小分子在聚[1-三甲基硅烷-1-丙炔]与氧化亚铜表面吸附和扩散的模拟研究

摘要

本论文使用分子动力学和第一性原理计算分别研究了小分子在高分子的渗透行为和气体分子在金属氧化物表面的吸附解离动力学过程。主要内容包括两个部分:一是小分子在聚[1-三甲基硅烷-1-丙炔](PTMSP)中的溶解和扩散行为;二是H2S在Cu2O(111)的吸附和解离动力学过程.
　　 一方面,我们使用分子动力学和巨正则系综蒙特卡洛模拟研究了PTMSP膜用于有机蒸气/永久气体分离的性能.计算的永久气体和有机蒸气在PTMSP中的扩散系数和溶解系数与实验值吻合得比较好,并且与分子的有效直径和气体分子的临界温度相关.研究结果表明,PTMSP高的有机蒸汽/永久气体渗透选择性可以归结于其高的溶解选择性。通过分析渗透分子的平均质心位移和PTMSP的自由体积和分布可以从微观上解释这些行为.
　　 另一方面,我们利用密度泛函理论研究了H2S在Cu2O(111)的吸附和分解.我们研究了H2S和SH,S,H在Cu2O(111)的最佳吸附位.我们发现,H2S弱吸附于Cucsa位置.但是,SH和S的S原子与周围的两个Cucus原子和一个Cucsa原子形成金字塔结构,其强烈地吸附于Cu2O(111)。H原子强烈地吸附于Cucus位。我们也确定了H2S和SH脱氢过程的最小能量路径.H2S(ad)→SH(ad)+H(ad)反应的能势垒较低,并且是放热的.但是,SH(ad)→S(ad)+H(ad)反应不容易发生,SH可能稳定的存在于Cu2O(111)表面.
　　 本文的研究结果对小分子在高分子薄膜中的渗透过程和工业催化剂的毒化机理提供了一定的理论参考.