二氧化碳在水中的溶解度：关于水合物核素的有用结果

本文在400 bar的等压线下，通过利用已知的TIP4P/Ice力场描述水分子，以及TraPPE模型描述CO$_{2}$分子，通过计算机模拟确定了二氧化碳 (CO$_{2}$) 在水中的溶解度。特别地，我们确定了CO$_{2}$在与CO$_{2}$液相接触时的溶解度，以及CO$_{2}$在与水合物接触时的溶解度。随着温度升高，液-液体系中CO$_{2}$的溶解度降低；而在水合物-液体系中，CO$_{2}$的溶解度随温度升高而增加。两个曲线在一定温度处相交，从而决定该系统在400 bar下的水合物解离温度 ($T_{3}$)。我们将所得结果与先前工作中使用直接共存技术获得的$T_{3}$进行比较。两种方法的结果一致，我们建议在使用相同介离作用距离的情况下，将该系统的$T_{3}$取为290(2)K。我们还提出了一种新颖的替代方法来评估水合物形成过程中化学势的变化。该新方法基于当含水溶液接触水合物相时，CO$_{2}$溶解度曲线的使用。它严格考虑了含CO$_{2}$水溶液的非理想性，为水合物核素提供可靠的驱动力，结果与其他热力学方法使用的驱动力一致。我们还指出，在相同超冷条件下，400 bar下的甲烷水合物相对于二氧化碳水合物的核素驱动力更大。我们还分析并讨论了介离作用距离的 cutoff 值以及CO$_{2}$的占据率对水合物核素驱动力的影响。