有机物在超临界水中溶剂化性质的计算机模拟

摘要

超临界水是指温度大于647 K，压强大于218 bar的压缩液态水。而水处于超临界状态时，其极性的大小可通过改变压力和温度而改变，具有能同时溶解电解质和有机物的优点。超临界水作为有机溶剂对环境没有污染，而用实验的方法研究有机物在超临界水中的溶剂化性质需要的条件较苛刻，故使用计算机模拟有机物在超临界水中的溶剂性质具有重要的研究意义。
　　本文选取两类具有代表性的有机物，即极性有机物和非极性有机物在超临界水中的溶剂化性质进行研究。主要内容可分为两大部分，首先是利用MD方法来模拟非极性有机物甲烷和苯在超临界水中的溶剂化性质；第二部分内容是用MD方法来模拟极性有机物甲醇和一氯甲烷在超临界水中的溶剂化性质。
　　具体内容为从四个方面对不同有机物在超临界水中的溶剂性质分别进行MD模拟研究，首先用贝内特接受率方法计算其溶剂化自由能，并比较不同温度下溶剂化自由能的变化趋势。其次，用有机物在体系中的焓变值来表示体系能量的变化。然后，用径向分布函数分析在不同温度下，有机物水溶液的结构。最后，用有机物分子和水分子的角度分布来表示不同温度下有机物在水中的溶剂化结构。对于径向分布函数和角度分布的研究，选取了三个具有代表性的温度值，分别为常温，超临界温度和大于超临界点的温度。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题的研究背景

1.1.2 课题的研究目的和意义

1.2 国内外对超临界水溶液的研究现状和分析

1.2.1 超临界水性质的研究现状和分析

1.2.2 超临界水溶液的研究现状和分析

1.2.3 超临界水溶液应用的研究现状和分析

1.2.4 研究超临界水溶液存在的困难与问题

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 计算机分子模拟所用的软件及方法原理

2.1 引言

2.2 计算机分子模拟所需的软件及程序

2.2.1 计算机模拟所需的软件

2.2.2 计算机模拟所需的程序

2.3 计算机分子模拟所用的方法

2.3.1 蒙特卡洛(Monte Carlo，MC)分子模拟

2.3.2 分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟

2.3.3 Bennett接受率方法计算溶剂化自由能

2.3.4 径向分布函数

第3章 非极性有机物在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

3.1 MD模拟的准备工作和物质参数

3.1.1 水分子H2O势能模型和力场的验证

3.1.2 MD模拟的分子作用势能

3.1.3 MD模拟细节

3.2 甲烷在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

3.2.1 不同温度下甲烷在水中的溶剂化自由能的计算与比较

3.2.2 不同温度下甲烷在水中焓变值的比较

3.2.3 不同温度下甲烷水溶液的径向分布函数图的比较

3.2.4 不同温度下甲烷分子与水分子间所成角度分布的比较

3.3 有机物苯在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

3.3.1 不同温度下苯在水中的溶剂化自由能的计算与比较

3.3.2 不同温度下苯在水中焓变值的比较

3.3.3 不同温度下苯水溶液的径向分布函数图的比较

3.3.3 不同温度下苯分子与水分子间所成角度分布的比较

3.4 本章小结

第4章 极性有机物在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

4.1 水溶剂性质的MD模拟

4.1.1 水分子在不同温度水中溶剂化性质的MD模拟

4.1.2 普通条件下水分子的径向分布函数图

4.1.2 普通条件下水分子之间所成角度的分布图

4.2 甲醇在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

4.2.1 不同温度下溶剂化自由能的计算与比较

4.2.2 不同温度下甲醇在水中焓变值的比较

4.2.3 不同温度下甲醇水溶液的径向分布函数的比较

4.2.4 不同温度下甲醇分子与水分子间所成角度分布的比较

4.3 一氯甲烷在超临界水中溶剂化性质的MD模拟

4.3.1 不同温度下溶剂化自由能的计算与比较

4.3.2 不同温度下一氯甲烷在水中焓变值的比较

4.3.3 不同温度下一氯甲烷水溶液的径向分布函数的比较

4.3.4 不同温度下一氯甲烷分子与水分子间所成角度分布的比较

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