《低維氫氣水合物成核和生長微觀機理的理論研究》是依託寧波大學，由趙文輝擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低維氫氣水合物成核和生長微觀機理的理論研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：趙文輝
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
氫氣水合物因其獨特性質和潛在的套用前景引起了人們的廣泛興趣。一方面實驗手段無法對水合物的成核過程進行直接觀測,另一方面水合物成核是小機率事件，體相水合物的分子動力學研究花費時間極長，因此人們對氫氣水合物的結構和物性，特別是其成核和生長的微觀機理，尚缺乏清楚的理解。低維空間內氫氣水合物成核和生長速度較快，對它的研究不僅可以探索這種低維體系的獨特性質，而且有助於我們對沉積物和多孔材料內氫氣水合物的理解。本項目擬對一維和二維納米空間內氫氣及其二元體系水合物（如H2+CO、H2+CO2、H2+CH4等）開展系統的理論研究。通過對水合物成核和生長等過程的分子動力學模擬，結合第一性原理計算，探索低維氫氣水合物形成的動力學規律，計算分子之間相互作用以及氣體分子穿透水合物籠穴的能壘等，探討水合物中氫氣分子移動和置換的可能機制，深化理解氫氣水合物成核和生長的微觀機理，為利用水合物儲存和提純氫氣提理論依據。
結題摘要
氫氣水合物是氫氣分子包籠在水分子氫鍵籠穴內形成的非化學計量性晶狀物質。因其獨特性質和潛在的套用前景引起了人們的廣泛興趣。納米空間內氫氣水合物成核和生長速度較快，對它的研究不僅可以探索這種低維體系的獨特性質，而且有助於我們對沉積物和多孔材料內氫氣水合物的理解。本項目結合分子動力學模擬和第一性原理計算方法，一方面研究納米空間內氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣/一氧化碳和氫氣/二氧化碳等水合物成核和生長，另一方面研究了納米空間內低維水的氫鍵網路結構。本項目取得的研究成果如下：（1）理論預測了常壓下碳納米管內低維氫氣、一氧化碳和二氧化碳水合物的形成，這類低維水合物完全不同於體相水合物，其水分子籠穴為一維冰納米管結構。（2）研究結果表明這類低維水合物對一氧化碳和二氧化碳具有非常高的選擇吸附性，為常壓下利用這類低維水合物提純氫氣提供了一定的理論依據。（3）在納米空間內，低維水的氫鍵網路結構受到了極大破壞，呈現出與體相完全不同的性質。我們通過兩平行疏水板間受限水的分子動力學模擬研究，發現了兩種完全不同於體相的新冰結構：相互嵌套的五邊形雙層冰和二維雙層類方形冰。我們推測，納米空間水合物的獨特結構，主要來自主體水分子不同於體相的氫鍵網路結構。
