徐鸣彦，李 毅，吴小灵，黄韵卓，冯华杰

(海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158)

自20世纪90年代开始，天然气水合物的开采技术一直是重点研究的课题.传统的水合物开采技术主要有注热法、降压法和注化学试剂法，都是通过改变水合物层的环境，使天然气水合物层不稳定，分解并释放出天然气.这些技术破坏水合物地层结构，导致海洋底斜坡灾害，对海洋甚至地球安全造成影响[1, 2].因此，需要进一步研究天然气水合物的性质.

利用分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟方法可以研究各种体系的扩散行为，并对微观局部结构作深入系统的研究[3-7].由于温度是影响天然气水合物的性质的重要条件，因此本工作拟通过分子动力学模拟方法，在不同温度条件下，从微观水平上研宄甲烷水合物的分子扩散和局部结构.

1 模拟方法

MD模拟采用GROMACS程序包[8]，H2O采用SPC力场，CH4采用OPLS-AA力场.自然界中普遍存在的甲烷水合物是sⅠ型水合物[9, 10]，即一个sⅠ晶胞包含8个甲烷分子和46个水分子.本工作采用周期性边界条件，模拟3×3×3个sⅠ型水合物晶胞，即甲烷分子个数为216，水分子个数为1 242.范德华作用距离设置为1.4 nm，动力学步长设置为1 fs.采用NpT系综，一共执行了6 000 000动力学步数计算任务，其中前一半动力学步数用于平衡体系研究，后一半动力学步数用于统计分子扩散和结构性质.研究体系的压力都为10 MPa，温度分别为275、285、295和305 K.

2 结果与讨论

2.1 分子扩散系数

根据爱因斯坦的扩散定律[11]分别统计了甲烷分子、水分子的扩散系数D，即……