本文利用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)研究了微波條件下氯化鈉-二甲基亞砜水溶液的氫鍵及殼層結(jié)構(gòu)特性。水分子在溶液中由于氫鍵存在更親近于二甲基亞砜分子而非離子，微波輻照下離子水殼層結(jié)構(gòu)更容易被破壞，對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。并且微波輻照時(shí)離子周圍的水殼層相對于二甲基亞砜分子形成的殼層結(jié)構(gòu)更脆弱，這就對微波輻照下的化學(xué)反應(yīng)選擇合適的溶劑提供了理論依據(jù)。所以微波能在除熱效應(yīng)之外還會(huì)通過影響離子殼層結(jié)構(gòu)和氫鍵構(gòu)象對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。

　　微波能應(yīng)用在近期的發(fā)展中已取得很大進(jìn)步，其中微波支持的化學(xué)反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室已取得成功，但在化工生產(chǎn)行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用微波能仍存在很大問題，尤其是大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)屬于液相反應(yīng)。關(guān)于微波能的熱與非熱效應(yīng)在極性液態(tài)體系中實(shí)驗(yàn)測量方法有介電弛豫譜、二維紅外探測振動(dòng)回波譜、中子非彈性散射、X射線衍射、核磁共振譜和時(shí)域反射法等，然而上述實(shí)驗(yàn)方法中很難在微波輻照條

　　件下測量。最近，非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)仿真被廣泛地運(yùn)用在微波條件下分子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)特性的研究中。其中Niall　J.English運(yùn)用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法研究了外電磁場條件下水的氫鍵結(jié)構(gòu)，Kai-Tai　Chang等也用分子動(dòng)力學(xué)原理探究了外磁場對水分子結(jié)構(gòu)的影響，Lars　Thrane等分別運(yùn)用太赫茲光譜和分子動(dòng)力學(xué)方法闡述了溫度相關(guān)的水的介電馳豫過程，Zijie　Lu等利用介電光譜分析了濃度相關(guān)的二甲基亞砜水溶液氫鍵結(jié)構(gòu)特性。在研究非平衡態(tài)下溶液結(jié)構(gòu)中，分子動(dòng)力學(xué)研究可以準(zhǔn)確地模擬在微波輻照下溫度、濃度等變化對物質(zhì)的影響。本文對工業(yè)上常用溶劑二甲基亞砜與氯化鈉水溶液分別模擬了二甲基亞砜與氯化鈉水溶液在不同溫度條件、微波輻射下溶液中粒子結(jié)構(gòu)的改變，研究微波作用對離子水殼層結(jié)構(gòu)和氫鍵產(chǎn)生的影響。

　　1、分子動(dòng)力學(xué)模擬

　　Ding　Pan等采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了極化條件下水的介電特性，得出了地殼內(nèi)高溫高壓時(shí)水及巖石的介電常數(shù)隨溫度、壓強(qiáng)等的關(guān)系，本文模擬了分子動(dòng)力學(xué)在加入微波場、濃度及溫度等多因素條件時(shí)溶液微觀結(jié)構(gòu)的改變，并通過函數(shù)關(guān)系來模擬微觀粒子結(jié)構(gòu)變化和物質(zhì)介電性能的變化。首先，氯化鈉-二甲基亞砜水溶液仿真涉及260個(gè)水分子和240個(gè)二甲基亞砜(DMSO)分子置于一各相同性的盒子當(dāng)中，水分子采用SPC/E模型，離子和分子相互作用等相關(guān)參數(shù)可以從Ashok　K.Das[17]獲得。水浴溫度分別為283，298，313K，氣壓為1×105　Pa，在盒子的三維施加周期性邊界條件。分子模擬平衡過程采用Verlet　velocity算法，電磁場施加在NVT條件下以用來隔離熱效應(yīng)對整個(gè)過程的影響。電場強(qiáng)度ERMS =3×105　V/m (Emax =槡2ERMS )。仿真過程步長1fs，平衡過程500ps，每50fs進(jìn)行一次存儲(chǔ)。

　　結(jié)論

　　在微波輻照下的氯化鈉-DMSO水溶液中，DMSO的濃度影響氫鍵的穩(wěn)定性，并且DMSO可以與水分子形成比水分子之間更穩(wěn)定的氫鍵結(jié)構(gòu)。氫鍵是水溶液中存在的較強(qiáng)的分子間相互作用，這種關(guān)系使水分子更容易聚集在DMSO分子周圍而非離子。此外離子周圍形成的DMSO殼層結(jié)構(gòu)在微波輻照下比水殼層穩(wěn)固。這些溶液中的分子結(jié)構(gòu)特性有助于在微波輻照下極化環(huán)境化學(xué)反應(yīng)中來控制反應(yīng)速率，為微波能在化工領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用提供先驗(yàn)信息。