計(jì)算機(jī)模擬MCM-41沸石分子篩吸附CO性能的研究

1、 題目：計(jì)算機(jī)模擬MCM-41沸石分子篩吸附CO性能的研究完成日期： 2013年 6 月 計(jì)算機(jī)模擬MCM-41沸石分子篩吸附CO性能的研究摘要：MCM-41是 M41S族中的典型代表 ,它具有六方有序的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸可隨合成時(shí)加入導(dǎo)向劑及合成件的不同在 (1.510) nm之間變化，MCM-41孔徑均勻，具有較高的比表面積(1000m2 /g)和大的吸附容量(0. 7mL/g)，有利于有機(jī)分子的自由擴(kuò)散。是優(yōu)良的催化劑載體。這種新型的介孔分子篩具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)、孔道規(guī)則排列有序、孔徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了大分子催化材料的空缺。相較于老式的沸石分子篩材料，MCM-41介孔分子篩最大的優(yōu)勢(shì)就

2、在于：MCM-41介孔分子篩的孔徑大大超出了常規(guī)沸石分子篩（孔徑小于1.5nm的孔徑范圍）。MCM-41被廣泛用于吸附、分離、催化等領(lǐng)域由于其理想的結(jié)構(gòu)，可用于現(xiàn)有吸附理論的檢驗(yàn)和發(fā)展。該課題的最大意義在于，可以將研究結(jié)果應(yīng)用于汽車(chē)尾氣中CO去除，工業(yè)廢氣中CO的分離，煤礦坑道氣中CO的分離和去除以及CO氣體的濃縮等等。本文使用計(jì)算機(jī)，運(yùn)用Material Studio 4.3軟件建立了MCM-41沸石分子篩和CO分子模型，并采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）分子模擬法模擬了在不同溫度和力場(chǎng)條件下，MCM-41沸石分子篩對(duì)CO的吸附量，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，得出了吸附量與溫度、壓力、力場(chǎng)之間的關(guān)

3、系，為MCM-41沸石分子篩在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：MCM-41沸石分子篩；巨正則蒙特卡羅（GCMC）；吸附；分子模擬Computer simulation of MCM - 41 zeolite molecular sieve adsorption performance of the COAbstract: MCM - 41 is a typical representative of the M41S family,It has six party ordered pore structure,MCM - 41 has uniform aperture, high s

4、pecific surface area (1000 m2/g) and larger adsorption capacity (0. 7 ml/g), is conducive to the free diffusion of organic molecules. Its a good catalyst carrier. This new type of mesoporous molecular sieve has the stable skeleton structure, channel rules orderly, narrow pore size distribution, etc;

5、to compensate for the loss of the macromolecule catalytic materials. Compared with the old material of zeolite molecular sieves, MCM - 41 mesoporous molecular sieve is that: the biggest advantage of MCM - 41 mesoporous molecular sieve aperture is greatly beyond the conventional zeolite molecular sie

6、ves (pore size less than the diameter of 1.5 nm range). Due to its ideal structure,MCM - 41 was widely used in adsorption, separation, catalysis and other fields . In addition,it can be used for the inspection of existing adsorption theory and development. The greatest sense of the subject is that t

7、he results can be used in the automobile collect CO, CO separation in industrial waste gas, the coal mine tunnel CO in the gas separation and removal and CO gas enrichment, and so on. In this paper, using the computer and the Material Studio 4.3 software established the MCM - 41 zeolite molecular si

8、eve and CO molecule model, and using grand canonical monte carlo (GCMC) molecular simulation method is simulated under different conditions of temperature and force field, MCM - 41 zeolite molecular sieve adsorption of CO, and through the comparison and analysis of data, the adsorption quantity is o

9、btained and the relationship between the temperature, pressure, force field of MCM - 41 zeolite molecular sieve in the actual production application laid a certain foundation.Key words: MCM - 41 zeolite molecular sieve; Grand Canonical Ensemble Monte Carlo (GCMC); Adsorption; Molecular simulation目 錄

10、一、緒論- 1 -1.1課題研究的背景- 1 -1.2課題研究的目的和意義- 2 -1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀- 3 -1.4選題依據(jù)及論文設(shè)想- 6 -二、 MCM-41沸石分子篩- 8 -2.1 MCM-41沸石分子篩的結(jié)構(gòu)- 8 -2.2 MCM-41沸石分子篩結(jié)構(gòu)模型的建立- 9 -2.3 MCM-41沸石分子篩的吸附原理- 12 -2.4 MCM-41沸石分子篩的實(shí)驗(yàn)室制備- 12 -2.4.1實(shí)驗(yàn)儀器及藥品- 13 -1.實(shí)驗(yàn)儀器- 13 -2. 實(shí)驗(yàn)藥品- 13 -2.4.2 實(shí)驗(yàn)部分- 13 -2.5 MCM-41沸石分子篩的應(yīng)用- 14 -三、計(jì)算軟件和理論計(jì)算方法- 1

11、7 -3.1 計(jì)算軟件-Material Studio- 17 -3.1.1誕生背景- 17 - 3.1.2軟件概況.- 17 - 3.1.3模塊簡(jiǎn)介- 17 -3.1.4力場(chǎng)簡(jiǎn)介- 19 -3.2 理論計(jì)算方法-GCMC- 22 -3.3 計(jì)算過(guò)程- 24 -四、結(jié)果與討論- 25 -4.1 溫度對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 25 -4.1.1 COMPASS力場(chǎng)下溫度對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 25 -4.1.2 Universal力場(chǎng)下溫度對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 26 -4.1.3 cvff力場(chǎng)下溫度對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 2

12、7 -4.1.4 力場(chǎng)、溫度對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附CO能力的影響- 28 -4.2 壓力對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 29 -4.2.1 COMPASS力場(chǎng)下，壓力對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 29 -4.2.2 Universal力場(chǎng)下壓力對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 30 -4.2.3 cvff力場(chǎng)下壓力對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 30 -4.2.4力場(chǎng)、壓力對(duì)MCM-41沸石分子篩吸附性能的影響- 31 -4.3結(jié)論- 32 -參考文獻(xiàn)- 33 -致 謝- 35 -一、緒論1.1課題研究的背景一氧化碳（carbon monoxide

