受限在纳米水环境空间中的甲烷分子-论文.pdf

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1、第37卷第2期浙江师范大学学报(自然科学版)Vo!．37，No．22014年5月JournalofZhejiangNormalUniversity(Nat．Sci．)Mav2014文章编号：1001-5051(2014)02-0182-05受限在纳米水环境空间中的甲烷分子冯梅，叶超，陈艳燕，周晓艳，吴锋民，陆杭军(浙江师范大学凝聚态物理研究所，浙江金华321004)摘要：运用分子动力学模拟方法，研究了甲烷与水受限在碳纳米管中的一些性质．计算机模拟发现水分子和甲烷径向密度的非均匀分布．根据径向密度分布情况，将碳

2、纳米管中的甲烷与水分层，分别计算了甲烷分子与水分子的扩散系数和平均氢键数．模拟结果表明：受限在碳纳米管内部中的甲烷趋向在管壁积聚，但当甲烷浓度较高时，发现在碳纳米管中央有部分甲烷分子积聚．关键词：分子动力学模拟；甲烷水合物；积聚；受限空间中图分类号：0352文献标识码：AMethanemoleculesconfinedinnanotubefiledwithwaterFENGMei，YEChao，CHENYanyan，ZHOUXiaoyan，WUFengmin，LUHangiun’(InstituteofCon

3、densedMatterPhysics，ZhejiangNormalUniversity，JinhnaZhejiang321004，China}Abstract：Byusingmoleculardynamicssimulation。itwasinvestigatedthebehaviorofwaterandmethanecon—finedinsidethecarbonnanotube．Itwasf0undthattheradialdensitydistributionofWaterandmethanewasn

4、otuniforil1．Accordingtotheradialdensitydistilbutionofwaterandmethaneinthecarbonnanotube．theyweredividedintofourshells，basedonwhich，thecoefficientofdiffusionandtheaveragenumberofhydrogenbondsbetweenwatermoleculeswerecalculated．Thesimulationresultsindicatedth

5、atthemethanemoleculesconfinedinthecarbonnanotubetendedtogatherinthewallofthenanotube．However。ifthedensityofmethanein—creasesd。someclustersofmethanemoleculewerefoundinthecenterofthenanotube．Keywords：moleculardynamicssimulation；methanehydrate；aggregation；conf

6、inedspace0引言能源是人类社会赖以生存与发展的物质基础．当今，煤、石油、天然气的储量正在日趋减少，为了防止能源枯竭，科学家们正通过多方面开发高效、清洁的新能源．因此，早在20世纪60至90年代，世界主要发达国家就已相继开始了对甲烷水合物(又称可燃冰)的勘探与开发研究．作为非常规清洁能源的重要组成部分，甲烷水合物已经受到了世界各国的重点关注，欧美日韩等国纷纷展开对甲烷水合物的勘探开发工作，我国也已在甲烷水合物领域付出了巨大的努力，未来可燃冰有望成为天然气的“接班人”．虽然甲烷水合物的发现已经有200多年

7、的历史，但是直到最近50年，科学家们才从微观层次上去收文日期：2013-09—10；修订日期：2013—12-17基金项目：国家自然科学基金资助项目(11005093)作者简介：冯梅(1988一)，女，山东潍坊人，硕士研究生．研究方向：纳米尺度下的分子输运通信作者：陆杭军．E-mail：zjlhjun@zjnu．cn184浙江师范大学学报(自然科学版)2014焦次为r=0．61nm；r2=1．55nm；r3=2．14nm；r4=2．67nm，并从内到外依次编号1，2，3，4层．根据分子的坐标位置，可以判断分子

8、属于哪一层．假设该分子到碳纳米管轴中心的距离为r，当r