分子模拟方法预测流体热力学性质

流体的热力学性质数据对化工过程设计具有重要意义,除实验测定外,也可采用分子模拟方法计算。为了考查分子模拟方法预测流体热力学性质的准确性和可靠性,本文以环氧乙烷为例,基于所开发的分子力学力场,综合采用分子动力学和蒙特卡罗等多种分子模拟方法,预测了环氧乙烷在较大温度范围内的气液相平衡、第二维里系数、热容、粘度系数等多种热力学性质。结果表明,采用分子模拟方法所预测的热力学性质与实验值吻合良好,所计算的环氧乙烷的液体密度、气相第二维里系数、热容和粘度系数的平均偏差分别在1%、5%、5%和10%以内。由此可见,分子模拟方法可以成为获取流体热力学性质的另1种可靠手段。     

烯烃类分子的分子力学力场及热力学性质预测

高质量的分子力学力场是准确预测分子各种性质的前提。本文借助第一性原理计算开发了新的适用于烯烃类分子的全原子力场,将所得力场计算和预测不同的热力学性质、传递性质以及气液相平衡性质。该力场不但可以准确预测分子的气相性质,且可得到和实验值吻合较好的液相热力学性质。与已有力场相比,在应用范围和精度都有明显的改进。借助分子动力学和蒙特卡洛模拟,计算密度和实验值偏差±0.01g/ml左右,蒸发焓为±0.3 kcal/mol左右,热容为±1.0 cal/mo1·K左右,热胀系数为±10~(-4)K~(-1)左右,以及粘度为±0.02 centipoise左右。     

用分子形状指数预测多氯联苯醚的热力学性质

多氯联苯醚是一类重要的持久性有机污染物.为了了解其对环境造成的危害,需要研究其基础的理化性质,但由于其结构的复杂性,数据的获得受到限制.所以,定量结构-性质相关性(QSPR)研究成了1种替代方法.本文基于化学拓扑理论,计算210种多氯联苯醚(包括联苯醚)的Kier分子形状指数(mK)(m=1,2,3),同时提出了取代基定位参数(OCl),并用多元回归研究这些化合物的标准焓(H0)、自由能(G0)、恒容热容(C0 V)和标准熵(S0)与mK和OCl的定量关系.经逐步回归分析,建立了最佳的定量结构-热力学性质的相关模型,相关性良好,相关系数分别为1.000,1.000,0.9997,0.9926.通过模型计算值与文献值基本吻合,相对平均误差分别0.06%,0.07%,0.14%,0.75%.并用Jackknife法和交互检验证明该模型的稳健性和预测能力良好.     

以热力学过程性质为目标的分子设计初探（Ⅱ）：目标分子构成基…

以基团贡献原理为基础，建立了目标分子构成基因与热力学参数间的关系，以此关系为约束条件，在给定的基团样本空间中，用整数线性规划法确定了目标分子构成基的个数，为进一步组合，设计目标分子打下了基础。     

Leu-Phe分子印迹预组装体系热力学平衡的计算模拟

使用Gaussian03软件研究以Leu-Phe为模板,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,三氟乙酸为助溶剂的分子印迹预组装体系.计算了功能单体、助溶剂和交联剂加入量对各种模板复合物浓度的影响,进而确定了Leu-Phe分子印迹聚合物的合成条件.按条件合成聚合物后考察其识别性能,并结合计算模拟和实验结果解释实验现象.计算模拟可能有助于合成高特异性和亲和性分子印迹聚合物,探讨了分子印迹聚合物的分子识别机理.     

分子拓扑子图编码新方法：估算与预测烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法茂盛上,对烷烃系列７种热力学函数进行了估计和预测,取得了良好结果。对吉布斯自由能△Ｈf,原子生成热△Ｈatm,气态生成热△Ｈf(g),液态生成热△Ｈf（t）,热熔Ｃp,。蒸发热△Ｈv和熵Ｓ的拟合方程的回归系数分别为０．９５５９,１．００００,０．９９６５,０．９９０５,０．９９６９,０．９９７３和０．９９２２。     

分子拓扑子图编码新方法:估算与预测烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法基础上 ,对烷烃系列 7种热力学函数进行了估计和预测 ,取得了良好结果。对吉布斯自由能ΔGf,原子生成热ΔHatm,气态生成热ΔHf(g) ,液态生成热ΔHf(l) ,热熔Cp,蒸发热ΔHV 和熵S的拟合方程的回归系数分别为 0 9559,1 0 0 0 0 ,0 9965,0 990 5,0 9969,0 9973和 0 992 2。     