13、, CO）純品為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)刺激性的氣體。分子量28.01，密度1.250g/L，冰點(diǎn)為-207，沸點(diǎn)-190。在水中的溶解度甚低?？諝饣旌媳O限為12.5%74%。一氧化碳進(jìn)入人體之后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合，進(jìn)而使血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合，從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，故易于忽略而致中毒。常見(jiàn)于家庭居室通風(fēng)差的情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道漏氣或工業(yè)生產(chǎn)煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而致中毒。一氧化碳的吸附濃縮便具有了一定的意義。 1992年,Kresge等人在Nature雜志上首次報(bào)道了一種名為MCM-41的有序介

14、孔材料，它是一種新型的納米結(jié)構(gòu)材料，具有孔道呈六方有序排列、大小均勻、孔徑可在210nm 范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)、比表面積大等特點(diǎn)。MCM-41合成區(qū)別于傳統(tǒng)Molecule分子篩合成的最大特點(diǎn)是所用模板劑不同，傳統(tǒng)沸石或Molecule分子篩的合成是以單個(gè)有機(jī)小Molecule分子或金屬離子為模板劑，以ZSM-5為例，所用典型模板劑為四丙基胺離子，晶體是通過(guò)酸鹽在模板劑周?chē)目s聚形成的。而MCM-41的合成則不同，它是以大Molecule分子表面活性劑為模板劑，模板劑的烷基鏈一般多于10個(gè)碳原子，關(guān)于它的形成目前已提出兩種機(jī)理，而且仍不斷進(jìn)行改進(jìn)及完善。與其它沸石材料相比，MCM-41的骨架鋁物種熱

15、穩(wěn)定性相對(duì)較差，在焙燒過(guò)程中，骨架鋁物種由骨架脫落成為非骨架鋁物種。1992年，美國(guó)Mobil公司的研究者首次合成了MCM-41S1系列硅基介孔分子篩,揭開(kāi)了分子篩應(yīng)用研究的新紀(jì)元。這種新型的介孔分子篩具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)、孔道規(guī)則排列有序、孔徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了大分子催化材料的空缺。MCM-41是M41S族中的典型代表 ,它具有六方有序的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸可隨合成時(shí)加入導(dǎo)向劑及合成件的不同在1.510 nm之間變化，MCM-41孔徑均勻，具有較高的比表面積(1000m2 /g)和大的吸附容量(0. 7mL/g)，有利于有機(jī)分子的自由擴(kuò)散。是優(yōu)良的催化劑載體。 MCM-41被廣泛用于吸附、分離

16、、催化等領(lǐng)域由于其理想的結(jié)構(gòu)，可用于現(xiàn)有吸附理論的檢驗(yàn)和發(fā)展。有關(guān) MCM-41的吸附及各種表面性質(zhì)3的理論和實(shí)驗(yàn)的研究很多如 N2、O2、Ar、SO2、CO2、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、苯和水等各種吸附質(zhì)在MCM-41中的吸附性質(zhì)的測(cè)量及其吸附機(jī)理的研究等2區(qū)別了孔內(nèi)流體達(dá)到毛細(xì)凝聚的臨界溫度 Tcp與迂回滯線(xiàn)的臨界溫度,探討了Tcp與孔徑和吸附質(zhì)的關(guān)系，并研究了水在MCM-41中的相態(tài)、冷凝和熔解溫度與孔徑的關(guān)系等3-4 以及氧在MCM-41中的相變。1.2課題研究的目的和意義 由于具有可調(diào)的孔徑,因此人們預(yù)計(jì)MCM-4 1分子篩將在多相催化、離子交換、吸附分離以及高等無(wú)機(jī)材料等領(lǐng)域有較高的工程應(yīng)用

17、及學(xué)術(shù)價(jià)值4。 MCM-4 1不僅廣泛用于吸附、分離、催化等領(lǐng)域,亦被用于吸附理論的驗(yàn)證與改進(jìn)方面。一氧化碳可以作為氣體燃料、一氧化碳作為還原劑，高溫時(shí)能將許多金屬氧化物還原成金屬單質(zhì)，因此常用于金屬的冶煉。然而，一氧化碳進(jìn)入人體之后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合，進(jìn)而排擠血紅蛋白與氧氣的結(jié)合，從而出現(xiàn)缺氧，造成一氧中毒。為了避免CO中毒事故以及回收利用CO，所以在某些場(chǎng)合我們要收集CO，或者對(duì)CO進(jìn)行增濃處理等等；于是將MCM-41沸石分子篩和CO聯(lián)系在了一起，利用MCM-41沸石分子篩對(duì)CO進(jìn)行吸附，為了研究MCM-41沸石分子篩對(duì)CO的吸附性能，本文采用Material Studio軟件進(jìn)行模

18、擬5計(jì)算。該課題的最大意義在于，可以將研究結(jié)果應(yīng)用于汽車(chē)尾氣中CO去除，工業(yè)廢氣中CO的分離，煤礦坑道氣中CO的分離和去除以及CO氣體的濃縮等等。1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀由于MCM-41沸石分子篩具有良好的特性、優(yōu)異的吸附性能，關(guān)于MCM-41沸石分子篩的計(jì)算機(jī)模擬研究早在1992年就開(kāi)始了。在理論研究方面,Ravikovitch等6利用密度泛函理論研究了N2在MCM-41中的吸附等溫線(xiàn)并表征了MCM-41的孔徑分布。 吳志強(qiáng)、劉志平7采用巨正則系綜 Monte Carlo模擬了CO/ H2在碳納米狹縫孔內(nèi)的吸附和分離機(jī)理。研究結(jié)果表明：混合物中H2的吸附量高于與其分壓相同壓力下純H2的

19、吸附量, 而CO則與之相反；此外, 還詳細(xì)研究了壓力、溫度和混合氣體組成對(duì)吸附量和平衡分離因子的影響, 發(fā)現(xiàn)平衡分離因子隨壓力降低而提高, 而低壓下尤其明顯。 Maddox等8-9采用巨正則系綜Monte Carlo(GCMC)方法研究了純流體及二元混合物在MCM-41中的吸附性質(zhì)。王巍10采用基于Monte Carlo取樣方法的分子力學(xué)模擬方法， 研究了丙烯和4種C4單烯烴異構(gòu)體在絲光沸石內(nèi)的物理吸附，得到了單組分烯烴在絲光沸石上的等壓吸附性能曲線(xiàn)，以及等比例多組分體系和不等比例多組分體系的等壓吸附曲線(xiàn)。 侯廷軍11等采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了純硅MCM- 22型分子篩 (ITQ- 1)

