电化学界面处离子分布、静电势和ξ势的研究

Density functional theory is applied to predicting the structures and electrostatic potentials of planar electrochemical surfaces within the framework of the restricted primitive model where small ions are represented by charged hard spheres of equal diameter and the solvent is assumed to be a continuous dielectric medium. The hard-sphere contribution to the excess Helmholtz energy functional is evaluated using the modified fundamentalmeasure theory and the electrostatic contribution is obtained from the quadratic functional Taylor expansion using the second-order direct correlation function from the mean-spherical approximation. Numerical results for the ionic density profiles and the mean electrostatic potentials near a planar surface of various charge densities are in excellent agreement with molecular simulations. In contrast to the modified Gouy-Chapman theory, the present density functional theory correctly predicts the second layer formation and charge inversion of charged surfaces as observed in simulations and in experiments. The theory has also been tested with the zeta potentials of positively charged polystyrene particles in aqueous solutions of KBr. Good agreement is achieved between the calculated and experimental results.     

水分子在伊利石表面的吸附作用机理分析

作为煤炭分选的重要化工分离技术,浮选过程中伊利石的水化会对分选效果造成极大影响。为研究伊利石(001)面和(001)面对水分子的吸附机理,使用Materials Studio软件对水分子在伊利石表面吸附位点预测与模拟计算,应用Multiwfn软件得到了水分子吸附前后伊利石表面静电势,并对吸附前后的电子态密度进行分析。结果表明:在伊利石表面硅氧环上,氧原子附近含有大量静电势极值点,水分子中的氢原子易于受到电负性更大的氧原子吸引,从而形成氢键,且更易吸附到IN-K-001面,水分子的吸附提升了伊利石表面静电势,吸附后体系能量降低,且为后续水化提供了更多吸附活性位点。     

聚丙烯多区循环反应器下降段流动特性及开车过程静电分析

通过采集工业聚丙烯多区循环反应器的运行数据,对下降段的流型和热量平衡进行计算,发现下降段内颗粒呈现密相向下移动的流型,下降段温度随颗粒循环量和液体丙烯加入量的增大而降低,越靠近下降段底部,温度降幅越大.通过进一步分析开车过程中下降段中部静电势和上部静电势的变化趋势,发现在下降段料位建立之前,静电剧烈波动,细粉夹带量较大...     

羟基(—OH)对煤自燃侧链活性基团氧化反应特性的影响

针对煤结构及其氧化反应机理不明等问题,以羟基(—OH)和煤自燃侧链活性基团—OCH,—CHOHCH 3和—OCH 3为研究对象,采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP-311G(d,p)方法,构建出了羟基(—OH)处于侧链活性结构邻位的小分子结构模型。基于前线轨道理论和量子化学理论,采用Gaussian 16软件对小分子模型的静电势、前线轨道的能级和电荷分布及煤氧复合反应过程中的热力学参数进行了模拟计算,探究了侧链活性基团的低温氧化特性和羟基(—OH)对其的影响。计算结果显示,在侧链活性结构中,氢原子周边呈强正电势,为亲核反应活性位点,而氧原子附近呈强负电势,为亲电反应活性位点。当羟基(—OH)处于侧链活性基团邻位时,会削弱侧链活性基团的亲电反应能力,增加—CHO和—CHOHCH 3的亲核反应能力,而使—OCH 3的亲核反应能力消失;通过分析各活性基团最高占据轨道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)和最低未占轨道(LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)可知,侧链活性基团的稳定性与其前线轨道的成键能力并不一致,而活性基团与氧气发生复合反应的难易程度主要取决于该基团前线轨道中LUMO的成键能力,成键能力越强,复合反应越容易发生;由于羟基(—OH)改变了侧链活性基团前线轨道上的电子特性,故当其与侧链基团共存时,会使—CHO和—CHOHCH 3与氧气的复合反应更容易发生,而使—OCH 3与氧气的复合由自发的放热反应转变为非自发的吸热反应。该研究成果可为揭示煤自燃微观作用机理和研发煤自燃新型高效阻化材料提供参考。     

