褐煤与水分子相互作用的量子化学计算

作者：徐志强; 刘向阳; 涂亚楠^*; 刘定桦; 任冠霖

来源：中国矿业大学学报. 自然科学版, 2022, 51(03): 554-561.

DOI：10.13247/j.cnki.jcumt.001411

• 褐煤
• 水分子
• 弱相互作用
• 密度泛函理论

高含水量限制着褐煤的大规模利用，研究褐煤持水机理，揭示含氧官能团与水分子间氢键作用的本质，对指导褐煤脱水具有重要的理论意义.通过第一性原理分子动力学(AIMD)模拟褐煤表面水分子的有序结构，采用密度泛函理论(DFT)研究褐煤结构单元和水分子的相互作用.结果表明：界面处水分子分别在0.192 nm和0.322 nm附近形成了第1配位层和第2配位层；褐煤结构单元的负电势极值点主要分布于含氧官能团中氧原子附近，最大达到了-154.20 kJ/mol,正电势的极值点主要分布于含氧官能团和苯环中的氢原子附近，最大为221.08 kJ/mol.水分子处于羧基、羟基、羰基和醚键处的4种二聚体结合能分别为-47.76,-29.44,-40.45和-23.36 kJ/mol,其中静电作用分别占总吸引能的65.92%,67.45%,55.99%和65.19%.分子中原子理论(AIM)拓扑分析估算的总氢键结合能遵循羧基>羟基>醚键>羰基，处于羰基附近的水分子与褐煤结构单元的其他部分相互作用太强，使得水分子与羰基间的作用能最小.

• 单位
  中国矿业大学（北京）