摘   要： 采用分子动力学方法，对SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P、TIP5P五种势能模型下水分子的热力学性质、径向分布函数、自扩散系数进行计算，优选最适合于水分子动力学性质研究的势能模型。研究发现：1）采用SPCE模型通过模拟得到的内能、汽化焓最为准确，其他模型受到了模型固有性质和系综（大量宏观上完全相同的体系的抽象集合）的影响，模拟结果不甚理想;2）采用SPCE、TIP4P、TIP5P模型可以较好地反映水分子短程有序、长程无序的微观结构;3）采用SPCE模型通过模拟得到的自扩散系数相对误差仅为0.39%，远好于其他模型。结果表明，SPCE模型能够较真实地反映水分子的热力学性质、微观结构和自扩散特性等动力学性质。

关键词： 水分子;势能模型;动力学;径向分布函数;自扩散系数

中图分类号：O645    文献标识码：A    文章编号：2095-8412 （2020） 05-085-05

工业技术创新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net    DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.016

引言

水是生命的源泉，水分子的研究對水的开发利用具有非常重要的意义。分子动力学（MD）方法是模拟水分子动力学性质的一种非常有效的方法，一直受到国内外研究者的关注[1-3]。

单个水分子看似结构比较简单，但氢键的作用使得水分子相互聚合，形成多分子聚合物，水分子的微观结构发生了复杂化。采用分子动力学方法研究水分子，最重要的也是选择分子间的相互作用势。在水分子动力学计算中，可以选择多种势能模型，包括量子力学从头计算模型（如MCY模型[4]）、半经验模型（如ST2、SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P、TIP5P）等[5-8]。MCY模型结构较为复杂，计算时间成本较高，因此在实际应用中更多采用半经验模型。

本文对水分子的SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P、TIP5P等势能模型进行计算，考察水分子的热力学性质、径向分布函数、自扩散系数，优选最适合于水分子动力学性质研究的势能模型。……