粘土-水分子体系力场模型的建立与分子动力学模拟

用计算机模拟粘土-水的各种物理化学过程，是研究限定空间流体基本属性的理想环境，并得到科学工作者的广泛关注。目前利用非刚体浮动电荷模型对粘土-水体系的结构-性质关系的研究还未见文献报道。本项目首先利用量子化学研究粘土-水分子气态团簇的稳定构象、氢键相互作用、精细电荷分布等性质及其变化规律，预测该体系的微观结构与宏观性质的关联。然后根据量子化学结果拟合参数，将原子-键电负性均衡方法(ABEEM)与分子力学(MM)相结合，建立更为合理与精密的粘土-水体系的ABEEM/MM势能模型，研究各种静态性质、粘土和水的极化效应、外场变化对电荷分布的动态影响；利用分子动力学模拟粘土-水溶液的氢键网络结构，统计计算结构、动力学及热力学性质。最后将该模型推广到含有各种离子和小分子体系，探讨粘土的各种生物和化学性能。本课题将进一步为粘土表面及粘土层间分子行为的基础研究提供科学的理论依据和理论指导。

用计算机模拟粘土体系的各种物理化学过程，是研究限定空间流体基本属性的理想环境，并得到科学工作者的广泛关注。本项目首先利用量子化学方法研究乙醇-水分子、粘土-水分子、粘土-苯及其衍生物、粘土-生物分子等体系气态团簇的稳定构象、氢键相互作用、精细的电荷分布、电子密度、结构参数、相互作用能、振动频率、静电势等性质及其变化规律。然后，根据量子化学计算结果拟合所需参数，将原子-键电负性均衡方法(ABEEM)与分子力场(MM)相结合，建立了粘土-极性溶剂体系的ABEEM/MM非刚体浮动电荷力场模型，研究了外场变化对电荷分布的动态影响等。最后，进行了相关的分子动力学模拟研究，即模拟氮甲基乙酰胺-水溶液、粘土-水溶液的氢键网络结构，统计计算结构、动力学等性质。此外，在实验方面，制备了热塑性淀粉/高岭土纳米复合材料，并考察了粘土含量对纳米复合薄膜性能的影响。本课题将进一步为粘土表面及粘土层间分子行为的基础研究提供科学的理论依据和理论指导，并努力实现理论与实验的有机结合。