水化镁基蒙脱石的分子动力学模拟-上海有机化学研究所.PDF

2004 年第 62 卷 化 学 学 报 Vol. 62 , 2004 第 24 期 , 2407～2414 ACTA CHIMICA SINICA No. 24 , 2407 ～2414 水化镁基蒙脱石的分子动力学模拟 方沁华　　黄世萍　　刘志平　　汪文川 (北京化工大学化学工程学院 　纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室 　北京 100029) ( ) ( ) 摘要 　利用分子动力学 MD 模拟了 300 K 时镁基蒙脱石 粘土 层间水和镁离子的结构和动力学性质. 模拟结果显示水在 粘土层间分为二层 ,只有一小部分水被粘土表面吸附 ,与粘土结构中的羟基形成氢键 ,不同分布位置的水处于动态平衡. 层 - 10 2 - 1 间水分子氢键配位数比普通水少24 %左右 ,水在粘土中自扩散系数 D = 5355 ×10 m ·s ,约为主体相水的 1/ 4. 镁离子 在粘土层间形成一层 ,其与水分子配位数约为 6. 进一步讨论了温度对粘土层中水的结构和动力学性质的影响. 随着温度 升高 ,水层的局部密度 ρ( z) 降低 ,水在 XY 方向的扩散系数不断增大. 当温度达到 600 K 后 ,层间水分子间的氢键断裂 ,与 超临界状态下水的结构相似 ,层间水的扩散系数达最大值 ,温度进一步升至 700 K 时 ,其值基本无变化. 关键词 　分子动力学 ,蒙脱石 ,水合化 , 自扩散 Molecular Dynamics Simulation of MagnesiumMontmorillonite Hydrates FANG, QinHua 　　HUANG, ShiPing 　　LIU , ZhiPing 　　WANG, WenChuan (Laboratory for Nanomaterials , Ministry of Education , Division of Molecular Simulation , College of Chemical Engineering , Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029) Abstracts 　Molecular dynamics simulation of Mgmontmorillonite ( clay) hydrates was performed at T = 300 K in order to elucidate the structure and dynamics properties of interlayer water molecules and magnesium ions. The water molecules are divided into two layers i