有机蒙脱石层间域柱撑结构及局域微环境的分子模拟

拟采取实验数据与计算机分子模拟相结合的方法，研究烷基铵阳离子柱撑有机蒙脱石层间域内柱撑结构与微环境特征。在晶体化学差异明显的数种蒙脱石矿物的有机柱撑实验的基础上，以蒙脱石交换容量、柱撑离子负载量、层间柱撑高度、含水量等主要表征结果为参照，主要采用分子动力学（MD）模拟法，研究不同负载量情况下，有机蒙脱石层间域内层间柱撑结构特征，包括柱撑离子的排列及演化方式、重要原子的空间赋存位置与分布特征。从原子分子尺度上考察有机蒙脱石层间有机分子构型与比例、分子/离子间相互作用、堆垛密度等局域微环境特征，考察晶体化学差异以及层间不同含水量情况对有机柱撑的影响。在系统研究层间有机相微观结构基础上建立可视化模型，完善和补充微区、谱学分析技术无法提供的层间结构信息。本项研究是矿物学、材料科学、计算化学以及分子模拟等多学科的交叉，计算机分子模拟技术是矿物学研究的新方法，国内外还处于刚刚起步阶段，具有一定前瞻性。

本基金研究工作主要采取实验数据与计算机分子模拟相结合的方法，重点研究了两性离子型表面活性剂柱撑有机粘土矿物层间域内柱撑结构与微环境特征。在晶体化学差异明显的数种蒙脱石矿物的有机柱撑实验的基础上，以蒙脱石交换容量、柱撑离子负载量、层间柱撑高度、含水量等主要实际表征结果为参照，同时采用了分子动力学（MD）模拟法，研究不同负载量情况下，有机蒙脱石层间域内层间柱撑结构特征，包括柱撑离子的排列及演化方式、重要原子的空间赋存位置与分布特征。在系统研究层间有机相微观结构基础上建立可视化模型，完善和补充了微区、谱学分析技术无法提供的层间结构信息。. 从原子分子尺度上考察有机蒙脱石层间有机分子构型与比例、分子/离子间相互作用、堆垛密度等局域微环境特征，考察了晶体化学差异以及层间不同含水量情况对有机柱撑的影响。通常，水分子的存在对层间距有影响，湿样的层间距高于干样，并且衍射峰前者比后者更为规整，湿样条件下的烷基链呈高度有序，更接近于纯表面活性剂结晶态。而且，原位水环境条件下，两性离子表面活性剂的烷基链之间的相互作用比较强，并随着负载量和烷基链长度的增加而增强。. 在本项目的资助下，本项目按照计划顺利进行，获得了预期的成果，全面完成了基金项目任务书既定研究内容，截止报告日期，已经发表了标注论文9篇，其中国际SCI论文6篇，国内核心刊物2篇，国内会议论文1篇。同时培养硕士研究生2名，博士研究生1名。