硅醇甲烷分子与丙酰胺分子间作用的理论研究

在高精度的PBE0/6-31+G**水平上对丙酰胺和硅醇甲烷和形成的复合物进行了结构、能量、电荷密度拓扑性质等方面的理论计算。结果表明,两者存在三种结构稳定点,且都以氢键连接。结构中存在着N-H…O、O-H…O和CH…O三种氢键类型;随着氢键类型和氢键个数的不同,相互作用能不同,最强的达到-12.12 kCal/mol。键关键点处电荷密度拓扑性质表明这些氢键均属于非共价相互作用,然而在复合物结构(a)和结构(c)的氢键中,存在着非常弱的共价键成分;复合物形成时还伴随着不同程度的电荷转移过程。随着相互作用能的增强,电荷转移量增加。     

沥青质分子聚集体的解离对策

针对沥青质分子大芳环体系和多杂原子结构特征引起的π-π相互作用及氢键作用,运用量子力学、分子动力学等方法,研究沥青质分子聚集体的解离对策。对于π-π相互作用,从降低沥青质分子间π电子云重叠和减少沥青质分子的π电子数目两个方向研究解离措施;对于氢键作用,从降低沥青质分子间S—H、N—H、O—H间轨道叠加电子转移效应和减少沥青质分子的S、N、O数目两个方向研究解离措施。结果表明：引入π电子云分散剂可有效降低沥青质分子间π电子云重叠程度,对沥青质分子的稠合芳环进行局部加氢饱和可以减少其π电子数目,两条途径的分子模拟结果均能实现沥青质分子聚集体的解离;削弱沥青质分子间π-π相互作用对减弱氢键作用具有明显的促进作用;针对π-π相互作用的解离思路和措施也适应于金属卟啉分子与沥青质分子形成的聚集体,镍卟啉分子与沥青质分子形成的聚集体的解离难度比钒卟啉的大;提高温度加剧分子热运动及脱除杂原子可削弱或消除氢键作用,但在沥青质分子的其他芳环体系未改变的前提下,消除氢键作用不能实现对沥青质分子聚集体的完全解离。     

Gemini咪唑表面活性剂水溶液中构效关系的拓扑研究

采用拓扑系统研究了系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂(ILGIS)水溶液中的构效关系及其水合作用机理。研究结果表明,ILGIS分子疏水烷基尾链与亲水极性基团间可相互影响,且极性基团总电荷与烷基尾链端基电荷受联接基团长度的影响较为显著,两者均随联接基团长度的增加而增大。当水分子数为1~3时,ILGIS分子极性基团与水分子以1∶1型氢键形成水合团簇体;当水分子数增至4~5时,ILGIS分子极性基团与水分子以1∶2型或2∶2型氢键形成环形或笼状水合团簇体。ILGIS烷基尾链端基带有部分电荷,在相互聚集时存在静电排斥力,当ILGIS分子数较少时,其静电排斥力较弱,可忽略;随ILGIS分子数的增多,其静电排斥力逐渐增大,不利于胶束体的形成。     

氮氧化物在Cu-[M']MOR(M'=Al,Fe)中吸附的量子化学

采用密度泛函理论(DFT)研究了铜离子交换的丝光沸石(Cu-[Al]MOR和Cu-[Fe] MOR)分子筛对NOx分子的吸附,获得吸附复合物的平衡几何结构参数和吸附能.还对Cu-[Al]MOR和Cu[Fe]MOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能进行了研究和分析.结果表明,NOx分子以η1-N模式吸附在Cu-[Al] MOR和Cu-[Fe] MOR分子筛中的结构比η1-O模式更稳定.NOx以η1-N吸附模式在Cu-[Al]MOR中吸附强度的次序为NO＞NO2＞N2O;在η1-O吸附模式中为NO2＞NO＞N2O; NOx分子在Cu-[Fe] MOR分子筛中吸附强度的次序均为:NO2＞NO＞N2O.相比Cu-[Al]MOR,Cu-[Fe]MOR对NOx分子的吸附影响较大.     

