[發(fā)明專利]粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法及質(zhì)子交換膜材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010710715.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN111875826B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冬青;岳寶華;王兆敏;呂維妙;王慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/22
• 分類號(hào): C08J5/22;H01M8/1027;H01M8/1032;G06F30/20;C08L51/08
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種分析質(zhì)子交換膜納米相分離結(jié)構(gòu)的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法，所述質(zhì)子交換膜材料為聚砜接枝聚乙烯基磷酸PSU-g-PVPA；在PSU-g-PVPA分子中，m表示聚砜的聚合度，n表示PVPA的重復(fù)單元，還用于表示接枝PVPA親水側(cè)鏈的長度；

所述分析質(zhì)子交換膜納米相分離結(jié)構(gòu)的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法包括：

(1)確定質(zhì)子交換膜—聚砜接枝聚乙烯基磷酸PSU-g-PVPA的映射方案，構(gòu)建PSU-g-PVPA粗粒化模型；

(2)確定溶劑水分子的映射方案，構(gòu)建水分子粗粒化模型；

(3)基于PSU-g-PVPA粗粒化模型和水分子粗粒化模型，建立水化PSU-g-PVPA體系；

(4)運(yùn)用粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法分析水化PSU-g-PVPA體系的納米相分離結(jié)構(gòu)，在CGMC模擬過程中設(shè)置循環(huán)操作；

步驟（1）中，設(shè)計(jì)的質(zhì)子交換膜是接枝膦酸化側(cè)鏈的聚砜類質(zhì)子交換膜PSU-g-PVPA；通過映射建立PSU-g-PVPA分子的粗粒化模型，以密度、勢能、分子構(gòu)型性質(zhì)為目標(biāo)函數(shù)，采用試錯(cuò)法優(yōu)化PSU-g-PVPA分子粗粒化力場；

步驟（2）中，具體包括：四個(gè)水分子被粗粒化為一個(gè)水珠，采用綜合回歸法擬合粗粒化水的力場參數(shù)，利用水的實(shí)驗(yàn)密度和蒸發(fā)焓為目標(biāo)性質(zhì)，得到與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的力場參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的分析質(zhì)子交換膜納米相分離結(jié)構(gòu)的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法，其特征在于，所述水化PSU-g-PVPA基于PSU-g-PVPA粗粒化模型和水分子粗粒化模型進(jìn)行建立；PSU-g-PVPA粗粒化模型的聚砜骨架中的苯環(huán)由6個(gè)CA珠子表示；醚氧原子由O珠子表示；C(CH₃)₂基團(tuán)由C3珠子表示；SO₂鏈節(jié)片段由SO珠表示；

側(cè)鏈對(duì)主鏈的相對(duì)位置，用Dummy珠子表示；

側(cè)鏈中，C2珠子表示(CH₂)₂結(jié)構(gòu)片段，P珠子表示PO(OH)₂結(jié)構(gòu)片段；

四個(gè)水分子粗粒化為一個(gè)水珠子W4。

3.如權(quán)利要求1所述的分析質(zhì)子交換膜納米相分離結(jié)構(gòu)的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法，其特征在于，步驟（3）中，PSU-g-PVPA分子和溶劑水分子的粗粒化力場采用的勢函數(shù)類型是Harmonic勢函數(shù)和Lennard-Jones(12-6)勢函數(shù)。

4.如權(quán)利要求1所述的分析質(zhì)子交換膜納米相分離結(jié)構(gòu)的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)/蒙特卡洛模擬方法，其特征在于，步驟（3）中，水化PSU-g-PVPA體系是由50條粗粒化PSU-g-PVPA高分子鏈和2000個(gè)水珠組成；該體系的拓?fù)湮募舜至Ｗ幼鴺?biāo)，鍵連、鍵角與二面角連接信息；基于PSU-g-PVPA分子和水分子粗粒化力場模型構(gòu)建水化PSU-g-PVPA體系的粗粒化力場；

步驟（3）中，水化PSU-g-PVPA體系的盒子的邊長是粗粒化PSU-g-PVPA高分子鏈長的2倍以上。