20、中苯分子的吸附行為。表明在較低吸附值的情況下，分子篩骨架的柔性對(duì)苯分子吸附和擴(kuò)散并沒(méi)有產(chǎn)生大的影響。 劉蓓、張現(xiàn)仁12提出了一個(gè)混合勢(shì)模型，利用巨正則系綜蒙特卡羅方法分別研究了一氧化碳、甲烷及乙烷在MCM-41中的吸附等溫線(xiàn)。 本課題采用的研究方法是蒙特卡羅法，蒙特卡羅法可分為巨正則系綜蒙特卡羅法(Grand Canonical Ensemble Monte Carlo,GCMC)和構(gòu)型偏倚蒙特卡羅法 （Configurational-bias Monte Carlo,CBMC）。利用蒙特卡羅法可得到氣體小分子在催化劑中的吸附性質(zhì)，包括吸附位信息、吸附量和吸附能。GCMC方法最早被用于主體流體

21、的模擬，后來(lái)推廣到限定空間。巨正則系綜 Monte Carlo方法廣泛用于研究吸附質(zhì)的吸附相平衡的研究，它不僅可以模擬分子的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為 (如氫鍵的締合與解締、吸附、擴(kuò)散等)，也可以模擬微孔中吸附質(zhì)的化學(xué)勢(shì)、溫度保持恒定時(shí)的平衡及預(yù)測(cè)分子在微孔固體(如分子篩)中的吸附性質(zhì)，并且可以計(jì)算吸附等溫線(xiàn)、結(jié)合位、吸附熱、擴(kuò)散途徑及分子選擇性等。 Monte Carlo模擬已廣泛應(yīng)用于研究分子篩的吸附性能及分子篩內(nèi)吸附質(zhì)的動(dòng)態(tài)分布。 曾勇平等13采用GCMC方法模擬了噻吩-苯二元組分和噻吩-苯-正己烷三元組分在MFI和MOR沸石中的吸附分離性能。 孫曉巖等14采用巨正則 Monte Carlo方法

22、研究了不同溫度、不同吸附方式下純硅 MCM- 22 型分子篩ITQ-1上苯與丙烯分子的吸附行為。 呂玲紅等15用巨正則系綜Monte Carlo與構(gòu)型偏倚相結(jié)合的方法模擬了烷烴、異構(gòu)烷烴及其多組分混合物在分子篩上的吸附與分離行為，得到了不同混合物的吸附選擇性。 張舟等16用巨正則系綜蒙特卡羅及構(gòu)型偏移蒙特卡羅的方法模擬了300 K時(shí)，Cl C7直鏈烷烴分子在MFI沸石分子篩中的吸附行為， 并用目前常用的幾種吸附理論（單雙點(diǎn) Langmuir 吸附等溫式、擬化學(xué)近似吸附等溫式及Gibbs吸附等溫式）對(duì)之進(jìn)行擬和。 在分子篩的吸附擴(kuò)散研究中，分子模擬技術(shù)已成為必不可少的研究手段。其中，Monte

23、Carlo方法和分子動(dòng)力學(xué)模擬的組合方法更是得到了廣泛的應(yīng)用，并取得良好的效果。 1.4選題依據(jù)及論文設(shè)想通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，研究計(jì)算機(jī)模擬MCM-41沸石分子篩吸附CO性能的文獻(xiàn)很少，這給我的研究帶來(lái)了些許的困難，但通過(guò)對(duì)前人研究成果的閱讀和思考，初步形成了自己的研究思路：首先運(yùn)用Material Studio軟件建立MCM-41沸石分子篩，使用Sorption模塊進(jìn)行GCMC（巨正則系綜Monte Carlo）模擬；GCMC模擬的對(duì)象是一溫度T、體積V、化學(xué)位恒定的開(kāi)放體系，而這些參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室吸附測(cè)定過(guò)程中也是恒定的，因此模擬結(jié)果可以與實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接進(jìn)行比較。采用GCMC模擬時(shí)，只有固相被模擬

24、，氣相被當(dāng)作一個(gè)假想的溫度和化學(xué)勢(shì)已知的粒子庫(kù)。模擬過(guò)程中，分子篩微孔（模擬盒子）內(nèi)的氣體分子與體相流體（粒子庫(kù)）中的氣體分子之間進(jìn)行不斷的質(zhì)量和能量交換，只要成功交換的氣體分子數(shù)足夠多，孔內(nèi)與體相氣體的化學(xué)勢(shì)就會(huì)相等，平均吸附量就可以直接由計(jì)算得到。模擬過(guò)程中，吸附劑（MCM-41）與吸附質(zhì)（CO）、吸附質(zhì)與吸附質(zhì)之間相互作用時(shí)，范德華相互作用截?cái)嗑嚯x為1.25 nm，靜電相互作用采用Ewald加和法處理，相互作用參數(shù)來(lái)自于COMPASS力場(chǎng)，采用周期性邊界條件。在每次GCMC模擬過(guò)程中，吸附劑的每一個(gè)構(gòu)型根據(jù)能量變化運(yùn)用Metropolis運(yùn)算規(guī)則接受或拒絕，其中分子交換被接受概率為39%

25、、分子構(gòu)象異構(gòu)化被接受概率為20%、分子轉(zhuǎn)動(dòng)被接受概率為20%、分子平動(dòng)被接受概率為20%。為使體系達(dá)到真正平衡，計(jì)算進(jìn)行了2×105個(gè)Monte Carlo步，其中前1×105個(gè)Monte Carlo步用來(lái)達(dá)到平衡，后1×105個(gè)Monte Carlo步用來(lái)統(tǒng)計(jì)平均。整個(gè)模擬計(jì)算采用Accelrys Inc.的Material Studio 4.3軟件完成。 通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬得出不同溫度和壓力下MCM-41沸石分子篩對(duì)CO吸附量的具體數(shù)值；最后對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析，得出最佳吸附溫度和最佳吸附壓力。 二、 MCM-41沸石分子篩2.1 MCM-41沸石分子篩的結(jié)構(gòu) MCM

