《壓力調控複雜氣相化學反應的從頭算動力學模擬》是依託武漢大學，由王寶山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：壓力調控複雜氣相化學反應的從頭算動力學模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王寶山
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於有複合物生成的氣相化學反應，浴氣壓力以及組成均對反應機理有重要影響,這是反應中電子結構變化和碰撞能量流動過程相互競爭的結果。反應與傳能的耦合作用不但可以改變反應速率，而且可以影響反應進程，改變最終產物的分布。本項目擬用從頭算動力學模擬研究壓力是如何調控複雜氣相化學反應動力學行為的科學問題。與過去對壓力的定性、經驗性描述不同，我們試圖定量歸納出化學反應動力學行為受壓力調控的規律。在不用任何經驗參數的情況下，完全基於第一性原理模擬計算，獲得碰撞能量傳遞幾率函式的一般形式，建立構效關係模型，結合過渡態理論預測溫度和壓力依賴的動力學參數。通過對反應容器的原位模擬，探索環境對複雜分子或自由基反應機理及動力學影響的一般性規律，這是對傳統化學反應動力學研究的有益補充。
結題摘要
本項目圍繞“壓力控制的複雜氣相化學反應的從頭算動力學模擬”這一主題開展了系統研究，解決了項目計畫的重要問題，順利完成項目各項任務。所取得的重要成果可以概括為“一個模型”、“兩套軟體”、“三種套用”、“一種方法”、“一項拓展”。 “一個模型”是指建立了能夠評估分子碰撞傳能效率的GIPF模型。通過計算分子的各種靜電作用參數，如靜電勢平均偏差參數、總方差2、以及正負靜電勢能的平衡度參數，發現這些物理量可以與分子尺寸、分子極性、分子間作用力與作用模式等直接相關。GIPF模型不僅僅可以給出碰撞過程中能量變化，還可以解釋超級碰撞等複雜化學反應過程。 “兩套軟體”是指研製了DFTB和DiDyn兩套計算軟體。DFTB是一種基於tight-binding的半經驗計算方法，我們編寫了能夠跨平台（Windows & Linux）、跨軟體（與g09, molpro等程式無縫銜接）的DFTB軟體，能夠針對小分子、大分子、團簇、周期性等體系進行能量、最佳化、以及動力學模擬計算；Didyn是可以研究溫度、壓力調控的複雜化學反應的軟體，提供了多種計算方法獲得勢能面數據，可以直接模擬容器中化學反應途徑，觀察原子分子層次的反應細節。 “三種套用”是指將本項目研製的模型和軟體用於實際複雜化學體系的模擬計算研究，包括複雜氣相自由基反應（以CH2O2自由基與含硫化合物反應為主）、水泥水化過程中的複雜化學反應（以矽酸聚合反應為主線）、以及高壓電器中氣體絕緣開關（GIS）中SF6由於放電引發的各種複雜化學反應。 “一種方法”是指發展了一套新的B3LYP方法。做為最常用的一種密度泛函理論方法，B3LYP的計算精度無法保證正確，特別是針對大分子體系和化學反應途徑中的過渡態計算。本項目重新擬合了一套經驗參數用於B3LYP泛函，得到了意料不到的良好效果。 “一項拓展”是指將本項目研究成果推廣套用到生物感測器領域，用於模擬生物感測器中DNA-Aptamer與配體的識別作用機理，並獲得了2013年度的國家自然科學基金委與法國CNRS的合作交流項目，與法國巴黎七大Delamar教授實驗室開展合作研究。
