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研图汇 | 分子动力学

一、基本原理

分子动力学模拟将体系中的每个原子视为遵守牛顿第二定律的粒子,根据分子的势能函数,得到作用在每个原子上的力,给定初速度和演化的步长,利用牛顿运动定律求解运动方程,便得到原子在势能面上的运动轨迹。在一定的时间内,通过对体系中分子、原子运动状态的模拟,从而以动态方式观察体系随时间演化的行为。
21世纪的科学已经不再是实验与理论平分秋色,而是实验、模拟、理论三分天下,模拟是联系理论与实验的纽带,在解释实验现象,预测理论结果中起着关键作用,对于研究分子的学科,无论从事哪个领域的研究,理解并实践分子模拟都够增强你对新问题的分析力和洞察力。
分子动力学模拟是分子模拟中最接近实验条件的模拟方法,能够从原子层面给出体系的微观演变过程,直观的展示实验现象发生的机理与规律,促使我们的研究向着更高效,更经济,更有预见性的方向发展,因此,分子动力学模拟在生物,药学,化学,材料科学的研究中发挥着越来越重要的作用。

二、计算项目

  • 固态(金属,非金属,半导体等)

  • 液态(水,溶液)

  • 软物质(高分子,DNA,蛋白质)

  • 粗粒化物质


三、文献报道

图3 电解质和SEI/CEI的选择和评估。( Nat Energy (2022). https://doi.org/10.1038/s41560-022-01033-6)


图5 对Fe-N4活性位点的理论分析:(a)Fe-N4/Fe4-N6活性位点自发吸附OH配体的原子结构模型;(b)ORR机理示意图;(c)ORR自由能图;(d)25℃和80℃时,Fe-N4物种中Fe-N的径向分布函数分布;(e)80℃下的MD模拟。(Nat Commun 13, 2963 (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30702-z)

图3 a)Zn2+去溶剂化和传输过程中的键能;b)MD模拟通过SIP涂层界面的离子传输快照。(Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202203153)

图6. Fe3C@N/MCHSs催化剂电子结构表征及理论计算。(a,b) Mott-Schottky异质结接触前和接触后Fe3C和NG的能带图;(c) ORR催化机制;(d, e) Fe3C@NG模型的电荷分布;(f) Fe3C@NG模型上的ORR过程;(g) 能量阶梯示意图;(h) G,NG,Fe3C和Fe3C@NG不同活性位点在ORR催化过程中各步骤的能量变化;(i) Fe3C@NG在不同势能下的能量分布图;(j) Fe3C@NG在0.5 M H2SO4溶液中的分子动力学(MD)模拟。(Advanced Functional Materials (2022): 2200397. https://doi.org/10.1002/adfm.202200397)

图 5. 使用 NaTFSI-SFH 电解质在不同施加表面电荷密度下电解质/电极界面的 MD 模拟。(a) Na 阳极和 (b) NVPOF 阴极表面的界面吸附层的正视图和侧视图,电荷密度分别为 0.0、7.9 和 11.0 μC/cm2。(c) 垂直于电极表面的 Na+、TFSI-、SL、FEC 和 HTCN 分子质心的密度分布,电荷密度分别为 0.0、7.9 和 11.0 μC/cm2 在 z 轴上。如虚线所示,阳极和阴极表面位于 z = 13.0 和 86.50 Å。(ACS Energy Lett., 2022, DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01100.)



部分中稿文章:
1. 福建师范大学洪振生教授PNAS |  钠离子电池硬碳负极的超快合成
2. 武汉理工麦立强教授、周亮教授Angew. Chem. Int. Ed.:具有独特溶剂化结构的共晶电解液助力高性能锌离子电池


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研图汇技术经理

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