MS软件的核心模块是 Materials Visualizer。它提供了搭建分子、晶体、非晶态材料、表面和层状结构及高分子材料结构模型需要的所有工具，还提供了软件运行的基本环境和分析工具。本文主要用于建造分子筛及吸附质分子模型。

Sorption模块采用GCMC方法对气体进行吸附模拟，本文主要用来预测

CO2/CH4在分子筛中吸附性质，模拟得到纯组分及混合组分吸附等温线、热力学参数、相互作用能、粒子云分布以及吸附选择性等。

Forcite模块集成了多种成熟的分子力学及分子动力学方法，而引入的周期性边界条件可以使得Forcite模块对固态体系进行研究。Forcite通过对模拟结果的分析整合，进而获得各种结构参数、动力信息以及力学性质等。在本论文中主要用于模型优化及扩散系数计算。

Reflax模块主要用于模拟晶体材料的各种衍射图谱，用于与实验结果验证，Reflax模块有助于晶体结构确定、衍射数据解析，可借助Reflax模块模拟分子筛XRD图谱，与实验数据进行比较。

1。3。2  蒙特卡洛方法文献综述

蒙特卡洛方法(Monte Carlo)[51]通过统计大批微观状态来模拟计算体系的宏观性质。该方法抓取问题的某些特性，通过数学形式来建立概率模型，并根据该模型的描述进行模拟实验，最终获得的结果即为该问题的近似解。

当发生吸附时，主体流体与吸附剂孔壁之间进行粒子交换，这一过程对于吸附剂孔内流体是敞开系统，当达到吸附平衡时化学位相等[52]，所以吸附过程可以使用固定化学位μ、体积V和温度T的μVT巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法来模拟[53-54]。因为化学位固定，所以该系综最合适研究吸附现象[55]。对于分子筛体系，以纯分子筛骨架为GCMC方法模拟计算的初始构形，分子4种运动：平动、转动、插入和删除[56]形成了之后的所有构型。

(1) 分子的移动：分子的移动包括分子平动和转动。

a。 分子的平动：在分子筛中任意选择一个吸附质分子，使它在边长为2δ（δ为最大步长）的立方体内随机平移一个位移而获得新的构形，该构形被接受的概率为：

式中，P为新构形被接受的几率，ΔE为新、旧构形间的能量差，k为玻尔兹曼常数。

b。 分子的转动：在分子筛中任意选择一个吸附质分子与一个转动轴，使该吸附质分子在-δ和+δ（δ为最大转动步长）范围内随机转动一个角度而产生新的构形，此构型被接受的概率为：

(2) 分子的插入：在分子筛的随机位置任意插入一个粒子，其体系接受插入粒子的概率为：

式中，Ni为组分i在分子筛中的个数，fi为组分i在气相中的逸度，V为分子筛晶胞的体积。

(3) 分子的删除：随机从骨架中删除某组分中的某个分子，产生的新构形被接受的概率为：

巨正则蒙特卡洛法可以计算吸附质分子在分子筛中吸附等温线、亨利系数、吸附热、吸附位、吸附质与分子筛之间相互作用能等性质来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-。

在本工作中，我们通过在MFI和JSR模型中挖圆柱孔的方式构建了微孔/介孔复合材料 MFI/MCM-41和JSR/MCM-41模型，然后用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法研究CO2/CH4体系在上述两种分子筛中吸附行为，以此来确定它们的结构特性和对CO2/CH4体系的吸附能力。通过比较实验模拟结果，对CO2/CH4体系在微孔/介孔复合材料MFI/MCM-41中吸附机理作进一步说明。

2  实验部分

2。1  模拟构建

采用 Materials Studio (简称MS)构建了微孔/介孔复合材料MFI/MCM-41模型。X-射线衍射分析表明：MCM-41结构为无定型，其孔结构为一维线型六方密堆而成的圆柱型孔道[57]，因此MCM-41的吸附模拟采用圆柱型模型。本次模拟所采用的模型晶胞参数为：a=4。04011，b=4。03823，c=2。60415 nm，α=β=γ=90°。单位晶胞大小为5。31005 nm3。根据Feuston等人的理论工作[58]，孔密度大约取20 g/cm3。首先建立MFI沸石原胞，并将其拓展为2×2×2超胞，如图1(a)所示。再在沸石分子筛MFI超晶胞上挖出2 nm的介孔孔道，分别用OH基团和H原子饱和表面产生的不饱和Si和O原子，然后得到全原子微孔/介孔复合材料MFI/MCM-41骨架模型，如图1(b)所示。微孔/介孔复合材料JSR/MCM-41的建模方法和MFI/MCM-41相同，如图1(b)、(c)所示。