可燃冰的量子化学研究

发布时间：2020-08-20 07:58

【摘要】： 随着能源日渐短缺,新能源开发和利用已被许多国家放到了发展战略位置。可燃冰自20世纪70年代在海洋深处和冻土地带被发现后,就因其污染小、储量大等优点而受到高度重视。但是,若可燃冰的开采不慎,极易导致其矿场受到破坏,甲烷气体的大量泄漏并进入大气。在导致温室效应方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大10～20倍,由此可见,可燃冰也是一种带有危险性的能源。因此,在对其开发利用之前做充分的研究十分必要。目前,对可燃冰的研究已取得一定的进展,它的多种结构已被X-Ray、Raman、NMR等实验证实,对可燃冰形成的温度、压力亦作了大量研究工作,在理论方面也展开了一定的研究。但是,可燃冰的结构单元(H_2O)_n与CH_4相互作用的规律尚未明确,其单元稳定性也有待探究。本论文在Jeffrey等人的实验研究工作的基础上,选用了可燃冰的三种结构SⅠ、SⅡ、SH中的五个单元,运用量子化学方法对其相互作用的规律进行了深入研究。主要内容分为两个部分:第一部分,采用PBE泛函,结合6-31++G(d,p)基组,对可燃冰单元进行优化得到了它们的平衡稳定结构,并对结构进行了分析比较;第二部分,采用二级微扰理论方法,在MP2/aug-cc-pVTZ水平下,配合基函数重叠误差BSSE完全均衡校正方法CP(Counterpoise),对其结合能进行计算,并探索可燃冰单元稳定性的规律。研究结果表明:可燃冰的结构单元(H_2O)_n…CH_4具有较强的相互作用,其结合能在-3.04～-4.75Kcal/mol之间,大约是相同水平下的一对H_2O…CH_4的结合能(-0.53 Kcal/mol)的6～9倍;综合考虑单元(H_2O)_n中H_2O分子对总结合能的平均贡献及(H_2O)_n…CH_4的结合能,计算其稳定化能,由此得出可燃冰结构单元的稳定性依次为5~(12)6~2(H_2O)_(24)…CH_4＞5~(12)(H_2O)_(20)…CH_4＞5~(12)6~4(H_2O)_(28)…CH_4＞5~(12)6~8(H_2O)_(36)…CH_4。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P744.4

【引证文献】