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基于ReaxFF的产气材料热解及动力学分析 被引量:1
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作者 汪倩 赵婉萌 +1 位作者 曹伟东 尚毅 《电工技术学报》 北大核心 2025年第10期3082-3096,共15页
可再生能源的快速发展对电力系统中直流断路器的开断能力提出了重大挑战,基于产气材料的气吹灭弧技术可以极大地提高直流断路器的开断能力,然而目前并不清楚产气材料的宏观热解规律和微观热解机理。首先基于反应力场分子动力学分析了不... 可再生能源的快速发展对电力系统中直流断路器的开断能力提出了重大挑战,基于产气材料的气吹灭弧技术可以极大地提高直流断路器的开断能力,然而目前并不清楚产气材料的宏观热解规律和微观热解机理。首先基于反应力场分子动力学分析了不同热解温度和不同热解速率下典型产气材料聚酰胺66(PA66)的微观热解机理,发现PA66的初始断键发生在与酰胺基团相邻的C—C键,H_(2)和H_(2)O是PA66的主要热解气体,对其产生过程进行了分析。然后进行了四种不同升温速率下的热解实验,并基于Flynn-Wall-Ozawa等转化率模型获取PA66的活化能均值为194.85 kJ/mol,与分子动力学模拟得到的活化能195.015 kJ/mol较为接近,同时采用热裂解-气谱质谱实验分析了PA66的热解气体分布,在一定程度上验证了热解动力学计算方法的有效性。该研究为产气材料的宏观热解行为和微观热解机理提供了理论解释,同时为直流断路器用产气材料的性能评价提供了一定的方法基础。 展开更多
关键词 聚酰胺66(PA66) 热分解动力学 活化能 产气材料 反应力场(reaxff)
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基于ReaxFF分子动力学的CE与PS共热解协同效应研究
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作者 张艳 曹志强 +1 位作者 解海卫 司国炯 《塑料科技》 北大核心 2025年第6期27-34,共8页
采用ReaxFF分子动力学模拟深入探究纤维素(CE)和聚苯乙烯(PS)的共热解特性,分析两者在共热解过程中的相互作用与协同机制。结果表明,两种物质在热解过程中存在显著差异和协同作用。CE的热解产物主要由液体和气体组成;PS热解生成以苯乙... 采用ReaxFF分子动力学模拟深入探究纤维素(CE)和聚苯乙烯(PS)的共热解特性,分析两者在共热解过程中的相互作用与协同机制。结果表明,两种物质在热解过程中存在显著差异和协同作用。CE的热解产物主要由液体和气体组成;PS热解生成以苯乙烯为主的液体产物,在2000 K时,其液体产物产率达到最大值97%。PS能够促进CE向小分子产物转化,从而提高气体产物产率,特别是含碳原子数为2的分子生成量明显增加。同时,CE也能够促进PS的分解,在1800 K时,效果最显著。在共热解过程中,协同效应对产物具有选择性,对CH_(2)O的生成起到正协同作用,但对CO_(2)的生成起到抑制作用。CE与PS热解产生的自由基与中间体之间的化学反应影响产物的分布,特别是羟基与醛基等官能团促进了分子链的断裂与重组。此外,密度泛函理论计算表明,CE与PS分子间存在静电相互作用。 展开更多
关键词 reaxff 纤维素 聚苯乙烯 共热解 协同作用
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ReaxFF力场开发方法及燃烧分支力场研究
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作者 高泽原 左明辉 +2 位作者 谭荣欣 韩俊凤 战金辉 《冶金与材料》 2025年第1期175-177,共3页
文章对分子动力学模拟的特点和优势进行阐述,综述了ReaxFF力场开发常用方法的一般原理,介绍了目前燃烧体系ReaxFF力场中具有一定代表性的部分力场,着重阐述了这些力场的适用体系,并展望了ReaxFF力场开发的前景,指出目前开发面临的挑战,... 文章对分子动力学模拟的特点和优势进行阐述,综述了ReaxFF力场开发常用方法的一般原理,介绍了目前燃烧体系ReaxFF力场中具有一定代表性的部分力场,着重阐述了这些力场的适用体系,并展望了ReaxFF力场开发的前景,指出目前开发面临的挑战,针对急需解决的不足提出了建议。目前,ReaxFF力场在金属催化剂设计、合金性质预测、材料合成与性质探究、热解机制探究等方面表现突出,应用前景广阔。如何优化ReaxFF力场开发方式,开发出更广泛的ReaxFF力场将成为未来需要解决的问题。 展开更多
关键词 reaxff力场 优化算法 燃烧分支 分子动力学模拟
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基于ReaxFF MD方法模拟汽油中C_(6)模型化合物的氧化裂解特性
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作者 穆佳昕 王俊 +1 位作者 张然 杨鹤 《石油炼制与化工》 北大核心 2025年第8期48-58,共11页