26、-41是M41S族中的典型代表 ,它具有六方有序的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸可隨合成時(shí)加入導(dǎo)向劑及合成件的不同在(1.510)nm之間變化，MCM-41孔徑均勻。是優(yōu)良的催化劑載體?？讖郊s3.5nm，晶格參數(shù)約為4.5nm，壁厚約1nm ；壁表面積約1000g-1；孔體積約為1mLg-1；顆粒具有規(guī)則外形，且可在微米尺度內(nèi)保持高度的孔道有序性。 圖2.1 MCM-41沸石分子篩 MCM-41分子篩有幾個(gè)顯著特點(diǎn)：(1)與其它介孔材料相比，孔徑分布狹窄；(2)孔徑大小可通過(guò)改變表面活性劑的鏈長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)；(3)具有較高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；(4)孔道排列有序。其中MCM-41分子篩的孔道呈六方有序排列，是

27、一致的平行軌道，穩(wěn)定性高，因而引起人們的更多關(guān)注。由于微孔材料和介孔材料具有較大的內(nèi)表面積，在作為催化劑和吸附劑上有了相當(dāng)大的應(yīng)用，但包括一些晶態(tài)的沸石在內(nèi)，目前已知最大孔徑不超過(guò)1.4 nm，如一些金屬磷酸鹽(1.01.2 nm)和黃硫鐵礦(1.4 nm)。作為一種理想的催化劑，要求其可逆吸附量大、孔徑分布窄、催化活性高、疏水性好、水熱穩(wěn)定性好，所以就要尋求更好的分子篩材料來(lái)滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的需求。與其它介孔材料相比，MCM-41分子篩是一種性能極為優(yōu)良的分子篩，它的出現(xiàn)給分子篩領(lǐng)域帶來(lái)新活力。 MCM41分子篩屬于一維孔道體系結(jié)構(gòu)，其孔徑均勻,具有高比表面積(1000m2/g )和大吸附容量(

28、0.7mL/g)的特點(diǎn),比沸石和磷鋁酸鹽等微孔材料更有利于有機(jī)分子的快速擴(kuò)散,這使得它能為大分子尤其是石油化工過(guò)程中重油有機(jī)分子進(jìn)行擇型反應(yīng)提供無(wú)可比擬的有利空間和有效酸性活性中心，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)孔徑和酸性濃度、強(qiáng)度，在渣油催化裂化、重油加氫、潤(rùn)滑油加氫、烷基化、烯烴聚合、CO2-CH4的分離等酸催化領(lǐng)域和石油化工的分離過(guò)程中具有相當(dāng)大的潛在價(jià)值。2.2 MCM-41沸石分子篩結(jié)構(gòu)模型的建立Material Studio里面自帶了很多分子篩，但是像MCM-41這樣的分子篩,Material Studio里面沒(méi)有，那就得自己建了，以下是建立MCM-41分子篩的主要步驟：1.建立MCM-41沸石分

29、子篩模型 1.FileImportMaterialstudio4.3/share/structures/glasses/SiO2-21A.3d.msi。 2. BuildSymmetrySupercell輸入A,B,C數(shù)值(比如說(shuō)3*7*2) 按“Create supercell”。 3. EditAtom SelectionSelect by property,然后在下拉菜單中選擇“Radial Distance”Within10A(挖孔的半徑)Relative to location 輸入坐標(biāo)(如21.42,21.42,0)，Selection mode選擇第一個(gè)select右鍵delet

30、e(每次在z方向推進(jìn)2 ,這樣在慢慢推進(jìn)后就會(huì)挖出一個(gè)圓孔)，無(wú)定形SiO2的單胞的邊長(zhǎng)是一定的,那么此時(shí)3*7*2的超晶胞的各個(gè)邊的邊長(zhǎng)也是確定的，超晶胞的邊長(zhǎng)分別為64.18458 ,149.76402 , 42.78972，按照幾何關(guān)系,可以計(jì)算出每個(gè)孔道的圓心位置,中間圓心開(kāi)始的位置分別是: (32.0923,18.7205,0) (32.092,56.1615,0)(32.0922,93.6025,0) 、(32.0923,131.0435,0)；左邊上半圓以及四分之一圓孔開(kāi)始的圓心位置為(0,0,0)、(0,37.44105,0) (0,74.88201,0)、(0,112.323

31、015,0)、(0,149.76402,0)；右邊的半圓和四分之一圓孔的開(kāi)始圓心位置也可以按照此種方法寫(xiě)出。 4. 點(diǎn)擊“Adjust Hydrogen”(H)為挖空后的Si補(bǔ)齊電荷。 5. EditAtom SelectionSelect by property下拉菜單中選擇Element 選擇SiSelection mode下選擇第一個(gè)點(diǎn)擊Select Select by property下拉菜單中選擇 connectedSelection mode下選擇第一個(gè)點(diǎn)擊 SelectSelect by property下拉菜單中選擇 element 選擇HSelection mode下選擇第二

32、個(gè)點(diǎn)擊Select ModifyModify elementoxygen點(diǎn)擊“Adjust Hydrogen”,要做這一步的原因是Si不能直接連著H,只能連著O。 6. EditFind patterns找出孔壁上連有3個(gè)-OH的Si,將該結(jié)構(gòu)刪除,再補(bǔ)足H原子,完成后的MCM-41結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1  MCM-41的四孔模型2.使用Dmol3模塊量化計(jì)算簇模型的ESP電荷 得到了MCM-41的結(jié)構(gòu),下一步就要進(jìn)行量化計(jì)算電荷,才能進(jìn)行GCMC和MD模擬。計(jì)算電荷時(shí)需要在MCM-41中切取簇模型才行,要切取簇模型的話(huà),就需要破壞骨架,Buildsymmetry non-

33、periodic structure,然后你就可以隨意的刪除原子了，得到你所期望的簇模型了；從基本道理上來(lái)說(shuō),簇模型是隨機(jī)選擇的,但是為了計(jì)算的準(zhǔn)確性,最好切取多個(gè)簇模型,然后計(jì)算各自簇模型中不同原子的電荷,再次求各簇模型的特定原子的電荷平均；因此可以切取如圖2所示的那樣的簇模型,然后使用Dmol3模塊計(jì)算電荷。 圖2 MCM-41中所切取的簇模型 對(duì)于某個(gè)特定的簇模型，Dmol3中有三種電荷表示方式,在接下來(lái)的MC和MD計(jì)算中,ESP電荷描述方式是最好的，因此在開(kāi)始計(jì)算的時(shí)候，一定要勾選ModuleDmol3CalculationProperties Popu lation analysis

