化学反应与结构优化过程中的微动力学研究
发布时间：2021-02-27 18:23
现代化学科学的研究,除传统的化学实验方法以外,数值计算与模拟仿真也是另一类非常重要且必不可少的方法。本论文以化学反应和团簇结构优化过程中的微动力学模拟与计算为研究主线,围绕这条主线,主要讲述了三个方面的研究内容。第一部分研究内容提出一种基于图形同构理论的动力学蒙特卡罗方法,运用一个不断变换的元胞矩阵对晶格界面的表面形貌进行数字记录和表达,并与基元反应的数字矩阵表达方式相结合。该方法可以快速处理化学反应的反应通道选择性等关键问题,具有易实现、数值计算效率高、普适性强等优点,可应用于模拟不同种类的晶格表面催化的非均相化学反应的反应网络及反应选择性等。采用该计算方法,模拟仿真了纳米多孔金（NanoPorousGold,简写成NPG）表面催化CO氧化的反应过程,揭示了反应条件（气体分压、反应温度等反应条件）对NPG表面催化CO氧化反应网络的调控规律,发现决定催化氧化反应路径的最重要因素是PCO/PO2（一氧化碳分压与氧气分压比）,PCO/PO2越大,越有利于三分子反应的发生,越小,则更有利于双分子反应的发生。反应环境温度是影响反应路径的次要因素,在同等PCO/PO2比值的情况下,温度越高,CO...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２三原子分子ＡＢＣ构型图??
键长??图２．１氢气分子键长与分子能量的关系曲线??对结构更加复杂的三原子分子而言，从下图２．２中我们可以看出，为了确定??三原子分子ＡＢＣ的构型，我们必须要同时知道ｒｌ、ｒ２以及ＺＡＢＣ三个参数。其??中ｒｌ代表ＡＢ键长，ｒ２代表ＢＣ键长，ＺＡＢＣ则代表ＡＢＣ的键角。三原子分子??的构型由这三个结构参数决定，而能量随三个结构参数变化的图像属于四维图像，??这当然是无法画出来的。因此，我们必须固定一个参数，只有这样，才能够顺利??画出相应的势能面来。在这里，我们让ＺＡＢＣ＝１８０°，这样一来三原子分子ＡＢＣ??始终保持线性的结构。??ｙ＊ｃ??ＺＡＢＣ?ｒ??ｒ／?，??？?？?？??Ａ?ｒ?Ｂ?Ａ?Ｂ?Ｃ??图２．２三原子分子ＡＢＣ构型图??以线性三原子分子Ｃ０２为例，其势能面如下图２．３所示：??廳Ｉ??ＳＣＩ??１２
图２．３三原子分子Ｃ０２势能面??其中ＳＣＩ和ＳＣ２分别代表两个碳氧键的键长，Ｅ则代表对应构型下Ｃ０２分??子的能量。Ｃ０２的势能面大致上是个中间低，四周高的平滑曲面。当两个碳氧键??长均等于约１．１６Ａ时，分子处于势能面的谷底，其能量最低，Ｃ〇２分子最稳定。??可以想象的是，即使Ｃ０２的构型此时处于势能面的其他位置，那么它也会随着倾??斜的坡面，自发的朝势能面的谷底移动，并最终停留在谷底，从而让Ｃ０２分子达??到稳定构型。??２．２．３过渡态??过渡态＾被认为是化学反应路径中所要经过的一个中间结构，极不稳定，如??下图２．４所示：??＾?过波态?，??Ｚ?Ｉ?ｆＡ?？－ｃｉ??ａｂ＋ｃ??Ａ＋ＢＣ??图２．４．三原子反应的能量与反应坐标关系图??上图２．４所示的
【参考文献】：
期刊论文
[1]理论与计算化学研究进展[J]. 苏培峰,谭凯,吴安安,吕鑫,赵仪,曹泽星,吴玮. 厦门大学学报(自然科学版). 2011(02)
[2]线性系统求解中迭代算法的GPU加速方法[J]. 葛振,杨灿群,吴强,陈娟. 计算机工程与科学. 2009(S1)
[3]重油组分密度表征和结构验证的分子模拟[J]. 任文坡,陈宏刚,杨朝合,山红红. 化工学报. 2009(08)
[4]表面活性剂在稠油降粘中的应用[J]. 陈玉祥,王霞,潘成松,刘多荣. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2009(01)
[5]稠油化学降粘法概述[J]. 赵素惠,王永清,赵田红. 化工时刊. 2005(08)
[6]重质油超临界流体萃取分离窄馏分的分子模型[J]. 郑柯文,高金森,徐春明. 石油大学学报(自然科学版). 2004(04)
[7]Athabasca油砂沥青中重组分的分子模拟[J]. 高金森,徐春明,Luba S.KOTLYAR,Keng H.CHUNG. 化工学报. 2003(01)
[8]稠油降粘方法概述[J]. 尉小明,刘喜林,王卫东,徐凤廷. 精细石油化工. 2002(05)
[9]阿伦尼乌斯活化能的统计分析[J]. 黄小葳. 首都师范大学学报(自然科学版). 1995(01)
[10]Schl gl模型在CSTR中的多态和振荡行为[J]. 高森泉,李如生. 物理化学学报. 1986(01)
博士论文
[1]多贝西小波密度泛函的并行算法及其应用[D]. 袁健美.湘潭大学 2014
[2]基于遗传算法的柔性资源调度优化方法研究[D]. 赵诗奎.浙江大学 2013
[3]基于元启发式算法的调度问题若干研究[D]. 邓冠龙.华东理工大学 2012
[4]分子力场方法及其在材料科学中的若干应用问题[D]. 赵立峰.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]金团簇的结构、光谱和催化性质的理论研究[D]. 刘春艳.湘潭大学 2013
[2]元启发式算法在离散选址中的应用[D]. 王其涛.南京航空航天大学 2010
[3]Krylov子空间方法的GPU加速算法研究[D]. 秦晋.国防科学技术大学 2010
本文编号：3054622
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２三原子分子ＡＢＣ构型图??