分别选取正己烷、2-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷、环己烷、甲基环戊烷、1-己烯作为汽油中C_(6)组分的模型化合物,采用ReaxFF MD方法模拟了其在温度为3000 K及O_(2)消耗当量比(反应的实际O_(2)消耗量与理论O_(2)消耗量之比)为1.0条件下的... 分别选取正己烷、2-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷、环己烷、甲基环戊烷、1-己烯作为汽油中C_(6)组分的模型化合物,采用ReaxFF MD方法模拟了其在温度为3000 K及O_(2)消耗当量比(反应的实际O_(2)消耗量与理论O_(2)消耗量之比)为1.0条件下的氧化裂解过程,统计了系统中反应物、产物(H_(2)O,CO,CO_(2))、关键自由基和中间体(C_(2)H_(4),C_(3)H_(6),·CH_(3),CH_(2)O)含量随时间的变化情况,并对CH_(2)O和CO进行了敏感性分析,分析了6种C_(6)组分氧化裂解的初步反应路径,以及统一的后续氧化裂解反应路径。模拟结果表明:反应开始时,6种C_(6)组分均同步发生裂解和氧化反应;但在反应200 ps内,6种C_(6)组分均主要发生裂解反应,生成C_(2)H_(4),C_(3)H_(6),·CH_(3)等自由基和中间体;C_(6)组分的分子结构会影响其裂解生成含碳自由基或中间体的浓度峰值,但不同体系中同种自由基或中间体浓度峰值的出现时间相近;截至反应2000 ps时,C_(6)组分中C元素的转化程度略高于H元素。敏感性分析发现:CH_(2)O主要由CH_(3)O·脱·H和CH_(3)O_(2)·脱·OH产生,并通过进一步脱·H生成·CHO而消耗;CO主要通过·CHO脱·H产生,并通过与·OH和HO_(2)·发生氧化反应而消耗。 展开更多
关键词 C_(6)烃类 reaxff MD 分子模拟 氧化裂解 反应机理
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汽油模型燃料的ReaxFF化学反应分子动力学
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作者 王俊 张然 +1 位作者 胡晓明 杨鹤 《石油学报(石油加工)》 北大核心 2025年第6期1559-1568,共10页
采用ReaxFF化学反应分子动力学模拟研究基于汽油特征族系的5种典型模型燃料(正庚烷、异辛烷、甲苯、环己烷和1-己烯)的氧化特性,在燃料和氧气的消耗、重要烃类中间体的生成及路径、重要含氧中间体的生成及敏感性和氧化产物生成4个方面对... 采用ReaxFF化学反应分子动力学模拟研究基于汽油特征族系的5种典型模型燃料(正庚烷、异辛烷、甲苯、环己烷和1-己烯)的氧化特性,在燃料和氧气的消耗、重要烃类中间体的生成及路径、重要含氧中间体的生成及敏感性和氧化产物生成4个方面对5种模型燃料的化学动力学进行了对比。结果表明:5种模型燃料的裂解和氧化同时进行,裂解一般优先于氧化,总体而言甲苯和环己烷的燃料消耗速率更慢;反应进行过程中会生成一些重要的烃类中间体和含氧中间体,在烃类中间体中,环己烷和正庚烷生成的C_(2)H_(4)最多,C_(2)H_(4)来源于烷基自由基的β-裂解,异辛烷生成的·CH_(3)和C_(3)H_(6)最多,C_(3)H_(6)来源于异丙基自由基的β-裂解;在含氧中间体中,正庚烷和1-己烯生成的HO、HO_(2)和CH_(2)O_(3)种重要含氧中间体浓度最高,氧化速率最快,甲苯和环己烷最低,氧化速率最慢;HO的敏感性分析可知,H+O_(2)→HO+O反应决定氧化反应的速率和效率,其在HO生成反应中占比越多,氧化反应进行得越快;产物的生成方面,正庚烷、异辛烷和1-己烯的氧化反应更完全,而甲苯和环己烷有更不完全氧化的倾向。研究结果从分子层面揭示不同族系汽油特征组分的氧化反应特性,完善汽油模型燃料的燃烧机理,为汽油实现高效燃烧、进一步节能减排提供理论依据。 展开更多
关键词 reaxff 汽油 模型燃料 化学反应分子动力学 氧化裂解 燃烧 机理
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LLM-105的ReaxFF参数优化与分子动力学模拟
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作者 宋亮 张泳 +5 位作者 叶婧 陈博聪 侯方超 苏浩龙 蒋俊 周素芹 《火炸药学报》 北大核心 2025年第2期138-149,I0006,共13页
针对ReaxFF初始力场描述2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧化物(LLM-105)的不足,采用了一种基于梯度下降算法JAX-ReaxFF框架策略,对ReaxFF反应力场进行了重新参数化,特别关注不同键和键角的势能面解离变化;在模拟不同温度和分解速率的反应过程... 针对ReaxFF初始力场描述2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧化物(LLM-105)的不足,采用了一种基于梯度下降算法JAX-ReaxFF框架策略,对ReaxFF反应力场进行了重新参数化,特别关注不同键和键角的势能面解离变化;在模拟不同温度和分解速率的反应过程中,深入分析了LLM-105的反应机制。结果表明,当温度为1500 K时,分子反应主要聚焦于聚合和脱氢反应;随着温度的逐渐升高,LLM-105的反应模式呈现出了新的变化,当温度不小于2000 K时,除了原有的聚合和脱氢反应外,还观察到了C-NO_(2)键和C-NH_(2)键的断裂现象;值得注意的是,C-NO_(2)键的断裂成为触发这一系列反应的关键因素;随着分子中的C-NO_(2)和C-NH_(2)键开始发生均裂反应,促进了中间产物HON_(2)、NO_(2)和NH_(3)的形成,并经历一系列复杂的相互反应,最终生成了N_(2)、H_(2)O和CO_(2)等稳定产物,表明该力场能够有效模拟在不同温度和加热速率下的化学反应变化。 展开更多
关键词 量子化学 LLM-105 梯度下降算法 分解机制 分子动力学模拟 reaxff力场
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Effect of Demineralization on Pyrolysis Reactivity of Zhundong Coal by Reactive Force Field Molecular Dynamics(ReaxFF MD)Simulation