34、(前面打勾)ESP charges(前面打勾)，其他的設(shè)置按照文獻(xiàn)來(lái)，然后點(diǎn)擊“run”按鈕，開(kāi)始量化計(jì)算；計(jì)算結(jié)束后，在Dmol3的結(jié)果文件(左邊Project中擴(kuò)展名為.outmol的文件)中找到ESP電荷,使用Excel文件分列和排序,求解不同原子的電荷數(shù)值平均,然后再把不同簇模型所得到的某個(gè)特定原子的平均電荷再次求平均，這個(gè)平均電荷將要進(jìn)行下一步的GCMC計(jì)算。 現(xiàn)在，模型也搭好了,電荷也計(jì)算好了,下面要做的就是平衡電荷,使用的是Material Studio中的 Sorption模塊，在MCM-41的四孔模型中,點(diǎn)擊某種原子,按住Alt鍵,鼠標(biāo)雙擊,在Properties explo

35、rer里面找到 charge那一項(xiàng),輸入剛才量化計(jì)算得到的那個(gè)原子的電荷，每個(gè)原子的電荷賦予過(guò)程都是一樣的,然后就得到了一個(gè)真實(shí)的帶電體系；但是此時(shí)由于簇模型和整體模型的電荷差異,也許此時(shí)整體模型有少許的電荷過(guò)剩,在Modifycharges里面關(guān)注整體四孔模型的帶電剩余,把此電荷剩余除以四孔模型整體的原子數(shù)量(這個(gè)在properties FilterSymmetry system里面可以看到),得到一個(gè)數(shù)值,然后把四孔模型中每個(gè)種類(lèi)的原子電荷加上或者減去這個(gè)數(shù)值,四孔模型的電荷就平衡了。2.3 MCM-41沸石分子篩的吸附原理 O2、N2、H2和CO等高純度氣體的生產(chǎn)方法有很多種，分子篩以其

36、具有高吸附選擇性和高吸附容量的特性在這些工藝中起關(guān)鍵作用。分子篩在深冷生產(chǎn)高純度H2和CO工藝中是不可缺少的一部分。在典型的深冷法工藝中，由天然氣重整得到的合成氣（主要成分為CO和H2）首先通過(guò)一個(gè)吸附床，除去大部分的CO2，隨后，飽含水汽的合成氣再通過(guò)分子篩吸附床，吸水和CO2的含量脫除到遠(yuǎn)小于1ppm的水平；保證了在以后的工序的分離過(guò)程中，管道不會(huì)因水和CO2的結(jié)冰而堵塞。使用高吸附容量和長(zhǎng)壽命的分子篩吸附劑，還有助于降低設(shè)備投資和操作費(fèi)用。2.4 MCM-41沸石分子篩的實(shí)驗(yàn)室制備目前合成中孔分子篩主要采用水熱合成法。室溫合成16, 17、微波合成18、濕膠焙燒法19、相轉(zhuǎn)變法20及在非

37、水體系21中合成也有少量報(bào)道。水熱合成的一般過(guò)程為：(1)生成比較柔順、松散的表面活性劑和無(wú)機(jī)物種的復(fù)合產(chǎn)物；（2）水熱處理提高無(wú)機(jī)物種的縮聚程度,提高復(fù)合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；（3）焙燒或溶劑抽提除掉復(fù)合產(chǎn)物中的表面活性劑后得到類(lèi)似液晶結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)多孔骨架，即中孔分子篩。2.4.1實(shí)驗(yàn)儀器及藥品 1.實(shí)驗(yàn)儀器 DF-101S集熱恒溫加熱磁力攪拌加熱器、電子天平AL-204、SX2-12-16馬氟爐、DGB/20-002臺(tái)式干燥箱、TSA-900 型原子吸收分光光度計(jì)、800B離心機(jī)、SHD-2000型循環(huán)水多用真空泵 2. 實(shí)驗(yàn)藥品 十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)、正硅酸乙酯(TEOS)、氨水、

38、無(wú)水乙醇 、氫氧化鈉（NaOH）、硫酸鎘2.4.2 實(shí)驗(yàn)部分 方案一按照TEOS（正硅酸乙酯）: NH3·H2O : CTAB : H2O = 1 : 1.64 : 0.15 : 126的摩爾比稱(chēng)取十六烷基三甲基溴化銨2.4011 g，置于250 mL的燒杯中，加入120 mL去離子水，在30恒溫下攪拌至澄清，加入8 mL NH3·H2O (32%) 攪拌5 min，再緩慢滴加10mL正硅酸乙酯，在30恒溫下攪拌12 h，減壓過(guò)濾，用去離子水洗滌5次，再用乙醇洗1次，室溫干燥得到MCM- 41原粉。將原粉放入馬弗爐中在550下，焙燒6 h，除去表面活性劑,最后得到中孔孔分子

39、篩MCM-41。 方案二按照TEOSCTABNaOHH2O = 10.60.24100 的摩爾比稱(chēng)取十六烷基三甲基溴化銨和氫氧化鈉。將氫氧化鈉溶于去離子水中，控制水溫在36左右，緩慢攪拌下加入模板劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)至溶液澄清；待溶液澄清后，在劇烈攪拌下緩慢滴入正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌2h。接著用0.3 mol·L-1 的HCl溶液調(diào)節(jié)pH值到910，將反應(yīng)后所得懸濁液裝入聚四氟乙烯襯墊的不銹鋼自升壓反應(yīng)釜中，然后置于110的烘箱中靜置晶化3天，取出產(chǎn)物抽濾、洗滌，在80下干燥得到MCM-41原粉。將原粉放入馬弗爐中在550下，焙燒6 h，除去表面活性劑，最后得到中孔孔分子

