笼型甲烷水合物单、双水分子缺位后的结构与稳定性

【摘要】：甲烷水合物是一种可用来替代煤、石油等常规能源的新型绿色能源,因其能量密度高、燃烧无污染、储藏量惊人等优点被广泛关注,但目前尚未找到有效的方法开采和应用这种能源。本文拟从甲烷水合物笼型的分解角度考察缺失部分水分子后,其结构和能量的改变以及甲烷分子溢出笼型的可能性,以期在微观上描述缺省水分子的甲烷水合物的笼型结构与稳定性的关系,为开采方法的研究提供新思路。以SⅠ型晶胞中的CH4@(H20)20和CH4@(H20)24笼型结构为出发点,结合其对称性分析并构建了在不同位置缺失水分子后所形成的CH4@(H20)19和CH4@(H20)18,以及CH4@(H20)23和CH4@(H20)22结构。在CH4@(H20)20中,单水分子缺失仅存在2种不同位置,双水分子缺失共存在5种同面缺失和7种异面缺失位置；类似地,在CH4@(H20)24中,CH4@(H20)23有4种不同结构,而CH4@(H20)22有18种同面缺失和26种异面缺失情况。对已构建好的缺失结构采用量子化学的B3LYP、6-31+G**方法进行全优化,并在B3LYP、6-311++G**水平上结合BSSE方法得到各结构的稳定化能量及主(笼型)客(甲烷分子)体的相互作用能。关于水分子间的结合能,本文采用松散笼型的方法来计算。最后,结合缺失水分子前、后结构和能量的改变来判断甲烷水合物的稳定性。 结果表明,只有同面的两个水分子缺失,甲烷才有溢出笼型的可能；而笼型结构中O-O边长的变化主要源于氢键键长的改变,O-H共价键键长以及H-O-H键角的变化很小,另外,同类结构异构体的稳定性主要由水分子间的结合能决定,非同类异构体的稳定性随着五元环个数的减少和四元环或大多元环的增多有降低的趋势。 【关键词】：笼型甲烷水合物 水分子缺失 稳定性 量子化学计算
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O621.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 气体水合物简述13-19
• 1.1.1 气体水合物的发现历史13-14
• 1.1.2 气体水合物的结构14-16
• 1.1.3 气体水合物的研究历程16-19
• 1.2 选题的目的和意义19-21
• 第二章 计算方法与基组21-25
• 2.1 分子力学方法和量子化学方法简述21
• 2.2 密度泛函方法21-22
• 2.3 常用的几种基组22-23
• 2.3.1 劈裂价键基组22-23
• 2.3.2 极化基组23
• 2.3.3 弥散基组23
• 2.4 BSSE方法23-25
• 第三章 CH_4@(H_2O)_(20)单、双水分子缺位后的结构与稳定性25-35
• 3.1 CH_4@(H_2O)_(20)的结构和稳定性25-28
• 3.1.1 CH_4@(H_2O)_(20)的结构25-27
• 3.1.2 CH_4@(H_2O)_(20)的稳定性27-28
• 3.2 CH_4@(H_2O)_(19)的结构与稳定性28-29
• 3.3 CH_4@(H_2O)_(18)的结构与稳定性29-34
• 3.3.1 同面缺失的CH_4@(H_2O)_(18)31-32
• 3.3.2 异面缺失的CH_4@(H_2O)_(18)32-33
• 3.3.3 CH_4@(H_2O)_(18)中多环异构体的稳定性33-34
• 3.4 小结34-35
• 第四章 CH_4@(H_2O)_(24)单双水分子缺位后的结构与稳定性35-63
• 4.1 CH_4@(H_2O)_(24)的结构与稳定性35-38
• 4.1.1 CH_4@(H_2O)_(24)的结构35-37
• 4.1.2 CH_4@(H_2O)_(24)的稳定性37-38
• 4.2 CH_4@(H_2O)_(23)的结构与稳定性38-40
• 4.3 CH_4@(H_2O)_(22)的结构与稳定性40-59
• 4.3.1 同面缺失的CH_4@(H_2O)_(22)42-50
• 4.3.2 异面缺失的CH_4@(H_2O)_(22)50-59
• 4.4 几种多环异构体的稳定性59-61
• 4.4.1 4~18~1和5~17~1的稳定性60
• 4.4.2 5~18~1和6~17~1的稳定性60-61
• 4.4.3 1-4~25~1三环和2-4~25~1三环的稳定性61
• 4.5 小结61-63
• 第五章 结论63-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-73
• 研究成果及发表的学术论文73-75
• 作者与导师简介75-76
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书76-77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

