科创中国
确定表面动态过程自由能的方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-11-09 17:00:16
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-11-22 11:40:25
本申请涉及化学催化技术领域，尤其涉及一种确定表面动态过程自由能的方法。该方法包括采用如下步骤确定多相催化反应的表面动态过程自由能：建立界面吸附模型；对反应物的分子相态进行分子动力学模拟，使反应物的分子达到平衡态；固定反应物的吸附分子与催化剂的吸附位点之间的系列距离，对每个固定距离的体系进行约束分子动力学计算；对约束分子动力学计算的结果进行分析，获得平均力势；采用梯形积分法对平均力势和固定距离进行积分，获得吸附过程的自由能变。该方法可以严谨确定吸附分子从反应物相吸附到催化剂表面不同位点的能量动态变化过程，通过不同位点的自由能能垒和热力学的评价，可以判定吸附分子在催化剂表面的最佳吸附位点。
1.一种确定表面动态过程自由能的方法，其特征在于，包括将反应物与催化剂混合进行多相催化反应，然后采用如下步骤确定所述多相催化反应的表面动态过程自由能：
建立界面吸附模型；
对所述反应物的分子相态进行分子动力学模拟，使所述反应物的分子达到平衡态；
固定所述反应物的吸附分子与所述催化剂的吸附位点之间的系列距离，对每个固定距离的体系进行约束分子动力学计算；
对所述约束分子动力学计算的结果进行分析，获得平均力势；
采用梯形积分法对所述平均力势和固定距离进行积分，获得吸附过程的自由能变。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立界面吸附模型的步骤包括：将所述反应物的吸附分子置于反应物相0.3～0.5nm高度，构建未吸附前的分子平衡态。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固定所述反应物的吸附分子与所述催化剂的吸附位点的系列距离的步骤包括：每隔间距撒点直至所述反应物的分子吸附在界面活性位点上。
分子动力学模拟： 分子动力学模拟是一种通过数值求解牛顿运动方程来模拟原子和分子运动的方法。在表面科学中，可以使用分子动力学来模拟表面上的原子和分子的运动。通过对分子间相互作用势能的计算，可以获得表面动态过程的自由能。
Metadynamics（元动力学）： Metadynamics是一种通过在能量面上引入偏置势来加速系统从一个自由能最小值到另一个自由能最小值的方法。通过在动力学模拟中引入这种偏置势，可以获得系统的自由能表面，包括表面动态过程。
蒙特卡罗模拟： 蒙特卡罗模拟是一种基于统计抽样的方法，通过在系统状态空间中进行随机抽样，可以估计系统的自由能。在表面科学中，可以使用蒙特卡罗模拟来模拟表面吸附、扩散等动态过程。
吸附位能曲线（Adsorption Potential Energy Curves）： 通过计算吸附在表面上的分子在不同位置的能量，可以得到吸附位能曲线。这种方法可以揭示表面上吸附分子的动态过程和相互作用。
动力学拓扑网络（Dynamic Network Analysis）： 这是一种基于网络理论的方法，用于分析分子动力学模拟中的动态过程。通过构建原子或分子之间的联系，并分析这些联系随时间的演化，可以得到系统的动态过程自由能。
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分子动力学模拟： 分子动力学模拟是一种通过数值求解牛顿运动方程来模拟原子和分子运动的方法。在表面科学中，可以使用分子动力学来模拟表面上的原子和分子的运动。通过对分子间相互作用势能的计算，可以获得表面动态过程的自由能。
Metadynamics（元动力学）： Metadynamics是一种通过在能量面上引入偏置势来加速系统从一个自由能最小值到另一个自由能最小值的方法。通过在动力学模拟中引入这种偏置势，可以获得系统的自由能表面，包括表面动态过程。
蒙特卡罗模拟： 蒙特卡罗模拟是一种基于统计抽样的方法，通过在系统状态空间中进行随机抽样，可以估计系统的自由能。在表面科学中，可以使用蒙特卡罗模拟来模拟表面吸附、扩散等动态过程。
吸附位能曲线（Adsorption Potential Energy Curves）： 通过计算吸附在表面上的分子在不同位置的能量，可以得到吸附位能曲线。这种方法可以揭示表面上吸附分子的动态过程和相互作用。
动力学拓扑网络（Dynamic Network Analysis）： 这是一种基于网络理论的方法，用于分析分子动力学模拟中的动态过程。通过构建原子或分子之间的联系，并分析这些联系随时间的演化，可以得到系统的动态过程自由能。
技术转让
在实际应用中，通常需要结合多种方法以获得更全面和可靠的结果。此外，计算表面动态过程自由能是一个复杂的问题，需要高性能计算资源和专业的模拟软件。
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