以热力学过程性质为目标的分子设计初探（Ⅰ）：理论框架与待…

提出了以热力学过程性质为设计目标。将宏观设计与微观设计有机结合并进行自校正的分子设计理论框架。作为该设计思想的第一步，提出了确定待定物质的热力学物性参数的方法。算例表明，该估什进可行的，结果可靠。     

以热力学过程性质为目标的分子设计初探(Ⅰ)理论框架与待定物质热力学物性参数的估值

提出了以热力学过程性质为设计目标，将宏观设计与微观设计有机结合并进行自校正的分子设计理论框架。作为该设计思想的第一步，提出了确定待定物质的热力学物性参数的方法．算例表明，该估值方法是可行的，结果可靠．     

用神经网络模型预测饱和液体的传递性质

使用神经网络模型，对纯物质的饱和液体传递性质粘度、导热系数及表面张力与温度的函数关系进行预测。对常见的350多种有机物的预测结果表明，在熔点到临界点的温度范围内，粘度、导热系数及表面张力的平均预测误差分别为0.12%、0.09%和0.03%。     

乙烯-醋酸乙烯酯体系的汽液相平衡分子模拟

本文采用分子模拟手段对乙烯-醋酸乙烯酯体系的汽液相平衡性质进行了研究。首先,采用量化模拟方法分析了醋酸乙烯酯分子的电子特性,揭示其相互作用特点,并采用格点取样法模拟计算了醋酸乙烯酯分子对构型的分子间相互作用能,拟合了CHo=c(sp~2)原子基团的非键作用项参数;其次采用GEMC方法,在T=303.15 K,P=310 kPa、724 kPa、1138 kPa条件下对乙烯-醋酸乙烯酯二元混合物体系的汽液相平衡性质进行了模拟考察。模拟值与文献值相对偏差较小,说明采用修正后的力场可以较好地描述醋酸乙烯酯体系的汽液相平衡性质。     

Adsorption of poly(ethylene succinate) chain onto graphene nanosheets: A molecular simulation

Understanding the interaction between single polymer chain and graphene nanosheets at local and global length scales is essential for it underlies the mesoscopic properties of polymer nanocomposites. A computational attempt was then performed using atomistic molecular dynamics simulation to gain physical insights into behavior of a model aliphatic polyester, poly(ethylene succinate), single chain near graphene nanosheets, where the effects of the polymer chain length, graphene functionalization, and temperature on conformational properties of the polymer were studied comparatively. Graphene functionalization was carried out through extending the parameters set of an all-atom force field. The results showed a significant conformational transition of the polymer chain from three-dimensional statistical coil, in initial state, to two-dimensional fold, in final state, during adsorption on graphene. The conformational order, overall shape, end-to-end separation statistics, and mobility of the polymer chain were found to be influenced by the graphene functionalization, temperature, and polymer chain length. Furthermore, the polymer chain dynamics mode during adsorption on graphene was observed to transit from normal diffusive to slow subdiffusive mode. The findings from this computational study could shed light on the physics of the early stages of aliphatic polyester chain organization induced by graphene.     

乙二醇生产过程中环氧乙烷浓度的软测量研究

环氧乙烷浓度是乙二醇生产过程中的1个重要指标,其浓度大小直接影响到后续水合反应生成乙二醇的过程。环氧乙烷浓度与多种因素之间存在着复杂的非线性关系,在软测量建模的过程中消除这些因素的相关性可以有效地降低计算复杂度。本文综合应用主元分析法,粒子群优化算法以及径向基函数神经网络建立了环氧乙烷浓度的软测量模型。首先分析了影响环氧乙烷浓度的因子,并对这些因子进行了主成分分析,得到1组新的输入因子。然后按照累积方差贡献率选取合适的输入因子,作为RBF神经网络的新的输入,有效降低了输入变量的维数,减少了输入变量之间的相关性,简化了神经网络的结构,建立了环氧乙烷浓度的软测量模型。最后利用粒子群算法来优化神经网络参数,求解RBF网络的径向基中心和输出层连接权值的最优值,减少了计算时间,提高了计算精度,获得了较好的拟合和预测效果。与只采用RBF网络建立软测量模型相比,本文采用的方法建模的误差较小,计算时间较短,计算精度较高,网络的预测效果较好。     