40、篩MCM-41。2.5 MCM-41沸石分子篩的應(yīng)用MCM-41的有序介孔材料，它是一種新型的納米結(jié)構(gòu)材料。與其它沸石材料相比，MCM-41的骨架鋁物種熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，在焙燒過(guò)程中，骨架鋁物種由骨架脫落成為非骨架鋁物種。它作為一種特殊的介孔分子篩，在化工領(lǐng)域、環(huán)境治理和保護(hù)領(lǐng)域、生物醫(yī)藥領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域，均有重要應(yīng)用。而MCM-41的負(fù)載產(chǎn)品則具有更多新的作用。M41S具有有序孔道排列和狹窄的孔分布、大比表面積和高熱穩(wěn)定性,是一種良好的催化劑載體,但硅基介孔材料自身無(wú)催化活性,因此需要采取摻雜、改性等多種方法引入催化活性中心。1.環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域TiO2-MCM-41降解有機(jī)污染物高級(jí)氧化對(duì)徹底廣

41、泛的降解有機(jī)污染物和細(xì)菌類(lèi)物質(zhì)是一個(gè)有效的措施。而TiO2作為催化劑來(lái)高級(jí)氧化氣體污染物和水污染物是近幾年來(lái)所有已發(fā)表的化工文獻(xiàn)中的最有效的措施。但是TiO2本身對(duì)于催化反應(yīng)來(lái)講又有些局限性。它不具備孔道，所以呈現(xiàn)出較低的吸附性能，尤其是對(duì)于非極性的化合物來(lái)講尤其明顯。無(wú)孔道，降低了它的吸附能力，然而，吸附步驟是對(duì)于反應(yīng)來(lái)說(shuō)極其重要的一個(gè)前期步驟。MCM-41的孔徑在1.872.25nm之間，將TiO2負(fù)載到MCM-41上，較之裸露的TiO2極大提高了該催化劑的反應(yīng)活性，因?yàn)樨?fù)載之后的TiO2的比表面積得到了提高，從而使有機(jī)污染物在催化劑表面聚集，同時(shí)催化劑表面的電子空穴得以減少。與此相關(guān)的實(shí)

42、驗(yàn)已取得一些成果，雖然實(shí)際效果遠(yuǎn)非理想，但科研人員仍在堅(jiān)持不懈地鉆研。2.材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域?qū)ρ鯕饷舾械墓庵录ぐl(fā)光材料 此種材料對(duì)一種新型的銅復(fù)合材料Cu(POP)(PTI)BF4，此材料由銅化合物與無(wú)機(jī)多孔分子篩組成在一種特定溶劑中溶解銅化合物，然后加入一定量MCM-41分子篩制成溶膠，在室溫下攪拌、過(guò)濾，然后用溶劑洗滌三次，在空氣中風(fēng)干。這種復(fù)合物感光材料色白，在紫外燈照射下的最大波長(zhǎng)為500nm，與目前廣被使用的高價(jià)惰性金屬?gòu)?fù)合材料相比，此感光符合材料造價(jià)低，制作簡(jiǎn)單，敏感性高，毒性低，非常適用于氧探測(cè)器。3.自身性狀改性純硅MCM-41具有典型的六方結(jié)構(gòu),具有很高的比表面積,接枝改性（通過(guò)嫁

43、接新的基團(tuán)，使原來(lái)的物質(zhì)具有新的性質(zhì)）獲得的Al-MCM-41能夠保持較好的規(guī)整性和很高的比表面積,同時(shí)獲得了一定的酸性;水熱合成的Al-MCM-41結(jié)晶度稍差,但酸量要比同硅鋁比的接枝改性的Al-MCM-41要高出很多。 4.有機(jī)氧化領(lǐng)域 (1)含有雜原子的多孔的MCM-41沸石分子篩作為雙氧水氧化環(huán)己烷的催化劑。Cr-MCM-41展示出了最好的催化行為。環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率和雙氧水的利用率都受到反應(yīng)溫度、雙氧水濃度、雙氧水添加方式的影響。環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率是33.7%，反應(yīng)對(duì)環(huán)己酮和環(huán)己醇的選擇性是97.2%，環(huán)己酮與環(huán)己醇的分子比率是1.99。當(dāng)溫度處于70ºC，環(huán)己烷與雙氧水的摩爾比是

44、1:2并且分兩次加入雙氧水時(shí)，雙氧水的轉(zhuǎn)化率是37.1%。 (2)Al-MCM-41負(fù)載到鈀催化劑上，用以催化甲烷的燃燒。這項(xiàng)工作目的是闡明處理過(guò)的鈀催化劑在甲烷燃燒過(guò)程中的表現(xiàn)行為。將鈀負(fù)載到有序的介孔分子篩Al-MCM-41（Si:Ai摩爾比75:1），作為分子支架。與沒(méi)有處理過(guò)的催化劑相比，Pa/ Al-MCM-41顯示出較高的活性，和較好的穩(wěn)定性。三、計(jì)算軟件和理論計(jì)算方法3.1 計(jì)算軟件-Material Studio 3.1.1誕生背景   美國(guó)Accelrys公司的前身為四家世界領(lǐng)先的科學(xué)軟件公司美國(guó)Molecular Simulations Inc.(MSI)公司、G

45、enetics Computer Group (GCG)公司、英國(guó)Synopsys Scientific系統(tǒng)公司以及Oxford Molecular Group(OMG)公司，由這四家軟件公司于2001年6月1日合并組建的Accelrys公司，是目前全球范圍內(nèi)唯一能夠提供分子模擬、材料設(shè)計(jì)以及化學(xué)信息學(xué)和生物信息學(xué)全面解決方案和相關(guān)服務(wù)的軟件供應(yīng)商。    Accelrys材料科學(xué)軟件產(chǎn)品提供了全面完善的模擬環(huán)境，可以幫助研究者構(gòu)建、顯示和分析分子、固體及表面的結(jié)構(gòu)模型，并研究、預(yù)測(cè)材料的相關(guān)性質(zhì)。Accelrys的軟件是高度模塊化的集成產(chǎn)品，用戶(hù)可以自由定制、購(gòu)買(mǎi)自己的軟