水合物储氢技术的研究进展    常心洁;杨鲁伟;梁惊涛;

中国天然气水合物调查研究现状及其进展    张洪涛;张海启;祝有海;

制冷剂气体水合物用于蓄冷空调中的探讨    姬利明;祁影霞;欧阳新萍;

~(13)C固体核磁共振测定气体水合物结构实验研究    孟庆国;刘昌岭;业渝光;

未来新能源可燃冰的成因与环境岩土问题分析    刘勇健;李彰明;张丽娟;郭依群;

甲烷水合物(H_2O)_(20)…CH_4稳定性的量子化学研究    朱守香;孙涛;王一波;

气体水合物蓄冷技术研究进展    陈晶贵,樊栓狮,梁德青

气体水合物生成机理和热力学模型的建立    陈光进,马庆兰,郭天民

天然气水合物概况及最新研究进展    陈作义,杨晓西,叶国兴,丁静,李文国

水合物储氢的微观结构研究进展    汤涛;谢应明;刘道平;

甲烷水合物在盐、醇类介质中相平衡研究    郑艳红

天然气水合物降压开采数值模拟研究    李红海

分子点群的不可约表示    赵秀芬

点群的一个应用    赵秀芬,刘宝瑞

甲烷水合物生成和分解的X射线断层扫描试验研究    吴青柏;蒲毅彬;蒋观利;邓友生;邢丽丽;冯小太;

利用CT扫描对粗砂土中甲烷水合物形成过程中水分迁移特征的分析    蒋观利;吴青柏;蒲毅彬;邢莉莉;

神经网络在炸药晶体密度预测中的应用    王国栋;刘玉存;

笼型甲烷水合物中单、双水分子缺位后的结构与稳定性    宋军军;李亚平;杨作银;

天然气水合物研究现状及应用前景    刘刚;李朝玮;

从头计算法研究分子间的氢键相互作用    徐明忠

共价分子的核间电子云密集区是如何形成的    申永良

多元合金团簇构型优化的研究    刘艳侠;王月华;马永庆;戴玉梅;

电子元件焊接中的钎料合金研制及钎料合金设计方法    冯武锋;王春青;

水下采油树帽的天然气水合物解堵    辜志宏;

天然气水合物开发生态环境影响评价技术要点探讨    舒俭民;刘孝富;胡理乐;范俊韬;

原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究    魏洪源

二恶英从头合成机理以及硫基抑制机理研究    邵科

金属离子掺杂的ZnO第一性原理计算及透明导电薄膜制备研究    谭红琳

密度泛函理论计算在电催化反应以及电催化剂设计中的应用    欧利辉

蛋白质在不同界面的识别、吸附及稳定性研究    陈欣

硅/二氧化硅表面自组装单分子膜的性质、制备及应用研究    孔哲

理论研究给—受体型有机分子激发态性质及其在材料中的应用    孙磊

叠氮化氰和几种羰基化合物光解离机理的理论研究    慈成刚

若干新型超碱金属团簇的结构与性质的理论研究    佟晶

聚合物表、界面结构及动力学演化的分子动力学模拟研究    赵莉

多元缩合生成新型巴比妥酸盐衍生物反应机理的理论研究    孙东贞

电厂循环水绿色水处理剂缓蚀阻垢性能的研究    王钢

Fe-C团簇输运的第一性原理研究    胡伟

二甲基精氨酸二甲胺水解酶-1的理论研究    孙馨

烷氧基硅烷和一氧化硅还原体系的量子化学计算研究    余秋雁

硅醇还原反应的量子化学计算研究    伍林

硅烯插入反应中的立体电子效应研究    金娟

祁连山冻土区天然气水合物钻探区沉积物及岩心热释光特征初探    杨旭

双环氧乙烷类分子催化烯烃反应的理论研究    林晓倩

Horner-Wadsworth-Emmons反应机理的研究    杨飞

天然气水合物研究现状与未来挑战    雷怀彦,王先彬,房玄,郑艳红

天然气水合物地质前景    雷怀彦,王先彬,郑艳红,张中宁,周晓峰

冲绳海槽中段西陆坡下缘天然气水合物存在的可能性分析    孟宪伟,刘保华,石学法,吴金龙

利用高能气体压裂技术开采天然气水合物可行性分析    祝道平;宁正福;