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作者 Qian Lin Tao Chao +2 位作者 Zhao Nanjin Kuang Panyang Guo Feiqiang 《燃烧科学与技术》 北大核心 2025年第4期353-366,共14页
It is important to understand the effects of demineralization on the reactivity of coal pyrolysis for demineralization coal in OCCSS systems.The molecular dynamics of the pyrolysis of ZD-R and ZD-D was investigated us... It is important to understand the effects of demineralization on the reactivity of coal pyrolysis for demineralization coal in OCCSS systems.The molecular dynamics of the pyrolysis of ZD-R and ZD-D was investigated using the ReaxFF MD method.It is indicated that the pyrolysis reactivity of ZD-D is enhanced.Acid demineralization treatment helps to enhance the cross-linking reaction of light tar C5-14 molecules in the main pyrolysis stage,generating light tar fragments with higher molecular mass.In the polycondensation pyrolysis stage,the acid demineralization treatment promotes the polycondensation reaction at high temperatures.The generation of H2 in ZD-R pyrolysis is primarily attributed to the N-H bond breaking in pyrrole at low temperatures.At high temperatures,it is predominantly associated with the hydrogen abstraction reaction between carboxyl functional groups and the dehydrogenation reaction of hydrogen bond breaking in the aliphatic hydrocarbon structures.H2O is primarily attributed to the reaction of the hydroxyl group on the carboxyl group.CO_(2) is always related to the carboxyl group.CO is mainly related to the reduction reaction of carbonyl group,carboxyl group,and CO_(2).During the initial pyrolysis stage of ZD-D after acid demineralization treatment,the hydrogen abstraction reaction of the carboxyl functional group and the generation of CO molecules by the methoxy group are enhanced.The generation of H2 by the aliphatic structure is enhanced in the main pyrolysis stage.The ring-opening reaction of the phenoxy group to generate CO in the polycondensation pyrolysis stage is also facilitated. 展开更多
关键词 coal pyrolysis demineralization coal reaction mechanism reaxff MD
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Evolution and generation mechanism of retained oil in lacustrine shales:A combined ReaxFF-MD and pyrolysis simulation perspective
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作者 Biao Sun Xiao-Ping Liu +3 位作者 Jie Liu Tian Liu Zu-Xian Hua Wen-Di Peng 《Petroleum Science》 2025年第1期29-41,共13页