46、件系統(tǒng)，以滿(mǎn)足研究工作的不同需要。Accelrys軟件用于材料科學(xué)研究的主要產(chǎn)品包括運(yùn)行于UNIX工作站系統(tǒng)上的Cerius 2軟件，以及全新開(kāi)發(fā)的基于PC平臺(tái)的Materials Studio軟件。Accelrys材料科學(xué)軟件被廣泛應(yīng)用于石化、化工、制藥、食品、石油、電子、汽車(chē)和航空航天等工業(yè)及教育研究部門(mén)，在上述領(lǐng)域中具有較大影響的世界各主要跨國(guó)公司及著名研究機(jī)構(gòu)幾乎都是Accelrys產(chǎn)品的用戶(hù)。 3.1.2軟件概況    Materials Studio是專(zhuān)門(mén)為材料科學(xué)領(lǐng)域研究者開(kāi)發(fā)的一款可運(yùn)行在PC上的模擬軟件。它可以幫助我們解決當(dāng)今化學(xué)、材料工業(yè)中的一系列重要問(wèn)

47、題。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多種操作平臺(tái)的Materials Studio使化學(xué)及材料科學(xué)的研究者們能更方便地建立三維結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)各種晶體、無(wú)定型以及高分子材料的性質(zhì)及相關(guān)過(guò)程進(jìn)行深入的研究。   多種先進(jìn)算法的綜合應(yīng)用使Materials Studio成為一個(gè)強(qiáng)有力的模擬工具。無(wú)論構(gòu)型優(yōu)化、性質(zhì)預(yù)測(cè)和X射線(xiàn)衍射分析，以及復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模擬和量子力學(xué)計(jì)算，我們都可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單易學(xué)的操作來(lái)得到切實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。    Materials Studio軟件采用靈活的Client-Server結(jié)構(gòu)。其核心模塊Visualizer

48、運(yùn)行于客戶(hù)端PC，支持的操作系統(tǒng)包括Windows 98、2000、NT；計(jì)算模塊（如Discover，Amorphous，DMol3，CASTEP等）運(yùn)行于服務(wù)器端，支持的系統(tǒng)包括Windows2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。浮動(dòng)許可（Floating License）機(jī)制允許用戶(hù)將計(jì)算作業(yè)提交到網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)服務(wù)器上，并將結(jié)果返回到客戶(hù)端進(jìn)行分析，從而最大限度地利用了網(wǎng)絡(luò)資源。 Materials Studio軟件能使研究者達(dá)到與世界一流研究部門(mén)相一致的材料模擬的能力。模擬的內(nèi)容包括了催化劑、聚合物、固體及表面、晶體與衍射、化學(xué)反應(yīng)等材料和化學(xué)研究領(lǐng)域的主要

49、課題。 3.1.3模塊簡(jiǎn)介    Materials Studio采用了大家非常熟悉的Microsoft標(biāo)準(zhǔn)用戶(hù)界面，允許用戶(hù)通過(guò)各種控制面板直接對(duì)計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)置和分析。目前，Materials Studio軟件包括如下功能模塊： Materials Visualizer:    提供了搭建分子、晶體及高分子材料結(jié)構(gòu)模型所需要的所有工具，可以操作、觀察及分析結(jié)構(gòu)模型，處理圖表、表格或文本等形式的數(shù)據(jù)，并提供軟件的基本環(huán)境和分析工具以及支持Materials Studio的其他產(chǎn)品。是Materials Studio產(chǎn)品系列的核心模塊。 Dis

50、cover:   Materials Studio的分子力學(xué)計(jì)算引擎。使用多種分子力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法，以仔細(xì)推導(dǎo)的力場(chǎng)作為基礎(chǔ)，可準(zhǔn)確地計(jì)算出最低能量構(gòu)型、分子體系的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)軌跡等。 COMPASS:    支持對(duì)凝聚態(tài)材料進(jìn)行原子水平模擬的功能強(qiáng)大的力場(chǎng)。是第一個(gè)由凝聚態(tài)性質(zhì)以及孤立分子的各種從頭算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等參數(shù)化并經(jīng)驗(yàn)證的從頭算力場(chǎng)?？梢栽诤艽蟮臏囟?、壓力范圍內(nèi)精確地預(yù)測(cè)孤立體系或凝聚態(tài)體系中各種分子的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、振動(dòng)以及熱物理性質(zhì)。 DMol3:    獨(dú)特的密度泛函（DFT）量子力學(xué)程序，是唯一的可以模擬氣相、溶液、表面及固體等過(guò)程

51、及性質(zhì)的商業(yè)化量子力學(xué)程序，應(yīng)用于化學(xué)、材料、化工、固體物理等許多領(lǐng)域?？捎糜谘芯烤啻呋⒍嘞啻呋?、分子反應(yīng)、分子結(jié)構(gòu)等，也可預(yù)測(cè)溶解度、蒸氣壓、配分函數(shù)、熔解熱、混合熱等性質(zhì)。 CASTEP:    先進(jìn)的量子力學(xué)程序，廣泛應(yīng)用于陶瓷、半導(dǎo)體、金屬等多種材料，可研究：晶體材料的性質(zhì)（半導(dǎo)體、陶瓷、金屬、分子篩等）、表面和表面重構(gòu)的性質(zhì)、表面化學(xué)、電子結(jié)構(gòu)（能帶及態(tài)密度）、晶體的光學(xué)性質(zhì)、點(diǎn)缺陷性質(zhì)（如空位、間隙或取代摻雜）、擴(kuò)展缺陷（晶粒間界、位錯(cuò)）、體系的三維電荷密度及波函數(shù)等。3.1.4力場(chǎng)簡(jiǎn)介分子模擬的基礎(chǔ)，是準(zhǔn)確計(jì)算原子之間的相互作用，包括組成同一分子的原子之間

52、的成鍵相互作用，和不同分子間的范德華相互作用，有的分子間還有氫鍵相互作用。描述原子間的這些相互作用，有兩種方式，一個(gè)是通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算，另外一種方式就是采用分子力場(chǎng)計(jì)算。 1、分子力場(chǎng)的來(lái)源 我們知道，量子化學(xué)計(jì)算分子結(jié)構(gòu)和原子、分子間相互作用比較準(zhǔn)確，但是很慢；而采用分子力場(chǎng)計(jì)算就會(huì)很快，因?yàn)榉肿恿?chǎng)并不計(jì)算電子相互作用，它是對(duì)分子結(jié)構(gòu)的一種簡(jiǎn)化模型，所以計(jì)算很快。在這個(gè)模型中，它把組成分子的原子看成是由彈簧連接起來(lái)的球，然后用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)描述球與球之間的相互作用。比如，氫分子，看做有彈簧鏈接的兩個(gè)球的話(huà)，可以用胡克定律描述兩個(gè)氫原子間的能量：E=k(b-b0)2。其中，b表示兩氫原子間

