氣體水合物的晶格動力學模擬研究.pdf

1、對氣體水合物研究的很重要的一方面就是氣體水合物的形成和分解過程，以及其穩(wěn)定存在的限制條件。氣體水合物只有在客體分子填充于主體晶格的情況下才能夠穩(wěn)定存在，也就是說，在自然界當中是不存在氣體水合物的空晶格結構的。在氣體水合物當中，由于填充的客體分子與形成主晶格的水分子之間是非化學計量的，即客體分子在籠子中比較自由的，所以客體分子與主晶格之間的相互作用和形成主晶格的水分子之間的氫鍵作用相比較要弱的多。盡管如此，客體分子與主體晶格之間的相互作用

2、對氣體水合物的穩(wěn)定存在還是非常重要的。另一個令人感興趣的問題是氣體水合物中客體分子的雙占據(jù)對氣體水合物有著怎樣的影響。這也是氣體水合物研究的一個新的熱點。 本文主要利用晶格動力學模擬對氙氣、氬氣以及氮氣氣體水合物進行了計算機模擬計算，然后將模擬計算的結果與非彈性中子散射實驗的結果進行了比較，驗證了模擬的可靠性和準確性，并對不同客體分子在不同填充情況下主體晶格與客體分子之間的相互作用進行了討論。 在這些氣體水合物的聲子態(tài)密

3、度譜線中都觀察到了兩個比較寬的激發(fā)峰，這兩個激發(fā)峰的峰值分別位于7.4meV和10.4meV附近，這和空晶格的譜線非常相似，所以這兩個激發(fā)峰就被認為是氣體水合物的主晶格振動模式的指紋特征振動位置。對氙氣氣體水合物的模擬計算結果顯示氙氣完全填充情況下的模擬結果近乎完美的再生了實驗譜中所有特征位置。特別是5.7meV處的特征峰對應于中子散射實驗譜中位于6.1meV的微弱的激發(fā)峰，其來源在此之前一直沒有結論而處在被忽略的狀態(tài)。我們的模擬計算結

4、果精確而充分的顯示了它產(chǎn)生于小籠中的氙原子振動。模擬計算結果顯示在小籠中的氙氣分子與主體晶格之間的相互作用要比在大籠中的相互作用更強一些，由此可以認為小籠對氙氣水合物起著更重要的作用。在氮氣水合物計算結果中可以觀察到兩個明顯的客體振動模式，這兩個激發(fā)峰的峰值分別位于2.0meV和6.2meV處，這兩個振動模式分別對應于氮氣分子在大籠和小籠中的振動。 同時，模擬計算的結果也確認了氮氣分子在大籠中的雙占據(jù)導致了一個新的激發(fā)峰的出現(xiàn)，

5、其峰值位置位于5.6meV處，這個激發(fā)峰被認為是源于氮氣分子在大籠中轉動振動模式的貢獻。這個振動模式的出現(xiàn)會使氮氣水合物中大籠振動模式與小籠振動模式之間的差距得到填充。在低頻范圍內，即主體晶格與客體分子相互耦合作用的區(qū)域，氙氣水合物和氮氣水合物的聲子態(tài)密度譜線有著明顯的不同。計算機模擬的計算結果顯示客體分子的振動模式以及主晶格與客體分子之間的相互作用在很大程度上依賴于填入到主晶格內的客體分子的種類。對氘化的氮氣水合物進行的模擬結果顯示，