在化工中的应用;主要内容;一 分子模拟的理论基础及软件介绍;; 分子力学 简称 MM，分子力学的基本思想是用经典牛顿力学寻找分子平衡构型和能量。分子力学的关键是如何准确表达分子力场这一核心概念。分子力场是原子尺度上的一种势能场，它的基本理论就是分子力场由分子内相互作用和分子间相互作用两大部分构成，分别对应于键伸缩、键角弯曲、扭转运动、耦合相互作用以及van der Waals相互作用和静电相互作用等。 分子力学计算的优点是概念简单、计算速度快，可以处理较大的体系，对处理分子构象、分子热力学性质等的计算已取得了成功，但分子力学不能提供和电子分布相关的性质。;分子动力学方法 简称 MD，分子动力学方法的基本模拟过程是在一定系综及已知分子位能函数条件下，从计算分子间作用力着手，求解牛顿运动方程，得到体系中各分子微观状态随时间真正的变化，再将粒子的位置和动量组成的微观状态对时间平均，即可求出体系的压力、能量、粘度等宏观性质以及组成粒子的空间分布等微观结构。 分子动力学方法的优点在于它能跨过较大的能垒，在温度 T时，每一个自由度可以跨越 kT 的能垒（温度越高 ,跨越的能垒越高）。因此可以通过升温有哪些信誉好的足球投注网站更大的构象空间，尽可能真正找到最低能量构象。分子动分子动力学方法的缺点是不适用于分子过大的体系，即使是很小的能垒，跨越的时间也要超过模拟时间，得不到真实的结果。;;;Materials Studio界面;三维模型文档 ;;文本文档 ;图形文档 ;表格文档 ;Modules菜单 Modules菜单提供使用你安装了的Materials Studio模块的方法。 注意：此菜单随着已经安装了的模块的不同而不同。 ;模块菜单 Amorphous Cell：提供Amorphous Cell模块中的工具，可以建立复杂无定型系统中的代表性模型并预测它们的性质。 CASTEP：提供 CASTEP 模块中的工具，可以进行第一原理量子力学计算，研究如半导体、陶瓷、金属、矿物和浮石等晶体或表面的性质。 Dmol3:提供 Dmol3 模块中的工具，可以进行基于泛函密度理论的量子力学计算，分析分子和周期系统。 PDP：提供PDP 模块中的工具，可以进行大尺度长时间的介观动力学模拟。 Discover：提供Discover经典模拟模块中的工具，可以优化分子结构，计算电子经典轨道，分析很大范围内的结构和轨道的性质。 ;Equilibria：提供Equilibria模块中的工具，可以确定烷烃和其它小分子结构的相图。 Forcite：提供 Forcite 模块中的分子动力学工具，可以研究很大范围内的系统。它最主要的近似是原子核运动所处的势场用经典力场代替。 MesoDyn：提供 MesoDyn 模块中的工具，可以研究复杂流体动力学和在大尺度长时间中的平衡状态。 Reflex：提供 Reflex 和Relex Plus模块中的工具，可以查看、模拟、索引和精修粉末衍射的数据，求解晶体结构。 VAMP：提供 VAMP 模块中的工具，可以使用半经验量子力学算法模拟气体和溶液中的反应和性质。 ;二、分子模拟技术的应用 2.1 分子模拟技术在催化剂制作的应用;Horst等考察了具有两维孔结构的全硅沸石催化剂DD3R 对低碳烃类的分离效果。通过专门的分子模拟方法计算出气体分子在DD3R 笼中的吸附能以得到溶解系数，计算出扩散能垒以得到扩散系数，将溶解系数和扩散系数结合可以最终得到不同烃类在DD3R 中的渗透系数。计算结果可以用于指导具有特殊分离功能的分子筛的设计。 ;;;;;;(2) 利用分子模拟技术可以直观和方便地“观察”到分子筛的吸附和扩散现象以及温度等因素对吸附的影响，可以考察分子筛催化剂的催化机理，有目标地设计新型高效的分子筛催化剂。 Duan利用半经验法Zindo/1 和UHF 方法考察加拿大Athabasca HGO 在加氢催化剂表面活性位上的吸附及吸附活化后反应物的加氢反应过程，对原料分子和催化剂的作用有了比较清晰和直观的了解，进一步指导研制了针对Athabasca HGO 的具有良好脱硫脱氮性能的CYP 和BP2 加氢催化剂。;2.2分子模拟技术在油田化学方面的应用;;;;;;2.3分子模拟技术在高分子设计方面的应用;;;;;;;2.4、分子模拟技术在化学工程方面的应用;1. 分子模拟用于建立状态方程 20 世纪90 年代以来，研究人员借助分子模拟技术发展了几类状态方程。 一类以统计缔合流体理论和硬球链理论为基础的状态方程(如SAFT和EOSCT) ，可用于链状流体和氢键缔合流体的PVT 计算,现已为国内外普遍关注和应用。 另一类是用统计力学平均球近似方法求解OrnsteinZernike 积分方程而得到的状态方程，可用