国际天然气水合物调查研究现状及其主要技术构成    许红,刘守全,王建桥,蔡乾忠

南海北部东沙海域天然气水合物的初步研究    宋海斌,耿建华,WANG How-King,张文生,方银霞,郝天珧,江为为

青藏高原冻土带天然气水合物的形成条件与分布预测    陈多福,王茂春,夏斌

蓄冷用二元气体水合物工质匹配的研究    李刚;刘道平;谢应明;王汝金;

加拿大马更些冻土区天然气水合物试生产进展与展望    祝有海;

青藏高原多年冻土区天然气水合物的研究前景和建议    徐学祖，程国栋，俞祁浩

陆地永冻区天然气水合物降压法开采的研究    孙超

水的形态与甲烷水合物的生成    黄犊子,樊栓狮

日本明年将尝试从海中提取可燃冰    

活性炭中甲烷水合物的分解动力学    刘犟,阎立军,陈光进,郭天民

AlCl_3介质中甲烷水合物相平衡PT轨迹    雷怀彦,郑艳红,吴保祥

活性炭中甲烷水合物的储气量    阎立军,刘犟,陈光进,郭天民

甲烷其它相态及其意义    吴强,梁栋

甲烷水合物在含抑制剂体系中的生成动力学    裘俊红,郭天民

暗藏的温室气体——甲烷    唐建华;

日本拟开发海底燃料——甲烷水合物    王协琴

甲烷水合物储气实验研究    郑新,樊栓狮,孙志高

Sn0.5Ti0.5O2半导体电极固溶体的电子结构与稳定性    贾金乾;梁镇海;樊彩梅;韩培德;

M@(XY)_(12)和M@(HXYH)_(12)(X=B,Al;Y=P)的结构与稳定性研究    张竹霞;武海顺;

C_(28)的环状寡聚体的结构与稳定性    陈媛梅;

羰基硼化合物B_6(CO)_n(n=1-6)的结构与稳定性    张晓清;武海顺;

Si_8O_n(n=3-16)团簇的结构与稳定性    王鸿;吕文彩;李泽生;孙家钟;

羰基硼化合物的结构与稳定性研究    武海顺;秦晓芳;

甲烷水合物资源评价技术探讨    戴春山;龚建明;

甲烷水合物实验合成的初步研究    业渝光;刘昌岭;张剑;刁少波;

关于岩古钾肥、古—新地震和人造甲烷水合物的思维启迪    宋天锐;

Al_(13)I团簇结构与稳定性的第一原理计算    李贵发;彭平;

美国的甲烷水合物开发计划    中国地质调查局发展研究中心 石宏仁　唐金荣

美国甲烷水合物开发计划透视    中国地质调查局发展研究中心 石宏仁　唐金荣

甲烷水合物：一种新的替代能源    爱古

日本要开发海底能源    

10大变化促能源工业发展    典力

海底气泡疑为沉船祸首    毛磊

我们来钻“冰”取“火”    本报驻美国记者 毛黎

能源工业十年将有十大变化    高寿柏

可燃冰开采：亚洲积极 欧美谨慎    本报记者 白晶

向冰取火(下)    本报记者 祁梦竹

氟化与氢化富勒烯的结构与稳定性    贾建峰

多孔介质中甲烷水合物降压分解实验与数值模拟    梁海峰

甲烷水合物及其沉积物的力学特性研究    于锋

几类多重键化合物的结构与反应机理的理论研究    张文斌

氮化硼团簇化学储氢的理论研究    崔小英

水—气—盐流体体系低温相平衡的理论模型研究    孙睿

大富勒烯结构与稳定性的理论研究    许磊

砷化镓材料的团簇及其光电特性研究    马德明

原位条件下水合物形成与分解研究    杨明军

金属、合金纳米体系的计算与模拟    谭凯

笼型甲烷水合物单、双水分子缺位后的结构与稳定性    宋军军

铝硫和铝氧二元团簇的结构与稳定性研究    刘将

氢化碳、硅和锗团簇的结构与稳定性的研究    来燕妮

甲烷水合物降压分散数值模拟研究    叶陈诚

贵金属与稀有气体掺杂小团簇结构与稳定性的理论研究    李艳荣

甲烷水合物沉积物单轴强度研究    聂雄飞

低剂量水合物抑制剂分子动力学模拟    陈玉娟

甲烷水合物在盐、醇类介质中相平衡研究    郑艳红

甲烷水合物及其沉积物的蠕变特性研究    王锐

甲烷水合物在不同体系中的生成动力学研究    张金锋