液態(tài)水分子間氫鍵相互作用的從頭分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、水是大自然賦予我們的寶貴資源，也是人類(lèi)賴以生存的必要條件。它在化學(xué)、生物過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)，值得我們進(jìn)行深入研究。對(duì)水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有一透徹的了解是非常必要的。 水分子具有特殊性質(zhì)是由于水中能夠形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)。這種氫鍵網(wǎng)絡(luò)并不是固定的，每一個(gè)水分子中氫鍵的數(shù)目和氫鍵的強(qiáng)度都在不斷的變化。雖然水的特殊性質(zhì)來(lái)自于水中的氫鍵這一觀點(diǎn)已經(jīng)被廣泛的接受，液態(tài)水的基本動(dòng)力學(xué)過(guò)程是氫鍵的不斷形成和斷裂。但是，到目前為止，水

2、的這種動(dòng)力學(xué)過(guò)程并沒(méi)有完全的被人類(lèi)所揭示！ 一些實(shí)驗(yàn)方法：紅外吸收、拉曼散射、去極化光的散射、無(wú)彈性的中子散射等可以間接的研究氫鍵動(dòng)力學(xué)，但只能給出定性的結(jié)果。每個(gè)水分子在飛秒（fs）時(shí)間內(nèi)進(jìn)行著快速的重新定位運(yùn)動(dòng)，使的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在研究液態(tài)水的結(jié)構(gòu)上顯得無(wú)能為力。在這種情況下，發(fā)展了計(jì)算機(jī)模擬方法，它可以描述每一個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。 當(dāng)前，Car-Parrinello動(dòng)力學(xué)方法（CPMD）是一種主要的基于第一原理的

3、從頭分子動(dòng)力學(xué)方法。在本文中，我們用CPMD對(duì)液態(tài)水體系進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。研究與氫鍵有關(guān)的液態(tài)水的性質(zhì)。 通過(guò)對(duì)液態(tài)水分子體系模擬結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，得到了徑向分布函數(shù)、取向分布函數(shù)、成鍵度和氫鍵壽命等。從這些數(shù)據(jù)中得到以下結(jié)論: 1. 在液態(tài)水分子中，大部分水分子和四個(gè)第一殼層的水分子通過(guò)氫鍵相互作用以二聚體的形式形成四面體結(jié)構(gòu)； 2. 液態(tài)水分子的成鍵度隨溫度的升高而降低； 3. 液態(tài)水中氫鍵成鍵壽命為(2