《离子液体与纳米材料界面的计算机模拟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离子液体与纳米材料界面的计算机模拟（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南开大学 硕士研究生毕业( 学位) 论文 离子液体与纳米材料界面 的计算机模拟 培养院系： 一级学科： 二级学科： 论文作者： 指导教师： 化学学院 材料科学与工程 材料物理与化学 刘磊 言天英副教授 南开大学化学学院 2 0 0 8 年5 月 Y 掣I f l l l l 7 9 l f lI I I I 7 I I l 8 I1 9 I I P I 攀 授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索
2、以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：嚏沥 Z 固年s 只玛日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 厍芝 学位论文作者签名： 纠磊 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) ：秘密l O 年( 最长1 0 年，可少于l O 年) ：机密- k 2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年) k ，。 。一? i | 声明
3、 指导下，进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 晶面的交 子，阴离 呈现一种 阴离子， 原子所吸 引，且离子平面基本与( 1 1 0 ) 晶面垂直，这层阴离子外侧紧邻的是一层咪唑阳 离子，它们的咪唑环的法线都倾向于与 I i 0 晶向垂直。希望离子液体与金红石 界面的这一分层结构的发现能够对今后的离子液体与固体的界面研究提供一些 理论指导。 关
4、键词：离子液体纳米材料分子动力学模拟界面 T h ei n t e r f a c eb e t w e e nI o n i cL i q u i d ( I L ) ，1 - b u t y l - 3 一m e t h y l - i m i d a z o l i u mn i t r a t e B m i m l N 0 3 ，a n dt i t a n i u md i o x i d e ( T i 0 2 ) f u t i l e ( 11 0 ) i ss t u d i e d b yc l a s s i c a l m o l e c u l a rd y n a
5、 m i c ss i m u l a t i o n T h es i m u l a t i o ns h o w st h a t t h eN 0 3 a n i o n s s e g r e g a t eo nt h es u r f a c ea n do r g a n i z et h e m s e l v e si n t oah i g h l yo r d e r e dm a n n e r T h e B m i m 十c a t i o n sa r ef o u n dt oo c c u p yt h er e g i o nn e x tt ot h e
6、a b s o r b e dN 0 3 l a y e r ， a n dt h ei m i d a z o l i u m ( i m ) r i n go ft h ec a t i o nh a sal a r g et e n d e n c yt os l a n tw i t ht h ei m r i n gn o r m a ln e a r l yp e r p e n d i c u l a rt ot h em t i l e ( 11 0 ) s u r f a c en o r m a l T h ei n t e r f a c i a l s t r u c
7、t u r ef o u n di nt h ec u r r e n ts t u d ym a yp r o v i d en e wi n s i g h ti nu n d e r s t a n d i n gt h e d o u b l el a y e rs t r u c t u r ea tI L s o l i di n t e r f a c e K e yW o r d s ：m o l e c u l a rd y n a m i c ss i m u l a t i o n i o n i cl i q u i dt i t a n i u md i o x i