沥青质分子聚集体中氢键作用力的研究

为研究沥青质分子聚集体中的氢键作用,用量子力学与分子动力学相结合的方法对形成沥青质分子聚集体中的氢键进行了研究。结果发现,沥青质分子中含有的N、S、O等杂原子是沥青质分子形成氢键的必要条件;沥青质分子聚集体形成单个氢键的键能较小,但聚集体中含有多个氢键时,其分子间的作用力会大幅增加。沥青质分子形成氢键的本质是由于H原子与杂原子的价层轨道电子进行叠加形成的,沥青质分子间有极少量的电子转移,导致形成弱的次级键; 在氢键作用中,起主要作用的是轨道相互作用能和色散作用能。     

氮氧化物在Cu-[M′]MOR(M′=Al,Fe)中吸附的量子化学

采用密度泛函理论(DFT)研究了铜离子交换的丝光沸石(Cu-[Al]MOR和Cu-[Fe]MOR)分子筛对NOx分子的吸附,获得吸附复合物的平衡几何结构参数和吸附能。还对Cu-[Al]MOR和Cu-[Fe]MOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能进行了研究和分析。结果表明,NOx分子以η1-N模式吸附在Cu-[Al]MOR和Cu-[Fe]MOR分子筛中的结构比η1-O模式更稳定。NOx以η1-N吸附模式在Cu-[Al]MOR中吸附强度的次序为NO>NO2>N2O;在η1-O吸附模式中为NO2>NO>N2O;NOx分子在Cu-[Fe]MOR分子筛中吸附强度的次序均为:NO2>NO>N2O。相比Cu-[Al]MOR,Cu-[Fe]MOR对NOx分子的吸附影响较大。     

氢键键合对聚合物性能的影响

<正> 高分子复合物(intermacromolecular complex)是两种完全不同的高分子链通过氢键、Coulomb力或电荷转移的相互作用而形成的聚集体。通过分子复合可以降低所含组份分子链的自由度,使高分子复合物具有与其组份不同的超分子结构。高分子复合是在分子水平上控制高分子聚集态结构的物理方法,是更高结构层次上的分子设计。氢键是最强的分子间作用力,氢键的形成可使聚合物的构象、基团     

Al原子分布对Y型分子筛酸强度的影响

构建了120T Y型分子筛簇模型,采用量子化学方法研究了Al原子落在酸中心NNN(Next nearest neighbor,3N)位、NNNN(Next next nearest neighbor,4N)位以及更远位置时对Y型分子筛酸强度的影响。结果表明:Al原子落位在NNN和NNNN位时,Y型分子筛酸强度降低;当落在更远位置时,对Y型分子筛酸强度的影响很小,可以忽略不计。这主要是因为Al与Si电负性不同,Al取代近距离Si后会发生电子转移,使得酸中心近邻原子O所带负电荷增加,对酸中心H的吸引力增强,不利于H－O键异裂释放出H质子,因此酸强度降低;随着取代距离越来越远,电子诱导效应越来越弱,Al原子对酸强度的影响也越来越小。     

油溶性降粘剂作用机理的密度泛函计算

采用密度泛函的方法计算了2-甲基丁基磺酸负离子、2-甲基丁酰胺和5-氨基萘酚3个模型化合物及其与H2O形成氢键的分子构型，5-氨基萘酚之间的氢键作用能及其插入2-甲基丁基磺酸负离子后分子间的氢键作用能；探索了稠油降粘作用机理。计算结果表明，这3个模型化合物与3个H。0结合形成氢键，其氢键作用能分别为-221．8535、-109．4827和-92．6796kJ／mol。同时还计算了二聚5-氨基萘酚的氢键作用能为-34．3939kJ／mol，在其氢键上插入2-甲基丁基磺酸负离子后，二聚5-氨基萘酚分子间的氢键被打破，其作用能为-131．0117kJ／mol。可以预测，在降粘剂分子中引入强亲水基团的磺酸盐可破坏胶质、沥青质分子间的氢键和解散胶质、沥青质聚集体，达到稠油降粘之目的。     

