FOX-7结晶形貌的分子动力学模拟

基于1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的晶胞参数,通过修正Dreiding力场得到了适用于FOX-7分子模拟的Dreiding-FOX-7力场;采用Growth Morphology方法模拟计算了FOX-7在真空中的晶体形貌,得到形态学上的重要晶面及附着能参数;构建了FOX-7重要晶面和H_2O/N,N-二甲基甲酰胺、环己酮的吸附模型;利用分子动力学方法计算出溶剂分子与各晶面的吸附能及各晶面的修正附着能;预测了FOX-7在溶剂中的结晶形貌,并与文献结果进行了对比。讨论了氢键的成键强度对晶体形貌的影响。结果表明,FOX-7在H2O/N,N-二甲基甲酰胺中(0 1 1)、(1 0-1)和(1 0 1)晶面为主要生长面,结晶形态为长方体块状;在环已酮中(0 1 1)和(1 0-1)晶面为主要生长面,结晶形态为长棱柱状,与文献结果一致。     

分子动力学模拟研究温度对ε-CL-20结晶晶体形貌的影响

为了研究温度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在乙酸乙酯/三氯甲烷体系中结晶时晶体形貌的影响,采用分子动力学模拟方法,使用修正后附着能模型计算了CL-20晶体能量和晶习,对比了不同温度(293、303、313、323、333K)下CL-20晶体形貌模拟结果与实验结果。结果表明,温度可以显著改变CL-20晶体形貌;随着温度升高,CL-20晶体形貌趋于非球形化,293K下可以获得球形化程度更好的CL-20晶体;温度对不同晶面影响程度不同,(2 0 0)、(0 1 1)、(2 0-1)晶面生长易被温度影响,附着能绝对值较大,晶面生长速率快,在CL-20晶体表面面积占比减小,最终在CL-20晶体中无法保留;当温度为333K时,对(2 0-1)晶面的附着能影响较大,最终使该晶面在CL-20形貌中显露。     

六硝基六氮杂异伍兹烷转晶中的分子动力学模拟

利用六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)晶体生长及添加剂附着晶面的模拟,来优选添加剂使转晶得到的ε型HNIW晶体形状更规则;构立了ε型HNIW晶胞模型,采用分子动力学方法模拟了晶体生长的外部形态.应用分子动力学计算,筛选到能修改ε-HNIW晶体生长外形的T1、T2和T3添加剂.在转晶实验中利用T1、T2和T3添加剂修改了ε-HNIW晶体的外形,与分子动力学模拟结果基本一致.结果表明,分子动力学模拟可预示添加剂对ε-HNIW晶体生长的影响.借助这种模拟,易选择添加剂,使ε-HNIW晶体具有更规则的形貌.     

六硝基六氮杂异伍兹烷转晶中的分子动力学模拟

利用六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW）晶体生长及添加剂附着晶面的模拟，来优选添加剂使转晶得到的ε型HNIW晶体形状更规则；构立了￡型HNIW晶胞模型，采用分子动力学方法模拟了晶体生长的外部形态。应用分子动力学计算，筛选到能修改ε-HNIW晶体生长外形的T1、T2和T3添加剂。在转晶实验中利用T1、T2和T3添加剂修改了ε-HNIW晶体的外形，与分子动力学模拟结果基本一致。结果表明，分子动力学模拟可预示添加剂对ε-HNIW晶体生长的影响。借助这种模拟，易选择添加剂，使ε-HNIW晶体具有更规则的形貌。     

CL-20结晶形貌的预测

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在真空和溶剂中的晶体形貌和生成机理,基于CL-20的晶胞参数和主要生长面,分别构建了CL-20晶体模型以及晶面和水、甲醇分子的六种吸附模型,用分子动力学模拟计算出溶剂分子与各晶面的吸附能,并据此修正各晶面的附着能,用附着能法对CL-20在真空、水和甲醇中的结晶形貌进行了预测,并与实验结果进行了对比。结果表明,真空中生长基元在晶面的极化程度越高,该面生长越快,且外形为长四棱柱;水和甲醇均会抑制各面的生长,且但程度不同,致使CL-20在水中结晶成扁平的六面体,在甲醇中为四棱柱。     

吡拉西坦在溶液环境下的晶习预测

根据吡拉西坦晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的晶胞参数搭建晶体模型,对其进行空间优化和BFDH模型优化后,采用AE模型确定其晶面,对晶面上药物分子与溶剂分子可能存在的相互作用进行了探讨,通过分析各晶面的相对生长速率,确定其形态学上重要的生长面及其表面结构,预测吡拉西坦在溶液环境中的晶习。将模拟得到的吡拉西坦各晶型的晶体形貌与实际晶习比较,发现结果吻合良好。     