To accurately investigate the evolution characteristics and generation mechanism of retained oil,the study analyzed organic-rich lacustrine shale samples from the Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag,Bohai Bay... To accurately investigate the evolution characteristics and generation mechanism of retained oil,the study analyzed organic-rich lacustrine shale samples from the Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag,Bohai Bay Basin.This analysis involves Rock-Eval pyrolysis,pyrolysis simulation experiments,Gas Chromatograph Mass Spectrometer(GC-MS),and reactive molecular dynamics simulations(ReaxFF).The results revealed the retained oil primarily consisted of n-alkanes with carbon numbers ranging from C14 to C36.The generation of retained oil occurred through three stages.A slow growth stage of production rate was observed before reaching the peak of oil production in Stage Ⅰ.Stage Ⅱ involved a rapid increase in oil retention,with C12-C17 and C24-C32 serving as the primary components,increasing continuously during the pyrolysis process.The generation process involved the cleavage of weak bonds,including bridging bonds(hydroxyl,oxy,peroxy,imino,amino,and nitro),ether bonds,and acid amides in the first stage(Ro=0.50%-0.75%).The carbon chains in aromatic ring structures with heteroatomic functional groups breaks in the second stage(R_(o)=0.75%-1.20%).In the third stage(R_(o)=1.20%-2.50%),the ring structures underwent ring-opening reactions to synthesize iso-short-chain olefins and radicals,while further breakdown of aliphatic chains occurred.By coupling pyrolysis simu-lation experiments and molecular simulation technology,the evolution characteristics and bond breaking mechanism of retained oil in three stages were revealed,providing a reference for the for-mation and evolution mechanism of retained oil. 展开更多
关键词 Lacustrine shale Retained oiliness evolution Pyrolysis simulation experiments reaxff molecular dynamics Hydrocarbon generation evolution
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Mechanisms and interactions in the reduction of Fe_(2)O_(3) by H_(2)/CO mixed gas:Atomic insights from ReaxFF molecular dynamics simulations and experiments
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作者 Qiang Cheng Alberto NConejo +3 位作者 Jianliang Zhang Daniel Sopu Yaozu Wang Zhengjian Liu 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 2025年第6期1372-1382,共11页
