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ReaxFF MD模拟结果的自动分类与可视化研究; Automatic classification and visualization of ReaxFF MD simulation results
韩君易
学位类型工程硕士
导师李晓霞 ; 郭力
2015-05
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业化学工程
关键词反应分子动力学 Varxmd 反应分类 物种分类 化学反应机理 煤热解
摘要反应分子动力学(ReaxFF MD)是一种从分子尺度模拟复杂反应体系的方法,在多个研究领域获得广泛应用。深入分析ReaxFF MD模拟复杂反应体系得到的大体量结果数据对反应机理研究工作极为关键。VARxMD是国际上首个ReaxFF MD模拟结果化学反应分析及可视化工具。本论文为VARxMD扩展了物种和反应自动分类及可视化的功能,以进一步提升现有ReaxFF MD模拟结果分析工具缺乏反应机理的分析能力的现状。本论文完成的主要工作包括: 1) 提出了基于物种的化学结构特征,对ReaxFF MD模拟轨迹中的反应物种进行自动分类、进一步对化学反应进行自动分类的策略。 2) 针对ReaxFF MD模拟反应体系中的物种和化学反应,建立了一套灵活的分类规则构建机制,可帮助研究者自主定义和组合考察对象的特征,以建立满足多重目标的分类规则。实现了基于反应体系的物种组成、化学结构、性质等特征的物种自动分类;以此为基础,进一步实现了基于化学反应的组成物种、反应官能团和反应位点周围环境信息等特征信息的化学反应自动分类方法。 3) 为考察ReaxFF MD反应体系的演变规律和具体的反应行为,本论文将物种分类及反应分类所获的对象集合视作一个整体进行化学计量统计,实现了考察对象集合随时间变化趋势的图形化显示,以及指定原子、键、官能团、分子片段、物种的反应路径细节的2D和3D可视化观察。 4) 本论文实现的物种和反应自动分类及可视化的功能已应用于ReaxFF MD模拟煤热解的化学反应机理分析。分析获得了柳林烟煤和海拉尔褐煤热解过程中主要产物(焦、焦油、气体、芳烃化合物和链烃化合物等)随时间的变化趋势,包括特定产物(萘及其衍生物,苯、苯酚及其衍生物等)随温度的演化规律,与实验所获结果相符。对海拉尔褐煤热解过程的化学反应机理分析还进一步获得了满足多重条件的物种类别(链烃、芳烃、酚类和羧酸等)随时间的演化规律,自动生成了主要产物(苯酚、羧酸等)和官能团(羧基等)产生和消耗的化学反应列表,并可获得具有相似结构特征的反应位点集合,这些结果是实验方法或其它计算方法难以得到的。借助于本论文工作所获得的煤热解反应体系的演化规律可帮助揭示相应的化学反应机理,对深入研究煤热解过程至关重要。 本论文在原有VARxMD版本和ReaxFF MD模拟结果的基础上,扩展了基于自动分类的物种和反应分析及可视化的能力,为研究复杂体系的化学反应提供了新的手段,有望应用于更多ReaxFF MD模拟复杂体系的反应机理分析。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20353
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
韩君易. ReaxFF MD模拟结果的自动分类与可视化研究, Automatic classification and visualization of ReaxFF MD simulation results[D]. 中国科学院研究生院,2015.
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