客體分子在籠型水合物中穩(wěn)定性理論研究.pdf

1、天然氣水合物是一種類似冰的非化學(xué)計量化合物，由周圍的水分子和捕獲的氣體分子組成。水分子之間形成的氫鍵構(gòu)成了水合物晶體結(jié)構(gòu)的晶格。自然界中有大量的天然氣水合物，預(yù)計資源量是現(xiàn)存化石燃料的兩倍以上。一方面自然界中存在的大量天然氣水合物可以作為未來清潔能源替代傳統(tǒng)能源以解決能源短缺問題。另一方面，天然氣水合物具有儲氣能力高、氣體捕集選擇性強等特點，使其在天然氣儲存和應(yīng)用水合物氣體分離存儲技術(shù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前實驗條件下很難精確預(yù)測

2、水合物成核和分解的機理。因此運用理論研究方法從分子和原子水平研究氣體水合物，能夠為水合物的基礎(chǔ)理化性質(zhì)、成核機制、穩(wěn)定性等提供理論依據(jù)。
　　本文采用Gaussian09程序包中密度泛函理論DFT，對氣體水合物的三種基本單籠結(jié)構(gòu)512、51262、51264和Ⅰ型水合物的雙籠結(jié)構(gòu)512/51262進行穩(wěn)定性的研究。首先，在B3LYP/6-31+G(d)水平下對本文中的籠型結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和頻率計算，得到各結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，判斷客體分

3、子對籠型結(jié)構(gòu)大小的影響。然后，在M06-2X/6-31++G(d)水平下對所有籠型結(jié)構(gòu)進行單點能計算，以確定籠型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定能、相互作用能、氫鍵鍵能，并討論客體分子對籠型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。
　　研究結(jié)果表明，籠型結(jié)構(gòu)中封裝的客體分子會使形成籠型水合物的水分子之間的氫鍵作用加強，氫鍵鍵能增大;512/51262籠中只有一個籠添加客體分子并不會對另一個籠的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。氣體水合物中的籠型結(jié)構(gòu)隨著水分子數(shù)量的增加，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性逐漸增強;客