The experiment explored the Fe_(2)O_(3) reduction process with H_(2)/CO mixed gas and confirmed a promoting effect from CO when its volume proportion in mixed gas is 20% at 850℃.The ReaxFF molecular dynamics(MD)simul... The experiment explored the Fe_(2)O_(3) reduction process with H_(2)/CO mixed gas and confirmed a promoting effect from CO when its volume proportion in mixed gas is 20% at 850℃.The ReaxFF molecular dynamics(MD)simulation method was used to observe the reduction process and provide an atomic-level explanation.The accuracy of the parameters used in the simulation was verified by the density functional theory(DFT)calculation.The simulation shows that the initial reduction rate of H_(2) is much faster than that of CO(from 800 to 950℃).As the reduction proceeds,cementite,obtained after CO participates in the reduction at 850℃,will appear on the iron surface.Due to the active properties of C atoms in cementite,they are easy to further react with the O atoms in Fe_(2)O_(3).The generation of internal CO may destroy the dense structure of the surface layer,thereby affecting the overall reduction swelling of Fe_(2)O_(3).However,excess CO is detrimental to the reaction rate,mainly because of the poor thermodynamic conditions of CO in the temperature range and the molecular diffusion capacity is not as good as that of H_(2).Furthermore,the surface structures obtained after H_(2) and CO reduction have been compared,and it was found that the structure obtained by CO reduction has a larger surface area,thus promoting the sub sequent reaction of H_(2). 展开更多
关键词 hydrogen reduction hydrogen/carbon monoxide mixture reaxff molecular dynamics simulations reduction swelling atomic mechanisms
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ReaxFF-MD揭示木质素热解反应机制的分子动力学研究
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作者 徐芳 张锐 +1 位作者 崔达 王擎 《化工学报》 北大核心 2025年第3期1253-1263,共11页
通过ReaxFF-MD反应分子动力学模拟,深入探讨了木质素热解产物的演化规律及氧元素的迁移机制,重点分析了木质素的热解反应机理。结果表明,2000 K是木质素热解不同反应机制的转折点,低温度条件下一次分解反应起主要作用,主要涉及大分子网... 通过ReaxFF-MD反应分子动力学模拟,深入探讨了木质素热解产物的演化规律及氧元素的迁移机制,重点分析了木质素的热解反应机理。结果表明,2000 K是木质素热解不同反应机制的转折点,低温度条件下一次分解反应起主要作用,主要涉及大分子网络结构的分解及弱桥键的断裂。并且温度的升高有助于氧元素向生物油和热解气迁移。高温度条件下木质素热解过程既存在一次分解反应也包含热解产物的二次反应。反应温度越高,一次反应的时间越短。二次反应过程中绝大部分生物油通过重组或缩聚转化为焦炭,仅有小部分生物油分解生成热解气。高温条件下,氧元素主要存在于热解气中,H_(2)O、CO_(2)、CH_(2)O等含氧气体的产生与木质素结构中含有丰富的羟基、羧基、羰基官能团有关。 展开更多
关键词 木质素 热解 反应分子动力学 热解机理
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ReaxFF MD方法用于塑料垃圾氧化热解反应机理研究
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作者 詹洪新 赵欣悦 +3 位作者 孙浩云 胡中发 薛渊 王学斌 《节能技术》 2025年第4期297-304,311,共9页
