氮气水合物解离线与晕核驱动力的计算机模拟研究

本文通过计算机模拟采用 TIP4P/Ice 模型描述水分子，采用 TraPPE 力场描述氮气 (N$_2$)，确定氮气水合物的解离线。我们采用最近由部分作者提出的溶解度方法，在 500至 1500 巴bar 的压力下计算水合物的解离温度。特别地，我们计算了氮气在与氮气富集液相接触时以及与水合物相接触时（通过平面界面）在不同温度下的溶解度。由于氮气在第一种情况下随温度升高而溶解度降低，而在第二种情况下随温度升高而溶解度增加，两条曲线在某一温度处相交，从而确定给定压力下的解离温度。我们发现本工作得到的预测结果与文献中在本文所考察的压力范围内的实验数据表现良好一致。基于我们对氮气在水溶液中溶解度曲线的了解，我们亦确定了水合物晕核的驱动力，作为不同压力下温度的函数。具体而言，我们采用两种不同的热力学路径评估水合物形成的化学势变化。尽管随压力升高，晕核驱动力的绝对值略有减小，但我们的结果表明在本文所考察的压力范围内，压力的影响可被视为可忽略的。据我们所知，这是首次从计算机模拟中研究呈现晶体结构 sII 类型水合物解离线及其晕核驱动力。