乙烯在醋酸中溶解度的Gibbs系综蒙特卡罗模拟

使用Gibbs系综蒙特卡罗方法,采用TraPPE-UA力场对乙烯-醋酸体系的溶解度和液相密度进行了模拟计算。对303.15K时,45KPa、105KPa和185KPa三个压力点的模拟值与实验值进行了对比,确认了模拟方法对低于常压时的适用性。由于醋酸的缔合特性,为了修正常压及高于常压时的计算结果,使用Dmol3计算了8种醋酸二聚体的能量,并选择其中2种拟合出Lennard-Jones曲线和参数,以此为初值修正了力场参数,进行计算后与实验数据再次比较,偏差缩小至约15%~17%。使用修正后的力场,根据实际工况,对101KPa时温度从285K到395K的溶解度和密度进行了预测计算。计算结果为精馏的设计提供了参考。     

GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取*

近年来,统一计算设备架构(CUDA)的提出和图形处理器（GPU）快速提升的并行处理能力和数据传输能力,使得基于CUDA的GPU通用计算迅速成为一个研究热点。针对含有大规模分子动力学模拟的热力学量提取效率低下的问题,提出了分子动力学模拟的热力学量提取的新方法,利用CUDA设计了并行算法,实现了利用GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取。实验结果表明,与基于CPU的算法相比, GPU可以提高速度500倍左右。     

Adsorption of phenol molecules by sodium dodecyl sulfate (SDS) surfactants deposited on solid surfaces: A computer simulation study

Adsorption studies of phenol molecules on a sodium dodecyl sulfate (SDS) micelle were investigated by molecular dynamics simulations. Simulations were carried out in bulk and on three distinct solid surfaces, silicon dioxide, titanium dioxide and graphite. It was observed that different surfactant micellar shapes were formed on the surfaces. For the silicon dioxide and titanium dioxide surfaces the surfactants were adsorbed by their headgroups whereas for the graphite surface they were adsorbed mainly by their tail groups. It was found that the amount of phenol adsorbed on the SDS micelle was altered by the surfactant shape deposited on the solid surface. However, the best phenol adsorption was obtained by the surfactant modified silicon dioxide surface. Moreover, in all cases, from structural investigations, it was determined that the phenol molecules were located inside the surfactant micelle with their hydroxyl groups close to the SDS headgroups.     

分子动力学模拟聚赖氨酸在晶格界面上的吸附

分子模拟为从微观角度理解生物大分子提供了有利的工具。本文采用分子动力学方法研究在Pt(100)、Pt(110)及Pt (111)三种晶格界面上聚十赖氨酸分子的吸附,以从分子水平上研究蛋白质吸附的动态过程和机理。界面的作用使部分聚十赖氨酸分子出现了较明显的二面角变化,说明吸附过程中界面的特性对聚赖氨酸的分子结构有影响;在Pt(100)与Pt(111)界面上,聚十赖氨酸分子构象变化较大,Pt(110)变化较小。聚十赖氨酸分子在吸附中,能量变化与分子构象变化的结果一致,构象变化较大的Pt(100)和Pt(111)界面上聚十赖氨酸分子能量的平均值高于Pt(110)。聚十赖氨酸分子在Pt(100)与Pt(111)界面上先远离界面运动,然后在某位置稳定波动;在Pt(110)界面上先靠近界面运动一段时间后又远离界面。     

镍镧复合氧化物的掺杂及其气敏性能研究

用共沉淀法制备了镍镧复合氧化物并对其进行三价、四价离子系列掺杂。研究了掺杂物的气敏性能。实验结果表明,SiO2,TiO2,SnO2,Al2O3,SbCl3等掺杂的复合氧化物,均对乙醇有较高的气敏性,而对汽油、H2及LPG等气敏性较低。其中TiO2掺杂量为4%(摩尔分数)的镍镧复合氧化物对乙醇的气敏性能最好。探讨了Si,Ti,Sn,Al,Sb等离子的价态,离子半径及复合氧化物的形成条件等与气敏性能的关系,研究了工作温度,被测气体浓度对元件气敏性能及对气体选择性的影响。     

生物分子在Ni纳米膜表面吸附的力学特性： 分子动力学模拟

采用COMPASS力场,通过分子动力学模拟,研究了Ni纳米薄膜的弹性模量的尺寸效应,以及生物分子吸附在Ni表面对其力学性能的影响.计算结果表明,随着厚度的增大,吸附强度也在增强;Ni纳米薄膜的弹性模量随着膜厚的减小而减小.氨基酸在Ni表面的吸附能够提高其弹性模量1～2 GPa,并且表明分子的取向是重要的影响因素.