塑料热解转化制备富碳氢燃料是解决塑料垃圾环境污染及循环利用的有效路径。然而,传统塑料热解技术面临高温、耗时及解聚不完全等难题。鉴于氧化热解在生物质热解领域的成功应用,本研究旨在探索氧化条件下塑料的热解特性及机理。采用反... 塑料热解转化制备富碳氢燃料是解决塑料垃圾环境污染及循环利用的有效路径。然而,传统塑料热解技术面临高温、耗时及解聚不完全等难题。鉴于氧化热解在生物质热解领域的成功应用,本研究旨在探索氧化条件下塑料的热解特性及机理。采用反应分子动力学方法对比不同聚烯烃塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)氧化热解反应差异,进一步研究了不同氧气计量比下聚乙烯的热解特性,揭示氧气作用下聚乙烯链断裂的反应机理。结果表明:引入氧气显著促进了聚乙烯裂解,而对聚丙烯和聚苯乙烯热解的强化作用较为有限。相较于高氧计量比,低计量比的氧气对聚乙烯解聚的促进作用更大,且该促进作用在低温条件下更加明显。动力学分析显示:聚乙烯中C-C键断裂的活化能氧气计量比为0、5%、10%时分别为67.82 kJ/mol、63.43 kJ/mol、79.51 kJ/mol。反应机理研究表明:氧气分子与PE长链的碰撞能够强化自由基生成,链引发阶段产生的氧负离子和羟基自由基可进一步强化链增殖过程,进而对聚乙烯热解起到较强的促进作用。本研究不仅揭示了氧气对聚烯烃塑料热解的促进作用,还明确了低计量比氧气在优化热解过程中的关键作用。 展开更多
关键词 塑料热解 聚烯烃塑料 氧化热解 反应分子动力学 反应机理
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基于ReaxFF MD模拟的生物质三组分共热解气相产物析出特性研究 被引量:1
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作者 徐思佳 胡雨燕 +1 位作者 胡维杰 张鹏飞 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期13-26,共14页
生物质能的有效利用是实现“双碳”战略目标的重要途径。近年来,生物热解技术是研究热点之一,从分子尺度上理解热解过程和产物析出特性具有重要意义。基于反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟结合热重(TG)分析和微型热解实验,研究了生物质三... 生物质能的有效利用是实现“双碳”战略目标的重要途径。近年来,生物热解技术是研究热点之一,从分子尺度上理解热解过程和产物析出特性具有重要意义。基于反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟结合热重(TG)分析和微型热解实验,研究了生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的共热解行为和气相产物析出特性。结果表明:ReaxFF MD模拟得到的三组分单独热解及共热解过程的热失重特性与TG实验结果基本吻合;基于一级反应动力学模型,共热解的活化能实际值比线性叠加的理论值降低约14.67%,表明共热解对化学键的断裂具有正向协同效应;在三组分共热解过程中,低温下析出气体主要为水蒸气(H_(2)O)、二氧化碳(CO_(2))、甲酸乙酯(C_(3)H_(6)O_(2))和呋喃(C_(4)H_(4)O),来自纤维素和半纤维素的热解,而在高温下,主要析出气体变为甲烷(CH_(4))、一氧化碳(CO)和氢气(H_(2)),源自木质素热解;纤维素和半纤维素单独热解时,无机气体按产率由大到小排序为:H_(2)O,CO_(2),CO,H_(2),对于木质素热解,无机气体按产率排序则变为:H_(2)O,CO,CO_(2),H_(2),三组分共热解时无机气体产率排序与纤维素和半纤维素热解时无机气体产率排序一致;纤维素和半纤维素可分别促进木质素热解产生CH_(4),三组分共热解则促进乙酸(C_(2)H_(4)O_(2))裂解和甲醛(CH_(2)O)生成。 展开更多
关键词 reaxff 生物质 共热解 协同效应 动力学
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Fe_(3)O_(4)膜层海洋腐蚀行为及机理的ReaxFF-MD研究 被引量:1
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作者 陈祥锐 陈杨 +1 位作者 王冰 古斌 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第11期18-27,共10页
为了更深入和全面地探究钢材在海洋环境中发生腐蚀行为的内在机制,采用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法研究了钢钝化膜成分Fe_(3)O_(4)在不同NaCl含量、温度和应变条件下的海洋腐蚀行为,通过表征表面腐蚀形貌、测试质量损失曲线、数... 为了更深入和全面地探究钢材在海洋环境中发生腐蚀行为的内在机制,采用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法研究了钢钝化膜成分Fe_(3)O_(4)在不同NaCl含量、温度和应变条件下的海洋腐蚀行为,通过表征表面腐蚀形貌、测试质量损失曲线、数密度曲线、径向分布函数(RDF)曲线、模拟反应界面处的原子结构演化,分析了不同条件下Fe_(3)O_(4)海洋腐蚀行为的过程和差异,从原子尺度揭示了Fe_(3)O_(4)海洋腐蚀和不同因素影响的机理。结果表明:Fe_(3)O_(4)的海洋腐蚀经历3个阶段:海洋环境中水分子在Fe_(3)O_(4)基体表面的吸附阶段、基体快速腐蚀阶段和腐蚀饱和阶段。在腐蚀过程中,海洋环境中NaCl含量的升高会促进水分子在基体表面的吸附,增强基体原子与水分子间的相互作用;温度的升高会引起膨胀变形和分子运动的增强,降低基体原子发生断键行为的难度;外加应变则导致Fe_(3)O_(4)基体内部的原子键键长增加和原子配位数减少,从而加剧腐蚀进程。此外,当外加载荷作用时,基体中的应变随着腐蚀的进展而增大,并在高应变加载情况下产生缺陷集中区域。 展开更多
