二氧化碳水合物-水界面能的模拟

二氧化碳水合物是一种冰状非化学计量包含固体 compound，关乎全球气候变化、气体运输和储存。控制二氧化碳结晶的热力学和动力学机制至关重要，取决于水合物-水界面自由能。界面能值存在大量不确定性，源于实验条件的差异。在此情况下，我们假设，准确的水和二氧化碳分子模型结合计算机仿真工具可提供一种替代且互补的方式，从分子层面估算平衡条件下的界面能。我们采用先进的计算方法，包括新颖的 Mold Integration 方法，在平衡条件（三相平衡或解离线）下评估了二氧化碳水合物的界面自由能。我们的计算基于界面自由能的定义、标准统计热力学技术以及来自文献最可靠且被广泛使用的水 (TIP4P/Ice) 和二氧化碳 (TraPPE) 分子模型。我们发现，仿真提供的界面能值在平衡条件下与实验结果一致，其热力学定义。由于基于两种准确预测分子模型：(1) 冰-水界面自由能；(2) 二氧化碳水合物的解离线，因此我们的计算可靠。计算机仿真预测为二氧化碳界面能提供了替代且可靠的估计。我们的开创性工作表明，从真正的计算分子层面可以预测水合物的界面能，这为水合物的自由能确定开辟了新道路。