基于反应力场的反应构型有偏蒙特卡罗（RCBMC）方法

本项目是在课题组前期工作（自然科学基金10676021，已结题）的延续和提升。拟建立一个新的、基于反应力场的、能够预测在给定热力学条件下凝聚相的化学反应平衡产物的蒙特卡罗模拟方法。计划设计满足细致平衡条件的反应构型有偏蒙特卡罗（RCBMC）移动，采用ReaxFF反应力场作为能量计算模块，编写相应的计算机软件程序，并通过应用于若干基础化学反应预测其平衡产物、以验证方法和计算机程序。课题具有明确的创新性。其成功实施将可以在接近实验条件的前提下，从第一性原理出发，预测凝聚相中化学反应的平衡产物，解决现有的分子动力学模拟无法解决的问题。和分子动力学方法配合使用，可以将反应力场的应用从模拟快速爆轰、燃烧反应扩大到模拟一般凝聚相中的化学反应，有着重要的应用价值。对于生命科学，材料科学，能源，环境保护等领域的研究均具有重要意义。

本项目运用反应力场和以有偏蒙特卡洛为代表的加速采样方法研究多个凝聚相的化学反应问题。工作内容包括：1）采样方法开发；2）ReaxFF反应力场参数化；3）反应力场方法的应用。在基金的支持下，完成了预定目标。1）开发有偏加速反应动力学，通过氢气燃烧的模拟验证了其可靠性；开发基于温度的副本交换分子动力学用于研究化学反应的平衡产物；2）开发ReaxFF蒙特卡洛反应动力学，用于解析多元金属氧化物的结构。2）对ReaxFF进行长程修正，并成功用于描述高能材料的相变；开发磷铝沸石、硅铝沸石和水泥的反应力场，分别用于研究合成、催化和断裂机理。3）应用反应力场和加速采样方法研究了煤油添加剂的热解和燃烧机理，以及沸石合成的初期反应，其中对沸石合成的直接模拟尚属首次。三年中共发表论文23篇，待发表4篇。涉及第一部分方法开发的工作仍在进行中。