53、距離，b0表示平衡時(shí)原子間距，k為鍵能系數(shù)，b0和K稱(chēng)為力場(chǎng)參數(shù)。更復(fù)雜一點(diǎn)可以用四次方表達(dá)：E=K1(b-b0)2+K2(b-b0)3+K3(b-b0)4，更多的參數(shù)可以獲得對(duì)成鍵分子的更精確的描述。這是描述成鍵作用，不成鍵的原子間的相互作用則采用Legendre-Jones函數(shù)，或者Bukingham函數(shù)描述。 從上面可以看出來(lái)，力場(chǎng)用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)描述原子間作用，稱(chēng)為分子力場(chǎng)，又叫分子力學(xué)力場(chǎng)。采用分子力場(chǎng)的分子模擬稱(chēng)為經(jīng)典分子模擬。這是相對(duì)于采用量子力學(xué)計(jì)算的分子模擬來(lái)說(shuō)的。分子力學(xué)對(duì)分子結(jié)構(gòu)和原子間相互作用描述的是否準(zhǔn)確，主要依賴(lài)于所用的參數(shù)。而這些參數(shù)通常擬合自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或者量子化

54、學(xué)結(jié)果。它屬于經(jīng)驗(yàn)描述，顯然品質(zhì)要低一些，但是由于計(jì)算速度快，適合于描述上千個(gè)乃至百萬(wàn)個(gè)原子的模擬，在這些情況下，我們無(wú)法采用量子力學(xué)計(jì)算，因此，只能采用經(jīng)典模擬。2、不同分子力場(chǎng)間的區(qū)別 分子力場(chǎng)有很多，材料領(lǐng)域常用的CFF, MMFF, COMPASS等。一個(gè)力場(chǎng)通常包括三個(gè)部分：原子類(lèi)型，勢(shì)函數(shù)，和力場(chǎng)參數(shù)。也就是說(shuō)不同的力場(chǎng)，他們的函數(shù)形式可能不一樣，或者函數(shù)形式一樣而力場(chǎng)參數(shù)不一樣。其中，最關(guān)鍵的差別取決于分子力學(xué)模型，比如有的力場(chǎng)考慮氫鍵，有氫鍵函數(shù)；有的考慮極化，有極化函數(shù)。其次，分子力場(chǎng)參數(shù)都是擬合特定分子的數(shù)據(jù)而生成的，比如，面向生物模擬的力場(chǎng)選擇生物領(lǐng)域的分子模擬得到參數(shù)，

55、而材料的，則側(cè)重選擇材料方面的分子。這些被擬合的分子成為訓(xùn)練基。1）COMPASS 力場(chǎng) COMPASS力場(chǎng)是第一個(gè)把以往分別處理的有機(jī)分子體系的力場(chǎng)與無(wú)機(jī)分子體系的力場(chǎng)統(tǒng)一的分子力場(chǎng)。COMPASS力場(chǎng)能夠模擬小分子與高分子，一些金屬離子、金屬氧化物與金屬。在處理有機(jī)與無(wú)機(jī)體系時(shí)，采用分類(lèi)別處理的方式，不同的體系采用不同的模型，即使對(duì)于兩類(lèi)體系的混合，仍然能夠采用合理的模型描述。2)cvff力場(chǎng) cvff力場(chǎng)全名為一致性?xún)r(jià)力場(chǎng)(consistant valence force field),最初以生化分子為主，適應(yīng)于計(jì)算氨基酸、水及含各種官能團(tuán)的分子體系。其后，經(jīng)過(guò)不斷的強(qiáng)化，cvff力場(chǎng)可

56、適用于計(jì)算多肽、蛋白質(zhì)與大量的有機(jī)分子。此力場(chǎng)以計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與結(jié)合能最為準(zhǔn)確，亦可提供合理的構(gòu)型能與振動(dòng)頻率。3）Dreiding力場(chǎng) Dreiding力場(chǎng)是Mayo、Olafson 等人于1990 年開(kāi)發(fā)的一種較好的、具有各種用途的力場(chǎng) , 它的最大優(yōu)點(diǎn)在于有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力, 相對(duì)于那些為十分有限的體系提供較高精確度的特殊力場(chǎng)，Dreiding力場(chǎng)允許合理地預(yù)測(cè)大量的體系, 包括那些含有新元素化合類(lèi)型的體系, 以及沒(méi)有或很少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的體系, 也能較好地進(jìn)行能量、結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算。Dreiding力場(chǎng)在預(yù)測(cè)依賴(lài)分子內(nèi)相互作用的聚集態(tài)材料的性質(zhì)比UFF力場(chǎng)更好, 但它未對(duì)整個(gè)周期表進(jìn)行參

57、數(shù)化, 因而不及UFF力場(chǎng)應(yīng)用廣泛。Dreiding力場(chǎng)沒(méi)有像UFF力場(chǎng)和ESFF力場(chǎng)那樣的“參數(shù)產(chǎn)生器”，但它的參數(shù)也是由一種基于規(guī)則的方法而產(chǎn)生。Dreiding是目前最新的版本, 也是高分子材料模擬中最常用的力場(chǎng)。4）UFF 力場(chǎng) UFF (Universal Force Field)力場(chǎng)是由Rappe及其研究小組在1992 年開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀通用力場(chǎng)它對(duì)整個(gè)元素周期表進(jìn)行了參數(shù)化, 所有力場(chǎng)參數(shù)是由一系列基于元素、雜化及化合連接的規(guī)則產(chǎn)生的，它是適用范圍最廣泛的計(jì)算方法，對(duì)元素周期表內(nèi)的所有元素適用，因此一般結(jié)構(gòu)都可以采用這個(gè)算法。UFF力場(chǎng)被證明對(duì)許多體系有效, 因而被推薦用來(lái)預(yù)測(cè)那些未被特殊力場(chǎng)覆蓋的體系。通常UFF力場(chǎng)對(duì)分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)比Dr