MD/QM/CSM方法计算β-环糊精及其衍生物对二甲四氯的包合机理

利用β-环糊精(β-CD)及其衍生物控制二甲四氯农药分子的释放是目前研究的热点。本文使用一种最近发展的分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型(MD/QM/CSM)方法计算β-CD及其甲基、羟丙基衍生物对二甲四氯(MPCA)农药分子的包合机理。揭示了溶剂效应在决定对这3种CD相对包合能力时发挥了主导作用,而真空包合自由能顺序与溶剂中的正好相反。算得的3个体系包合能力强弱排序为:DM-β-CD>HP-β-CD>β-CD,与实验测量结果一致,且线性相关度达到R=0.99。结果表明:MD/QM/CSM方法对于计算不同主体的超分子复合物体系的相对稳定性是可靠的。     

Span类表面活性剂对CL-20重结晶的影响

采用溶剂-非溶剂法重结晶CL-20,研究了溶剂-非溶剂体系中表面活性剂对CL-20晶体形貌的影响。用激光粒度仪、光学显微镜、红外光谱仪对重结晶CL-20的颗粒分布、形貌、晶型进行表征。结果表明,表面活性剂的种类、含量对CL-20的晶体形貌的影响较大,在以乙酸乙酯为溶剂、三氯甲烷为非溶剂、温度20℃、非溶剂稀释速度0.2~0.25mL/min、搅拌速度100r/min的转晶体系中,添加Span60使CL-20晶体颗粒生长形状趋近球形,表面光滑,颗粒均匀。     

阴离子对Mg(OH)2晶体生长及形貌的影响机理

以轻烧粉、氯化铵、硝酸铵、乙酸铵、硫酸铵为原料,氨气为沉淀剂,采用氨循环法制备氢氧化镁晶体,并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对其进行表征分析。采用Materials Studio分子模拟软件中的CASTEP模块,计算了Cl^-、NO₃^-、CH₃COO^-对氢氧化镁晶体（001）、（101）晶面生长的影响。结果表明,采用不同的镁盐得到不同形貌的氢氧化镁晶体阴离子电负性越大,对晶体形貌影响越小;Mg（OH）₂晶体的（001）、（101）晶面能量与布居数分析表明,Cl^-、NO₃^-、CH₃COO^-使晶体的（001）、（101）面的表面能增大、Fermi能级减小,阴离子与（001）、（101）晶面之间形成新的具有微弱共价性的离子键,影响晶体晶面的生长。理论计算较好地解释了不同形貌的氢氧化镁晶体的形成原因。     

氢氧根对半水硫酸钙晶体形貌的影响机理

以二水硫酸钙为原料在氢氧化钠-水体系中水热合成不同形貌的半水硫酸钙晶体,并通过XRD、XPS和电导率等手段对水热产物进行表征,研究了OH^-对水热产物晶体形貌的影响机理。结果表明,在碱性条件下可获得不同形貌的半水硫酸钙晶体,随着OH^-浓度的增大,纤维状形貌水热产物的含量减小而短柱状形貌的含量增多,且当OH^-浓度为1.0×10^-2 mol/L时水热产物以短柱状形貌为主。OH^-影响半水硫酸钙晶体形貌的原因：OH^-会消耗溶液中的Ca²⁺,从而促进二水硫酸钙的溶解,而Ca²⁺浓度的减少不利于半水硫酸钙晶体的成核生长;同时,OH^-对二水硫酸钙的促溶作用会增加溶液中SO₄^2-的浓度,从而促进半水硫酸钙晶体沿（110）和（200）晶面的生长;此外,OH^-在（002）晶面选择性吸附并与该晶面的Ca²⁺反应生成Ca（OH）⁺和Ca（OH）₂,从而阻碍半水硫酸钙晶体沿该晶面的生长。在以上3种作用下半水硫酸钙晶体形貌由纤维状向短柱状转变。本研究可为碱性条件下生产不同形貌半水硫酸钙晶体提供一定的理论依据。     

不同结晶体系中PNMAIW对HNIW转晶影响的理论研究

为了从理论上揭示五硝基-乙酰基六氮杂异伍兹烷(PNMAIW)对六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)转晶的影响,采用分子模拟的方法,设计了PNMAIW的稳定构型,分别研究了硝酸-水体系、乙酸乙酯-正己烷体系和乙酸乙酯-三氯甲烷体系中PNMAIW对HNIW转晶的影响.结果表明,PNMAIW存在4种稳定构型;由于PNMAIW与HNIW各面的键合能远大于溶剂和非溶剂与HNIW各面的键合能,因此,如果转晶体系中存在杂质PNMAIW,PNMAIW更容易接近HNIW的晶面,从而阻碍HNIW在溶液中的转晶.     