硝基苯酚类炸药C-NO2键中点静电势最大值与其实验撞击感度关系的研究

利用从头算法，计算了硝基苯酚类炸药C－NO2键中点电热，诗集 了硝基苯酚类炸药C－NO2键中点静电势最大值Vmidmax与其实验撞击感度h50%之间的关系。根据静电势数据，实验撞击感度和分子结构了硝基和羟基的相对位置以硝基和羧基的多少对这类炸药感的影响，采用最小二科原理对h50%和Vmidmax之间的关系进行了拟合，给出了它们所满足的函数关系。     

杂原子对沥青质分子间相互作用影响的计算化学研究

 沥青中大量的沥青质分子均含杂原子,通过计算化学方法,可以分析杂原子对沥青质二聚体结构及分子间相互作用的影响,并探究其影响机理。密度泛函理论计算结果表明,杂原子的存在使分子的静电势分布差别明显。对于稠环结构相似的沥青质分子,共轭硫原子使得分子的相互作用减小,含硫沥青质较远的质心距离和硫原子相对较弱的负电势使分子的取向和质心距分布更加随机。共轭氮原子作为强负电中心,强排斥增大分子取向偏离最低能量构型的能垒,从而使沥青质二聚体的构型取向更加趋于固定。同时分子动力学结果显示,含硫沥青质对温度敏感,温度升高更严重地加剧分子排列无序;而含氮沥青质在较高温度下依旧保持相对的有序排列。     

BaX分子筛吸附C8芳烃作用机理

采用正则系综蒙特卡洛方法模拟等量4种C₈芳烃分子分别在SiFAU和BaX分子筛上的吸附行为,并结合量子化学计算和波函数分析,基于分子筛组成和结构、C₈芳烃分子结构和电子分布特征进行吸附机理研究。蒙特卡洛模拟结果表明：4种C₈芳烃分子的密度分布主要在分子筛超笼内,吸附能分布近似为正态分布,吸附状态多样化;SiFAU上吸附位随机且范围广,但对二甲苯无选择性;BaX上吸附位集中在超笼内的Ba附近,平均吸附热由高到低的顺序为对二甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯,与BaX分子筛对C₈芳烃吸附选择性的实验结果顺序一致。波函数分析结果表明,4种C₈芳烃分子静电势分布相似,芳环区域静电势为负,静电势极小值点偏离于取代基方向。考虑乙苯侧链柔顺性,将C₈芳烃分子的负静电势面积与其在BaX分子筛上的平均吸附能进行关联,阐明电子分布特征对吸附性能的影响。     

外电场中1,4-二硝基咪唑-N-氧化物感度的理论研究

为探明外电场中炸药感度的变化规律,借助B3LYP/6-311++G(2d,p)和M06-2X/6-311++G(2d,p)理论方法,研究了外电场方向和强度的变化对1,4-二硝基咪唑-N-氧化物(1,4-DNIO)炸药潜在引发键的键长、硝基电荷、键离解能及撞击感度、静电火花感度和冲击起爆压力的影响。结果表明,在无电场和外电场作用下,N─NO2是最可能的引发键,其次是N→O,最后是C─NO2键。沿N→O、C─NO2键轴正方向和N─NO2负方向的外电场使N→O和C─NO2键离解能减小、N─NO2键离解能增大、H50增大、撞击感度降低;与上述反方向的外电场对引发键强度和撞击感度的影响正好相反。引发键键长、AIM电子密度、硝基电荷、键离解能和H50的变化量分别与外电场强度之间呈良好的线性关系,大多数情况下,相关系数R2>0.9500。外电场对电火花感度和冲击起爆压力的影响不大,外电场由-0.010 a.u.变化到0.010 a.u.,变化值分别小于0.5 J和0.15 MPa。     

18种硝基炸药分子活化能、表面静电势与感度理论研究

对18种炸药分子采用密度泛函DFT-BHand HLYP/6-311G＊＊方法进行优化及能量频率的计算,对计算出的活化能及静电势及其参数进行分析,发现其对撞击感度有很大的影响。本文首先对这18种炸药分子的活化能与实验撞击感度建立线性关系,发现Ea在250-400k J/mol范围内时,H50随着E_a的增加而增加,整体呈现正相关关系。随后对这18种炸药进行分类,分别为硝铵类、杂环类、三硝基芳香族类炸药化合物。分别对这三类炸药分子的实验撞击感度H_（50）与其各自的活化能、表面静电势建立定量关系,结果发现其相关系数很大（0.90＋）。此研究结果为预估炸药分子的撞击感度值提供了一定的理论依据和研究意义。