金属纳米粒子嵌入金属有机骨架材料形成机理的多尺度计算模拟

项目名称： 金属纳米粒子嵌入金属有机骨架材料形成机理的多尺度计算模拟

项目编号： No.21303165

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 陈德利

作者单位： 浙江师范大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 金属有机骨架(MOFs)材料作为一种新功能材料，有着广泛的应用前景，已经引起了极大的关注。MOFs材料具有非常规则的纳米尺度孔道、配位的高度灵活性、以及不错的热稳定性，有望成为负载具有催化活性的金属纳米粒子的优良载体。然而，关于金属纳米粒子嵌入MOFs复合材料的实验和理论研究都处于起步阶段。本项目将研究：1）采用可靠的量子化学方法对该复合材料进行计算模拟，以此为基础拟合基于键级的反应力场（ReaxFF）相关参数；2）应用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法模拟金属纳米粒子在MOFs孔道中的结构稳定性、扩散以及聚合等性质；3）从理论上分析金属纳米粒子和MOFs的孔道大小与结构特点对该复合材料形成机理的影响。本项目旨在揭示金属纳米粒子在MOFs中的动力学行为，为实验上合成具有潜在应用价值的催化新材料提供理论上的支持，并对进一步研究该材料的催化机理打下理论基础。

中文关键词： 金属有机骨架材料；金属团簇；从头算分子动力学；密度泛函理论；

英文摘要： As a new functional material, metal-organic frameworks (MOFs) has attracted great interests due to their broad range of important applications. MOFs has fascinating properties, such as highly ordered nanopores,excellent coordination flexibility, and good thermal stability, making them promising candidates as templates for loading metal nanoparticles with catalytic activity. However, research on metal nanoparticle encapsulated MOFs is at an immature stage. Herein, we propose to: 1)use reliable quantum mechanical methods to compute necessary data for the studied systems as benchmark to fit parameters of reactive force field (ReaxFF); 2)employ ReaxFF based molecular dynamics to simulate structural stability, diffusion, and aggregation of metal nanoparticles encapsulated in MOFs; 3)analyze how the size and structure of metal nanoparticles and MOFs affect the formation of MOFs based composite materials. We aim to reveal the dynamic properties of metal nanoparticles in MOFs, which will be helpful to synthesize new catalytic materials and play a key role to study the catalytic mechanism in future.

英文关键词： metal organic framework；metal cluster；ab initio molecular dynamics；density functional theory；