有机膦系抑制方解石阶梯面生长的分子动力学研究

有机膦系化合物是工业冷却水系统中常用阻垢剂,对有机膦酸阻垢剂的阻垢性能及机理进行研究,能为新型阻垢剂开发应用提供合理的理论依据。根据周期性键链（PBC）理论模型,运用分子动力学方法（MD）,模拟了工业冷却水循环过程中5种有机膦阻垢剂与方解石4种阶梯面的相互作用机理。结果表明,有机膦酸分子与方解石（104）4个阶梯面的结合能均为负值,相互作用为放热过程,阻垢剂分子对方解石（104）阶梯面的生长具有良好的抑制作用。通过计算结合能,得出阻垢剂分子的吸附能力由强到弱依次为HDTMP、EDTMP、ATMP、NDP、AMP;同时观察到有机膦酸分子主要吸附在晶面的活性生长点,即阶梯面的终端拐角位置与阶梯拐点位置,占据了晶面上结晶的活性位置,抑制了晶面的进一步生长。根据有机膦酸与阶梯面结合能数据,得到4种终端阶梯面的吸附能力由强到弱依次为CO₃-CO₃、CO₃-Ca、Ca-CO₃、Ca-Ca,即稳定性越强则吸附能力越弱。     

L-异亮氨酸对L-丙氨酸晶体生长速率的影响

结合实验和分子模拟研究了L-异亮氨酸对L-丙氨酸晶体主要晶面生长速率的影响。实验发现随着溶液中L-异亮氨酸浓度的增加,L-丙氨酸(120)面(轴面)的生长速率显著降低,而(011)面(端面)的生长速率增加,导致L-丙氨酸晶体的长径比增大。分子模拟的结果表明,L-异亮氨酸容易占据L-丙氨酸(120)晶面的台阶位从而阻碍(120)晶面的生长;但其不仅不容易吸附于(011)晶面的台阶位,反而会促进溶质分子在溶剂化界面的扩散,从而提高(011)晶面的生长速率。分子模拟的结果较好地解释了实验中L-异亮氨酸对L-丙氨酸不同晶面具有不同作用效果的现象。     

含氟聚合物包覆铝粉的分子动力学计算

利用分子动力学模拟研究了不同含氟聚合物(F2311、F2603及F2462)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与Al2O3(001)晶面的相互作用以及SDBS与3种含氟聚合物的相互作用,进一步利用分子动力学计算了O2分子在不同构型的3种含氟聚合物膜中的扩散速率。以F2311为例,计算了不同分子链个数、温度和不同聚合度条件下O2分子在F2311膜中的扩散速率。结果表明,F2311、F2603及F2462与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能分别为1 798.24、3 817.39及1 047.22kJ/mol;SDBS与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能显著大于含氟聚合物与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能,并随着SDBS个数的增加而增大;F2311、F2603及F2462与SDBS的结合能分别为1 218.97、1 243.05及1 338.06kJ/mol;O2在含氟聚合物膜中的扩散速率受聚合物种类及构型影响,O2在F2311膜中的扩散速率随着F2311分子链个数及聚合度的增加而减小,随着温度的升高而增大。     

溶剂对对苯二酚晶体晶习的影响

采用冷却结晶方法,考察了水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇等溶剂对对苯二酚晶习的影响,并通过扫描电镜、差热扫描分析、X射线衍射等手段对对苯二酚晶体进行了分析表征.结果表明,溶剂性质显著影响对苯二酚晶体的晶习,随着溶剂介电常数的减小,晶体的长径比变小.在利用分子模拟软件Cerius²预测对苯二酚晶体晶习的基础上,初步揭示了溶剂影响对苯二酚晶体晶习的机理.     