关键词 钢钝化膜 Fe_(3)O_(4) 海洋腐蚀 reaxff-MD模拟 海洋应力腐蚀
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基于ReaxFF力场的纤维素水热过程机理
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作者 梁宁 张守玉 +5 位作者 刘思梦 黄健添 吕邦勇 杨楚轲 胡南 吴玉新 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4736-4748,共13页
使用MaterialsStudio软件建立并优化纤维素-水模型体系,利用LAMMPS软件对其进行水热过程的分子动力学模拟,研究水热体系内纤维素水热产物的演变规律及其水热反应机理。结果表明:温度是影响纤维素水热产物分布的重要因素。随着水热温度... 使用MaterialsStudio软件建立并优化纤维素-水模型体系,利用LAMMPS软件对其进行水热过程的分子动力学模拟,研究水热体系内纤维素水热产物的演变规律及其水热反应机理。结果表明:温度是影响纤维素水热产物分布的重要因素。随着水热温度的升高,纤维素分解加剧,体系内水热固相产物相对含量急剧下降,固相产物的芳香性和热值增高,亲水性降低;重质焦油、轻质焦油的相对含量均先增加后降低,焦油二次裂解为小分子反应加剧;随着水热温度的升高,体系内CO_(2)和H_(2)生成量均持续升高,甲酸生成量呈先升高后降低的趋势,甲醛生成量差异较小。模拟结果亦表明H_(2)O分子主要以水合氢离子(H_(3)O^(+))的形式参与纤维素水热反应,随着水热温度的升高,体系中水分子的电离反应与纤维素的脱水反应均增强。纤维素水热机理分析表明水热过程中纤维素的解聚包括分解为葡萄糖和脱水为左旋葡聚糖两条路径,而葡萄糖单体重排异构过程中会经历烯二醇3种过渡态结构,不同的结构通过脱水、逆羟醛缩合等反应分别生成呋喃类和醇醛类等主要中间产物。对纤维素水热反应机理的分析可为生物质水热转化提供理论指导。 展开更多
关键词 生物质 水热处理 纤维素 reaxff反应力场 反应路径
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ReaxFF MD方法揭示的JP-10热解吸热与氧化放热机理
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作者 刘晗 肖媛媛 +2 位作者 郑默 任春醒 李晓霞 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第5期53-64,共12页
认识裂解吸热和氧化放热反应机理对发展高超声速飞行器所需要的吸热型碳氢燃料极为重要。通过基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟(ReaxFF MD),揭示了JP-10热裂解吸热与氧化放热的微观反应机理。升温模拟结果表明,JP-10氧化体系总反应... 认识裂解吸热和氧化放热反应机理对发展高超声速飞行器所需要的吸热型碳氢燃料极为重要。通过基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟(ReaxFF MD),揭示了JP-10热裂解吸热与氧化放热的微观反应机理。升温模拟结果表明,JP-10氧化体系总反应热效应由吸热转变为放热的转折点在2600 K附近,吸热阶段开环反应的吸热量约占总吸热量的64%。在JP-10氧化阶段,H自由基和O_(2)反应生成HO_(2),进而生成HO自由基以及含氧自由基生成H_(2)O的反应会大量释热,约占总放热量的54%。结果表明:基于ReaxFF MD模拟、通过反应热分析识别重要反应是一种有潜力认识燃料分子结构对燃料裂解吸热能力及裂解产物组成对燃料氧化释热能力影响规律的新途径。 展开更多
关键词 吸热型碳氢燃料 分子动力学模拟 reaxff JP-10 吸热反应机理 氧化反应机理
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基于ReaxFF-MD与TG-IR探究充油电缆中烷基苯绝缘油热解机理
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作者 刘志峰 杨伟琪 +2 位作者 廖建平 朱志平 汪红梅 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期151-160,共10页
海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解... 海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明:十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子,后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子,DDB最终会热解为侧链为·C_(2)H_(5)、·CH_(3)和·C_(3)H_(7)基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C_(2)H_(4)、H_(2)、CH_(4),与IR实验结果相同,特征气体生成的主要反应机理分别为:β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应;·H自由基攻击其他自由基上的H原子;甲基自由基(·CH_(3))与游离的氢(·H)自由基反应。动力学结果表明TG实验与Reax FF-MD的活化能分别为86.606 k J/mol以及99.867 k J/mol,相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。 展开更多