烃分子供氢能力的分子模拟

为考察不同类型烃分子作为供氢剂的可能性及供氢能力的高低,选用基于密度泛函理论的量子化学从头算法,系统地研究了不同类型烃分子不同位置C-H键断裂反应的能垒和反应热。结果表明,在链烷烃和环烷烃中,C-H键断裂由易到难的顺序为叔碳原子C-H键、仲碳原子C-H键、伯碳原子C-H键。与链烷烃和环烷烃相比,四氢萘α位C-H键更易断裂,其供氢能力更强。在四氢萘结构基础上新增1个芳环,并形成9,10-二氢蒽型结构时,其供氢能力进一步增强。     

沥青质中官能团结构和氢键的红外光谱表征

利用傅里叶红外光谱表征渣油沥青质和煤焦油沥青质分子的官能团结构,并通过软件Origin 2018对沥青质红外光谱的氢键区、脂肪族碳氢伸缩振动区和C—O区的吸收峰进行分峰拟合。结果表明：两种沥青质均主要以碳、氢元素为主,二者杂原子的含量存在明显差异,但杂原子官能团的类型基本相同;渣油沥青质中的氢键主要是由苯环O—H与芳香醚键中的O原子、O—H自缔合形成的氢键,而煤焦油沥青质中的氢键主要是苯环O―H与芳香醚键中的O原子形成的氢键;与渣油沥青质相比,煤焦油沥青质的烷基侧链更短。     

高滴点复合钡基润滑脂的制备及性能研究

探索了复合钡基润滑脂的制备工艺,制备出滴点较高的复合钡基润滑脂。利用差热扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及扫描电子显微镜(SEM)等方法研究复合钡基润滑脂的滴点和共晶聚集态。结果表明：癸二酸复合12-羟基硬脂酸钡基润滑脂的滴点比癸二酸复合硬脂酸钡基润滑脂的滴点高;癸二酸复合12-羟基硬脂酸钡基润滑脂的稠化剂分子间形成了氢键,导致稠化剂内部形成了共晶结构。     

分子内氢键对屏蔽酚抗氧化活性的影响

采用基于密度泛函理论的量子化学从头算法计算了不同分子结构屏蔽酚的O-H键解离能(E_BD),采用压力差示扫描量热仪测定了屏蔽酚在润滑油基础油中的抗氧化活性,考察了屏蔽酚的E_BD与其抗氧化活性之间的关系,并重点探究了结构因素对邻位桥联屏蔽双酚E_BD的影响。结果表明,屏蔽酚的活性构象E_BD越小,其抗氧化活性越高。分子内氢键对邻位桥联屏蔽双酚的E_BD可以产生显著影响。对于邻位桥联屏蔽双酚分子而言,其最低能量构象存在2个O-H┅π氢键,E_BD较高,并非抗氧化活性构象;存在1个O-H┅O氢键的局部最低能量构象,E_BD相对较低,为抗氧化活性构象。邻位亚甲基桥联屏蔽双酚分子的内旋转能垒较低,容易形成E_BD较低的活性构象,这是其抗氧化效果突出的主要原因。     

分散性催化剂作用下噻吩类化合物的临氢转化规律

以有机钼为前驱体制备了分散性纳米RDC-Mo催化剂,采用微型反应釜进行了噻吩类模型化合物噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩(DBT)热转化及RDC-Mo催化临氢热转化反应,对比了热转化及催化临氢过程噻吩类模型化合物热转化反应效果。采用X射线衍射(XRD)及高分辨率的透射电镜(HRTEM)对所制备的分散型催化剂进行了分析表征。采用模拟计算方法深入研究了分散型催化剂催化临氢热转化显著提高噻吩类化合物转化率以及不同结构噻吩类反应差异的内因。结果表明：制备的分散型催化剂RDC-Mo具有高度分散纳米尺寸特征,其晶粒尺寸为3.63 nm。相比于热转化,高分散纳米催化剂RDC-Mo作用的催化临氢过程显著强化了噻吩类化合物的转化,使其转化率大幅度提高。高分散度纳米催化剂显著强化了噻吩类化合物与催化剂活性中心、H₂的可接近性;H₂经纳米催化剂活化形成的氢自由基强化噻吩类化合物中与S相连的芳环碳定向加氢,促使C—S键断裂能垒大幅下降,在较低温发生断裂;该反应路径正是造成分散型催化剂临氢体系显著提高噻吩类化合物裂化转化率的内在原因。受定向加氢的概率、在活性中心MoS₂吸附难易以及定向加氢后C—S键键长变化3方面的影响,不同结构噻吩类化合物转化率由大到小顺序为苯并噻吩、噻吩、二苯并噻吩。     

