基本信息
- 项目名称：
- 分子动力学方法探究[Hmpy+] [Tf2N-]的溶解特性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用分子动力学方法模拟CO2在离子液体[hmpy][tf2n]中的高压动力学特性，使用gromacs模拟软件。
- 详细介绍：
- 在室温(300K) 和1 大气压下用分子动力学仿真来研究[hmpy+] [Tf2N-]离子液体的微观特性。径向分布函数和不同粒子间的三维分布函数可以展示结构性质，而不同离子的均方位移可以说明系统的液态性质，也被详细研究。我们的结果与一些实验数据非常符合。离子液体是很有前景的捕捉和分离大气污染物的工具，这项工作是对离子液体处理能力的基础性理论学习。 当CO2 溶解在离子液体中，它的偏摩尔体积的观测 值比在其他大部分溶剂中都小得多。.本文中我们从原子细节上探索，并且解释不同压强下CO2 溶解在[Hmpy+][Tf2N-]。我们也观察了CO2 与离子液体边界处的结构与动力学。我们发现在各种压强下， [Hmpy+][Tf2N-]离子液体结构都是同样的。但是当压强接近并且超过150bar 时，CO2 的性质发生 很大改变，尤其是在界面处，可能是发生了相变。 CO2 主要分布在 C7 和 N1 原子周围, 与[Tf2N-]阴离子的分布互补。离子液体的性质变化很小，但是在高压下可能处于玻璃态。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1 科学目标：运用计算机模拟技术，对大气污染物在不同类型离子液体中的溶度的微观机制进行研究，从分子水平上揭示离子液体的结构性能之间的内在联系，给出典型离子液体的结构组成与其污染物溶解性能之间的定量关系。 2人才培养：通过本项目的实施，训练学生使用计算机模拟方法建立物理模型研究与生活密切相关的化学物理问题。在实际科研工作中培养学生检索文献、自主学习、设计程序、撰写论文、分工合作等方面的的能力。
科学性、先进性及独特之处
- 我们所设想的是在一个高温高压的周期性环境中通过分子动力学模拟污染气体在离子液体附近的结构和分布特征。运用分子动力学的计算模拟方法，从理论上设计[Hmpy][Tf2N]和其他不同的离子液体，研究它们对不同的大气污染物（如CO2等）的溶解特性。通过溶解过程的动力学结构分析和物理化学性质分析，总结离子溶剂对不同污染物的溶解特性的基本规律。期望为实验开展提供理论依据，并解释一些相关的实验现象。
应用价值和现实意义
- 离子液体具有可设计性强、低挥发性、良好的溶解能力、较佳的萃取分离效果及可循环利用等优点，人们希望能够使用离子液体代替传统的化学溶剂进行化工生产。目前，离子液体应用于环境污染物的分离分析方面研究还处于起步阶段，是研究的热点。由于离子液体的，离子溶液的种类比较繁多，其化学和物理特性也各有区别。这样在针对不同污染物的处理过程中需要进行大量的实验，成本较高。
学术论文摘要
- 当 CO2 溶解在离子液体中，它的偏摩尔体积的观测值比在其他大部分溶剂中都小得多。.本文中我们从原子细节上探索，并且解释不同压强下CO2 溶解在[Hmpy+][Tf2N-]。我们也观察了CO2 与离子液体边界处的结构与动力学。我们发现在各种压强下， [Hmpy+][Tf2N-]离子液体结构都是同样的。但是当压强接近并且超过150bar 时，CO2 的性质发生很大改变，尤其是在界面处，可能是发生了相变。CO2 主要分布在C7 和N1 原子周围, 与[Tf2N-]阴离子的分布互补。离子液体的性质变化很小，但是在高压下可能处于玻璃态。
获奖情况
- The micro-properties of [hmpy+] [Tf2N-] ionic liquid: a simulation study," VOL 1 - ADVANCES ON SPACE WEATHER,METEOROLOGY AND APPLIED PHYSICS : 339-343 2010 PROCEEDINGS OF THE 2010 INTERNATIONAL CONFERENCE ON APPLICATION OF MATHEMATICS AND PHYSICS CPCI " The structure and dynamics of CO2 dissolved in [Hmpy+][Tf2N-]: a simulation study in different Pressures" SCI (To Appear on Molecular Physics) 省物理科学与实验竞赛一等奖
鉴定结果
- 暂无
参考文献
- [1] Jairton Dupont, Roberto F. de Souza, and Paulo A. Z. Suarez., Ionic Liquid (Molten Salt) Phase Organometallic Catalysis., Chem. Rev. 2002, 102, 3667-3692 [2] Jonathan G. Huddleston, Ann E. Visser, W. Matthew Reichert, Heather D. Willauer,Grant A. Broker and Robin D. Rogers, Characterization and comparison of hydrophilic and hydrophobic room temperature ionic liquids incorporating the imidazolium cation., Green Chemistry, 2001, 3, 156-164 [3] Frank Endres and Sherif Zein El Abedin., Air and water stable ionic liquids in physical chemistry., Phys. Chem. Chem. Phys., 2006, 8, 2101-2116 [4] Christopher Hardacre, John D. Holbrey, Mark Nieuwenhuyzen and Tristan G. A. Youngs, Structure and Solvation in Ionic Liquids., Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1146–1155 [5] Carlos Pinilla, Mario G. Del Po ´polo, Ruth M. Lynden-Bell and Jorge Kohanoff, Structure and Dynamics of a Confined Ionic Liquid. Topics of Relevance to Dye-Sensitized Solar Cells. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17922-17927
同类课题研究水平概述
- 室温离子液体是一种在液体状态的盐。在某些情况下,室温离子液体可以指在盐的熔点以下一些任意的温度。离子液体具有许多优点：1 其极低的蒸汽压力，使他们具有环境友好性和不易挥发的特点因而不会造成很大的污染，2 不易燃烧的特点，优良的热稳定性和宽泛的液相区。3 对于很多的极性和非极性液体有着良好的溶解性。与水或有机溶剂的 溶解性随离子液体阳离子侧链的长短，阴离子的不同而变化。离子液体可以作为官能酸，碱或配体，并已在制备沥青时候作为前驱盐。离子的溶解性和液相选择长度使得它适合各种各样的萃取并已被广泛地研究和应用。 从Waseem 的文章来看，随着压强的增大，[hmim][Tf2N]和[hmpy][Tf2n]中CO2 的溶解度非常小。亨利常数分别是31.6 ± 0.2 bar 和32.8 ± 0.2 bar at 在25 摄氏度。 从Anderson 的文章来看，纯净的气体在咪唑类和吡啶基类离子液体的溶解度已经被测出。气体的溶解度与压强成正比，与温度成反比。 从Xuhui Huang 和其小组的试验中我们受到启发，是否在高压下[hmpy][Tf2N]与CO2 的体系会发生什么变化，从分子动力学的角度，我们研究了在room temperature 下从常态到超临界态下CO2/[hmpy][Tf2N]的两相体系是否会发生变化，从结构与动力学角度给出了解释。 目前关于[hmpy][tf2n]这种例子液体相关的文献仅有3篇 ，包括我们的在内。除了我们的文章其余都是描述其实验性质的，并没有从微观进行分析