关键词 十二烷基苯 热解 产气 reaxff-MD TG-IR 反应机理
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含Cl反应力场ReaxFF的评估
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作者 肖卓君 肖斌 +6 位作者 何祺 王晴晴 刘馥 刘艳洁 王宁 李伟 刘轶 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期81-90,共10页
为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与... 为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与量子力学计算结果发现,现有的含Cl有机反应力场在计算HCl以及部分含H、Cl元素的小分子能量时表现较好,但无法合理描述含高价Cl小分子以及含N、O元素小分子的化学键形成和断裂行为。根据力场分子动力学模拟结果的物种分析,现有的反应力场模拟获得了H_(2)O、O_(2)、NH_(3)、HCl等产物小分子,但未能复现ClO_(2)、HClO 4等高价Cl产物以及NO_(2)、N_(2)O的生成,与实验观测有显著差距。 展开更多
关键词 量子力学 含Cl反应力场reaxff 反应分子动力学 高氯酸铵 AP 固体推进剂
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基于ReaxFF反应力场的膨胀阻燃体系热解反应机制研究
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作者 张翼 黄雅婷 +2 位作者 魏永宝 汤维 钱立军 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期66-72,共7页
采用ReaxFF反应分子动力学模拟添加不同膨胀阻燃体系的聚丙烯(PP)的热解过程,从分子水平探究嵌段共聚物(PAPO⁃MP)与共混(PAPP/MPP)2种状态下阻燃体系的热解反应机制。结果表明,模拟热重曲线与实验结果误差低于2.1%;加入膨胀阻燃体系后,... 采用ReaxFF反应分子动力学模拟添加不同膨胀阻燃体系的聚丙烯(PP)的热解过程,从分子水平探究嵌段共聚物(PAPO⁃MP)与共混(PAPP/MPP)2种状态下阻燃体系的热解反应机制。结果表明,模拟热重曲线与实验结果误差低于2.1%;加入膨胀阻燃体系后,反应活化能从200.16 kJ/mol分别降至154.64 kJ/mol(PAPO⁃MP)和159.14 kJ/mol(PAPP/MPP),说明阻燃剂优先反应从而保护基材;气体小分子数量分别减少10%(PAPO⁃MP)和17.5%(PAPP/MPP),P—O—P结构可以促进大分子团聚物生成,从而降低有毒有害气体生成及提高残炭质量;添加PAPO⁃MP比添加PAPP/MPP的体系势能平均降低11.6×10^(3)kcal/mol,因此添加嵌段共聚物材料稳定性更优。 展开更多
关键词 reaxff反应分子动力学 聚丙烯 膨胀阻燃体系 阻燃机理
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基于ReaxFF的不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律研究
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作者 王银辉 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期80-89,共10页
为了探究不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律,采用X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振谱(^(13)C NMR)实验方法,对不黏煤进行表征分析,构建了分子式为C_(208)H_(199)O_(23)N_(3)S的不黏煤分子模型。在不同O_(2)分子数与温度条件... 为了探究不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律,采用X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振谱(^(13)C NMR)实验方法,对不黏煤进行表征分析,构建了分子式为C_(208)H_(199)O_(23)N_(3)S的不黏煤分子模型。在不同O_(2)分子数与温度条件下,应用反应分子动力学(ReaxFF MD)方法进行不黏煤的燃烧分子动力学模拟,探究其燃烧过程中自由基与主要产物的生成与消耗规律。研究结果表明:消耗OH自由基主要反应的总次数为1906次,消耗H自由基与O自由基的总次数分别为3733、2033次,提高温度和O_(2)分子数使得相对稳定的OH自由基产量峰值增幅更大,H自由基与O自由基的产量峰值增幅相对较小;消耗CO_(2)主要反应的总次数为1781次,低于消耗CO与H_(2)O主要反应总次数,提高温度和O_(2)分子数使得相对稳定的CO_(2)产量峰值增幅更大。提高O_(2)分子数对H_(2)O的产量峰值影响呈现先促进再抑制的趋势;H自由基、O自由基及OH自由基主要由小分子化合物或其他自由基发生分解反应生成。自由基聚合或小分子化合物分解反应是CO、CO_(2)及H_(2)O生成的主要路径。 展开更多
关键词 煤分子模型 reaxff MD 燃烧势能 自由基 煤燃烧产物
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