甲烷水合物分解过程原位激光拉曼光谱观测

为了获取水合物分解过程中分子水平的信息,采用激光拉曼光谱法对冰—水转化及两种不同体系下甲烷水合物的分解过程进行了原位监测,研究了冰—水转化及甲烷水合物分解的微观动力学过程,探讨了水合物分解过程中笼型结构的变化。实验结果表明,在冰融化过程中,冰的四面体结构不断瓦解,氢键数目不断减少,O—H键的特征谱带中,带氢键的伸缩振动拉曼峰所占比例逐渐下降,不带氢键的伸缩振动拉曼峰的比例相应增大。两种不同体系下合成的甲烷水合物均为Ⅰ型水合物,大小笼中甲烷分子的拉曼峰分别为2905cm-1和2915cm-1,随着水合物的不断分解,拉曼双峰逐渐消解,并最终转化成甲烷气体单峰(2917cm-1);结构水峰的变化与冰融化的过程相类似,随着笼型结构的瓦解,氢键数目迅速减少,导致带氢键的O—H键伸缩振动峰减弱。     

沥青质分子聚集体的聚集内因

运用量子力学、分子动力学等方法,研究沥青质分子聚集体形成过程的分子构型变化、能量变化以及电子分布情况。结果表明：沥青质分子形成聚集体过程中形变能很小,沥青质分子发生形变不是沥青质聚集体形成的决定因素,但为沥青质分子聚集进而形成聚集体提供基础,沥青质分子具有很强的本征聚集活性;沥青质分子间相互作用能很大,是沥青质分子聚集体形成的决定因素,其中,属于分子间固有属性的范德华力及泡利排斥作用之和相对较小,与沥青质分子结构特征相关的π π相互作用及氢键作用之和很大,表明由沥青质分子的大芳环体系和多杂原子的结构特征引起的π π相互作用及氢键作用是导致形成沥青质分子聚集体的主要原因;在所研究体系中,金属卟啉分子与含吡啶氮的沥青质分子通过π π相互作用而非轴向配位作用形成聚集体。     

分子模拟技术对润滑脂滴点的初步预测

制备了不同类型的单皂和复皂润滑脂，测定了其理化性能。采用分子模拟技术对润滑脂滴点进行了初步预测，并计算了润滑脂中各种金属皂分子间氢键键长和分子体积模量。结果表明，复合钙皂和复合锂皂的分子体积模量分别大于钙皂和锂皂的分子体积模量。金属皂分子体积模量与其所形成的润滑脂的滴点呈对应关系，即分子体积模量大的，其形成的润滑脂滴点也高，反之则反。采用分子模拟技术可以从分子的层次指导润滑脂的研究。     

煤/油加氢共炼产品中沥青质结构与性质分析

以一种褐煤和马瑞常压渣油(MRAR)为原料,在高压釜内进行煤/油加氢共炼反应,从产品中分离出了正庚烷沥青质(C_7-Asp),通过元素分析、XRD、FT-IR、XPS等手段对该沥青质的结构和官能团性质进行了表征。结果表明:该沥青质的H/C原子比较低,富含稠环芳烃;杂原子中O含量较高,杂原子官能团间存在一定的氢键缔合作用。与原料油中的正庚烷沥青质相比,该沥青质烷基链较短,芳香片层间距降低,并以C—C、C—H结构为主。杂原子官能团中,O主要以羰基形式存在,S主要以噻吩形式存在,N主要以吡啶和吡咯的形式存在,该沥青质表面更趋于碱性。