键长??图２．１氢气分子键长与分子能量的关系曲线??对结构更加复杂的三原子分子而言，从下图２．２中我们可以看出，为了确定??三原子分子ＡＢＣ的构型，我们必须要同时知道ｒｌ、ｒ２以及ＺＡＢＣ三个参数。其??中ｒｌ代表ＡＢ键长，ｒ２代表ＢＣ键长，ＺＡＢＣ则代表ＡＢＣ的键角。三原子分子??的构型由这三个结构参数决定，而能量随三个结构参数变化的图像属于四维图像，??这当然是无法画出来的。因此，我们必须固定一个参数，只有这样，才能够顺利??画出相应的势能面来。在这里，我们让ＺＡＢＣ＝１８０°，这样一来三原子分子ＡＢＣ??始终保持线性的结构。??ｙ＊ｃ??ＺＡＢＣ?ｒ??ｒ／?，??？?？?？??Ａ?ｒ?Ｂ?Ａ?Ｂ?Ｃ??图２．２三原子分子ＡＢＣ构型图??以线性三原子分子Ｃ０２为例，其势能面如下图２．３所示：??廳Ｉ??ＳＣＩ??１２
图２．３三原子分子Ｃ０２势能面??其中ＳＣＩ和ＳＣ２分别代表两个碳氧键的键长，Ｅ则代表对应构型下Ｃ０２分??子的能量。Ｃ０２的势能面大致上是个中间低，四周高的平滑曲面。当两个碳氧键??长均等于约１．１６Ａ时，分子处于势能面的谷底，其能量最低，Ｃ〇２分子最稳定。??可以想象的是，即使Ｃ０２的构型此时处于势能面的其他位置，那么它也会随着倾??斜的坡面，自发的朝势能面的谷底移动，并最终停留在谷底，从而让Ｃ０２分子达??到稳定构型。??２．２．３过渡态??过渡态＾被认为是化学反应路径中所要经过的一个中间结构，极不稳定，如??下图２．４所示：??＾?过波态?，??Ｚ?Ｉ?ｆＡ?？－ｃｉ??ａｂ＋ｃ??Ａ＋ＢＣ??图２．４．三原子反应的能量与反应坐标关系图??上图２．４所示的
【参考文献】：
期刊论文
[1]理论与计算化学研究进展[J]. 苏培峰,谭凯,吴安安,吕鑫,赵仪,曹泽星,吴玮. 厦门大学学报(自然科学版). 2011(02)
[2]线性系统求解中迭代算法的GPU加速方法[J]. 葛振,杨灿群,吴强,陈娟. 计算机工程与科学. 2009(S1)
[3]重油组分密度表征和结构验证的分子模拟[J]. 任文坡,陈宏刚,杨朝合,山红红. 化工学报. 2009(08)
[4]表面活性剂在稠油降粘中的应用[J]. 陈玉祥,王霞,潘成松,刘多荣. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2009(01)
[5]稠油化学降粘法概述[J]. 赵素惠,王永清,赵田红. 化工时刊. 2005(08)
[6]重质油超临界流体萃取分离窄馏分的分子模型[J]. 郑柯文,高金森,徐春明. 石油大学学报(自然科学版). 2004(04)
[7]Athabasca油砂沥青中重组分的分子模拟[J]. 高金森,徐春明,Luba S.KOTLYAR,Keng H.CHUNG. 化工学报. 2003(01)
[8]稠油降粘方法概述[J]. 尉小明,刘喜林,王卫东,徐凤廷. 精细石油化工. 2002(05)
[9]阿伦尼乌斯活化能的统计分析[J]. 黄小葳. 首都师范大学学报(自然科学版). 1995(01)
[10]Schl gl模型在CSTR中的多态和振荡行为[J]. 高森泉,李如生. 物理化学学报. 1986(01)
博士论文
[1]多贝西小波密度泛函的并行算法及其应用[D]. 袁健美.湘潭大学 2014
[2]基于遗传算法的柔性资源调度优化方法研究[D]. 赵诗奎.浙江大学 2013
[3]基于元启发式算法的调度问题若干研究[D]. 邓冠龙.华东理工大学 2012
[4]分子力场方法及其在材料科学中的若干应用问题[D]. 赵立峰.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]金团簇的结构、光谱和催化性质的理论研究[D]. 刘春艳.湘潭大学 2013
[2]元启发式算法在离散选址中的应用[D]. 王其涛.南京航空航天大学 2010
[3]Krylov子空间方法的GPU加速算法研究[D]. 秦晋.国防科学技术大学 2010
本文编号：3054622
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