8、d e I I 开录 目录 第一章文献综述1 第一节离子液体1 1 1 1 离子液体的组成及性质1 1 1 2 离子液体的应用5 第二节纳米材料6 2 1 1 纳米材料的特性7 2 2 2 纳米二氧化钛8 第三节计算机模拟1O 第四节本文的研究内容及意义l2 第二章分子动力学模拟14 第一节分子动力学模拟简介14 第二节分子动力学模拟原理1 5 2 2 1 基本原理1 5 2 2 2 数值积分算法1 7 2 2 - 3 积分步长18 2 2 4 势能函数1 9 2 2 5 初始条件和边界条件2 0 2 2 6 温度控制方法2 2 2 2 7 截断半径2 5 2 2 8 小结2 6 第三章模拟模
9、型与方法2 7 第一节模拟模型2 7 3 1 1 金红石模型的构建2 7 I I I 2 8 2 9 第二节力场参数3 0 3 2 1 键伸缩能3l 3 2 2 键角弯曲能31 3 2 3 二面角扭转能3 2 3 2 3 范德华相互作用能3 2 3 2 4 静电相互作用能。3 4 第三节模拟方法3 5 第四章模拟结果与讨论3 7 第五章结论4 3 参考文献4 5 致谢5 0 附录5 1 在学期间发表的学术论文与研究成果5 2 I V 第一节离子液体 离子液体( I o n i cL i q u i d s ) 是指在室温或室温附近呈现液态的、完全由阴阳离 子所组成的离子化合物，也称为室温熔盐(
10、 M o l t e nS a l t s ) t l ，引。在这种液体中只有 阴、阳离子，没有中性分子。我们通常所说的离子化合物在室温下一般都是固 体，强大的离子键使阴、阳离子在晶格上只能作振动，不能转动或平动。阴阳 离子之间的作用( H P 离子键) 较强，一般具有较高的熔点、沸点和硬度。如N a C I ， 阴阳离子半径相似，在晶体中做最有效的紧密堆积，每个离子只能在晶格点阵 中做振动，熔点为8 0 4 ，因此，通常离子化合物液态应该只有在高温下存在。 然而，如果把阴、阳离子做得很大且又极不对称，由于空间阻碍，即使强大的 静电力也无法使阴、阳离子在微观上做密堆积，在室温下，阴、阳离子不仅
11、可 以振动，甚至可以转动、平动，使整个有序的晶体结构遭到彻底破坏，离子之 间作用力减小，晶格能随之降低，熔点也将下降，室温下呈液态，即成为室温 下的液态电解质，这样的液态电解质就是离子液体。 1 1 1 离子液体的组成及性质 离子液体的产生可追溯到年1 9 1 4 年，W a l d e n 等人将乙胺与浓硝酸混合时， 发现所形成的盐一硝酸乙基胺( 【E t N H 3 I N 0 3 】) 在室温下为液体，这就是第一个 离子液体，其熔点为1 2 “ C 3 1 。但由于这种物质在空气中不稳定，极易发生爆炸， 所以这一发现在当时并没有受到重视。直到1 9 7 6 年，美国C o l o r a
12、 d o 州立大学 的R o b e r tO s t e r y o u n g 存利用A I C l 3 I N E t P y C 1 做电解液，进行有机电化学研究时， 发现这种室温离子液体是一种很好的电解液，具有和有机物互溶，不含质子， 电化学窗口较宽等优点，这才引起人们很大的兴趣 4 1 。此后，人们对室温离子 液体的研究逐渐深入和广泛。1 9 9 5 年以来，随着人们对环境问题的U 益重视， 室温离子液体越来越受到化学家的青睐。离子液体起初是应用在电化学上，近 年来已经发展到有机合成、无机合成等各个化学领域。 离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组成，种类繁多。通过改变阴 1 和对
13、称性形成低熔点的咪唑类离子液体。构成离子液体的阴离子主要分为两类： 一类是单核阴离子，如【B F 4 】、【P F 6 】、【C F 3 S 0 3 】、 C H 3 0 S 0 3 】、 ( C 2 F 5 S 0 2 ) 2 N 】 ( 即【N f 2 T 】。) 、【( C N h N 】、时0 3 】、【c l o d 。、【C H 3 C O O 】等，由这类阴离子构 成的离子液体性质一般比较稳定；另一类是多核阴离子，如 A 1 2 C 1 7 】、 C u 2 C 1 3 一、 A u 2 C 1 7 等，但由这类阴离子构成的离子液体对水较敏感。 离子液体的物理与化学性质如下： 1 熔点 低熔点是评价离子液体的关键指标，也是离子液体的重要性质之一。离子 液体熔点受阴阳离子的影响很大，此外，离子液体熔点还与电子的离域作用、 氢键、氟原子作用和结构对称性等因素有密切关系 5 1 。 在各种离子液体中，咪唑盐熔点较其他同碳数的铵盐要低。咪唑盐阳离子 的大小、对称性及不同碳级
