N-甲基甲酰胺的自扩散和结构性质的分子动力学模拟
2015-08-21冯华杰聂晶晶孙振范陈六平
冯华杰,聂晶晶,孙振范,陈六平
(1 海南师范大学化学与化工学院,海南 海口 571158;2 中山大学化学与化学工程学院,广东 广州 510275)
引 言
分子扩散系数是描述传递现象的基本物性数据。无论在物理、化学、化工过程中,还是生命系统、环境监控和同位素分离等领域,密度和扩散系数数据都起着非常重要的作用。通常扩散系数的实验测量主要是采用脉冲场梯度核磁共振波谱技术[1-2]和同位素示踪法[3-4]。然而,通过实验测量扩散系数,尤其在高温高压条件下,是非常困难的,而且要花费大量的时间和财力。于是从现有的扩散实验测量得到的数据出发建立经验关联方程[5-9]是获得扩散系数的比较经济的手段。然而,受限于相关参数的确立,关联扩散系数与一些参数的经验方程的应用范围有限。利用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟的方法可以模拟流体在各种条件下的扩散行为,有效地获得扩散系数[10-14],而且可对宏观的扩散现象的微观本质做深入、系统的研究[15-17],从而揭示分子的扩散与结构性质之间的关系,加深对分子扩散的微观本质的认识。
N-甲基甲酰胺(NMF)是重要的有机化工原料和中间体,是一种性能较好的有机溶剂,广泛用于有机合成、医药、染料、香料及电解电镀工业等。多年来,学界采用实验和模拟方法对NMF 的自扩散和结构性质进行了研究。Chen 等[18]采用脉冲场梯度核磁共振波谱技术研究了宽广温度和压力范围内(从熔点温度到423 K,压力高达200 MPa)NMF的扩散行为。Cordeiro[19]和Almeida 等[20]分别采用Monte Carlo 模拟方法研究了298 K 和101.3 kPa (1 atm)下NMF 的局部结构,表明N H···O 氢键更强,驱动了NMF 的结构。……