纤维二糖在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中的结构动力学特性

开展分子动力学模拟探索不同压力条件下纤维素的基本结构单元--纤维二糖在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[C₄mim]Cl）中的结构动力学特征。研究结果表明,高压环境使二糖分子内氢键网络结构瓦解,二糖与阴阳离子间相互作用增强,形成溶质-溶剂间氢键。借助空间分布函数得到常压及高压环境下二糖分子周围溶剂层分布特征,并通过径向分布函数定量考察了纤维二糖/离子液体体系分子间与分子内的氢键特征,为在化学键水平上认识纤维素在离子液体中溶解机制提供必要的理论基础。     

离子液体在药物晶体工程中的应用

近年来，使用离子液体替代传统溶剂参与调节结晶过程中的各种相互作用以获得新颖的晶体结构是药物晶体工程的研究前沿。研究人员在离子液体体系中得到了使用传统溶剂无法制得的药物晶型或晶习并进行了相应机理的初步探索。针对离子液体在药物晶体工程中的应用，本文从离子液体的组成和性质及其在药物增溶、药物晶型及晶习的调控和药物共晶及盐的制备几方面展开，首次综述了相关研究成果并基于红外光谱、分子动力学模拟等手段从相互作用的角度对机理进行分析，其中氢键和范德华力相互作用起到了重要影响。最后针对该领域现存的问题如离子液体的选择处于盲筛阶段，相应机理研究缺乏和应用范围不广泛，指出建立系统的离子液体选择标准和深入研究机理是未来的主要研究方向。     

LLM-105晶体形貌分子动力学模拟

为了研究在真空和溶剂二甲基亚砜(DMSO)条件下,1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的晶体生长形貌,采用分子动力学模拟方法构建了LLM-105在DMSO溶剂中"双层结构"模型,采用平衡形态法和晶体生长法预测了真空中LLM-105的晶体形貌,通过修正附着能分析了DMSO环境下LLM-105的主要控制晶面及其生长速率;通过径向分布函数和晶面结构分析不同晶面与DMSO之间的相互作用;分析了LLM-105粒子的成核能垒。结果表明,LLM-105晶体的4个主要生长晶面为(0 1 1)、(0 2 0)、(1 1 0)和(1 0-1),其中(0 2 0)、(0 1 1)晶面为控制晶面;加入溶剂DMSO后,修正附着能分析得出溶剂中4个晶面附着能远小于真空条件下,说明选择合适的极性溶剂有助于抑制爆发式成核,控制LLM-105的晶体形貌,其中(0 1 1)晶面线性生长速率最小;径向分布函数和晶面结构分析表明,DMSO中H原子与LLM-105(0 1 1)晶面中N原子之间具有较强的氢键和范德华力相互作用;扩散系数分析表明,修正附着能随溶剂扩散系数的增大而减小,溶剂DMSO在(0 1 1)晶面上扩散系数最大,导致该晶面成核能垒高,不容易聚集成核。     

转晶剂与蒸压参数对磷石膏制备α半水石膏的影响

以经盐溶液预处理的磷石膏为原料,以乙二胺四乙酸（EDTA）和顺丁烯二酸酐为复合转晶剂,采用蒸压法制备α半水石膏。借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）分析研究了复合转晶剂掺量、pH、蒸压温度对生成α半水石膏的晶体形貌、物相组成的影响。研究结果表明,复合转晶剂中EDTA的最佳掺量（质量分数）为0.4%、顺丁烯二酸酐的最佳掺量（质量分数）为0.3%,溶液最佳pH为7.5,最佳蒸压温度为140 ℃。在此条件下制得的α半水石膏结晶形态最好,呈短柱状,长径比接近1∶1。     

常压盐溶液-丁二酸转晶体系中pH对α-CaSO4·0.5H2O的影响

以磷石膏为原料,丁二酸为转晶剂,采用常压盐溶液法制备α-CaSO₄·0.5H₂O的体系中,在温度为103 ℃、反应时间为3 h、丁二酸掺量为0.05%（质量分数）、氯化钠质量分数为15%的条件下研究pH对制备α-CaSO₄·0.5H₂O的影响。结果表明：当pH为7.0~9.0时,可以得到长径比为1∶1~3∶1的短柱状α-CaSO₄·0.5H₂O晶体。FT-IR和XPS表征结果显示,合适的pH条件下,丁二酸电离出适量的羧酸根离子吸附于α-CaSO₄·0.5H₂O晶体晶面上与钙离子络合,减缓了α-CaSO₄·0.5H₂O晶体在晶面上的生长速度,减小了晶体长径比。XRD和TEM表征结果证实,羧酸根离子吸附于α-CaSO₄·0.5H₂O晶体的（204）晶面上与钙离子络合。