添加2,5-二甲基呋喃对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变分析:实验研究与ReaxFF MD模拟（安徽工业大学）
生物燃料作为一种可再生能源，其性质与普通汽油和柴油非常相似。呋喃类生物燃料作为最具代表性的第二代生物燃料具有众多优点，如生产原料主要为纤维素而非粮食以及油料作物，不会与国家粮食保障的规定形成矛盾，并且此类生物燃料与石油的能量密度相当，这样将其与石油燃料混合不会引起发动机性能结构的重大改变。2,5-二甲基呋喃 (DMF) 是一种典型的呋喃类生物燃料，具有许多优点：能量密度与汽油相似、高沸点以及不溶于水等。基于此，本文主要进行DMF对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变研究。
结合层流扩散燃烧实验，本文采用 AMS 软件中 ReaxFF MD方法模拟研究了2,5-二甲基呋喃掺混对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变。
研究表明，随DMF掺混比的增加，正庚烷/异辛烷的层流扩散火焰高度逐渐升高。在高度一致的情况下，采集到的初级碳烟颗粒数量先减小后增加；初级碳烟颗粒的尺寸也随着DMF掺杂比的增大先增大后减小。透射电子显微镜（TEM）分析表明，DMF最初抑制了正庚烷/异辛烷火焰中初级碳烟颗粒产生，随后又促进了其生长。随着DMF掺混比的增加，核壳比先增大后减小，这表明碳烟的成熟度先减小后增大。在ReaxFF MD模拟中，掺混了DMF的正庚烷/异辛烷热解过程分为：燃料在第一阶段分解，在第二阶段发生剧烈反应。碳烟前驱体持续发生反应，分子尺寸不断增大，多环芳烃（PAHs）持续增加。第三阶段，最大分子的含碳原子数缓慢增加，碳烟发展进入成熟阶段，H/C比值缓慢下降。通过ReaxFF MD模拟发现，随着DMF掺混比的增加，碳烟的成熟度呈现先减小后增大的趋势。类石墨烯结构主要集中在H/C比为0.297的区域。
- Analysis of the nanostructure evolution of soot in n-heptane/iso-octane with 2,5-dimethylfuran addition: A combined experimental study and ReaxFF MD simulations, W. Dong, R. Hong, Y. Yang, D. Wang, B. Qiu, H. Chu, Combustion and Flame, 2024; 270: 113751. DOI: 10.1016/j.combustflame.2024.113751
基于分子反应动力学对炭-H2O/CO2气化过程中钙物种催化机理的洞察（宁夏大学）
钙在炭气化过程中具有一定的催化作用，并影响气化产物的分布和组成。因此，深入了解钙在气化过程中的反应性质和机理对气化过程具有重要意义。反应力场分子动力学（ReaxFF MD）是一种探索复杂化学反应的方法，为深入研究钙在煤气化过程中的反应特性提供了不可或缺的帮助。在这项工作中，采用ReaxFF MD构建了不同条件下的气化反应，并通过计算气化产物的分布以及不同条件下钙物种的变化，研究了钙对气化过程中产物的影响。同时，通过计算气化剂和钙结合后的气化剂的电荷和静电势，以及不同原子之间的径向分布函数，进一步研究了钙在煤焦气化过程中的催化机理。研究表明，在气化过程中，炭中钙的释放与气化剂中的氧原子结合，导致O-H或C=O键能降低，从而促进气化剂的裂解。值得注意的是，与CO2相比，Ca在气化过程中很容易与H2O分子中的O形成离子键，从而更容易破坏O-H键。
- Insights into the catalytic mechanism of calcium species during char-H2O/CO2 gasification based on molecular reaction dynamics, Qifu Luo, etc., Journal of the Energy Institute, Volume 117, December 2024, 101831
加氢乙烯逆扩散火焰微观结构及烟尘形成机理研究（宁夏大学）
氢气对燃料产生烟尘的倾向有很强的影响。本研究旨在研究氢气添加对乙烯/氧气反向扩散火焰中烟尘形成及其结构演变的影响。作者使用了激光光谱用于测量烟尘的空间分布，拉曼光谱用于表征烟尘的纳米结构。此外，使用ReaxFF分子动力学模拟分析了氢气添加对烟尘形成途径的影响。
结果表明，增加氢气添加量（α）会逐渐延迟烟尘形成并缩小火焰半径。当氢气含量为 40% 时，烟尘峰值减少约 64.7%。拉曼光谱显示，在烟尘生长过程中，石墨粒径和无定形碳含量都有所增加。在烟尘纳米结构的演化过程中，以 sp 碳链为主的初始颗粒逐渐重组形成 sp2 芳香碳结构，这与烟尘浓度和石墨晶体尺寸的同时增加是一致的。值得注意的是，这些石墨结构颗粒的晶体尺寸集中在 1.6-2.3 nm 范围内，表明它们正处于从无定形到微晶的过渡阶段。
然而，在火焰结束时，由于 OH 自由基的氧化，粒径和无定形碳含量同时降低。该研究证实了烟尘形成和氧化过程对火焰中纳米结构的影响。拉曼光谱还表明，烟尘氧化反应性沿火焰轴向呈非线性变化，最初受火焰温度升高时逐渐石墨化的控制。
分子动力学模拟阐明了多环芳烃（PAHs）初始烟尘的成核和生长机制。这些模拟结果表明，气相中氢含量的增加降低了多环芳烃的聚集能力，并延迟了初始烟尘颗粒（C41+）的形成。随着烟尘的生长，其形态逐渐从最初的密集、弯曲和旋转的纺锤形演变为平面结构。这种氢参与的主要趋化作用是阻碍不饱和烃的脱氢反应（H + CmHn → CmHn-1 + H2），从而抑制烟尘前体的形成，导致整体烟尘浓度降低。
- Study on the microstructure and soot formation mechanism of hydrogen addition ethylene inverse diffusion flame, Runmin Wu, etc., International Journal of Hydrogen Energy, 2024, Volume 88, Pages 39-51
无机磷酸铵盐抑制甲烷/煤尘混合爆炸的反应行为和机理：ReaxFF MD 结合 DFT 研究（重庆大学）
无机磷酸铵盐粉体由于其优良的抑爆性能长期以来被人们广泛关注，其对瓦斯煤尘复合爆炸的有效性已经在众多实验及工程现场得到充分验证，主要通过定性定量分析无机磷酸铵盐粉体如 NH4H2PO4、(NH4)2HPO4 等对瓦斯煤尘复合爆炸压力演化、火焰传播等宏观特征的影响，然而无机磷酸铵盐粉体抑爆剂抑制瓦斯/煤尘复合爆炸的详细反应过程及其微观作用机理尚未了解。
为了揭示无机磷酸铵盐粉体抑爆剂抑制瓦斯/煤尘复合爆炸的详细反应过程及其微观特征，研究团队采用反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）与密度泛函理论（DFT）相结合的数值模拟方法对无机磷酸铵盐在抑制瓦斯煤尘混合爆炸反应中的分子动态演变过程及潜在反应机理进行了深入的研究。本研究为无机磷酸铵盐粉体抑制爆炸的反应进程提供了更多见解，有助于开发设计高效的抑爆剂。
相同质量分数的NH4H2PO4对CO2的抑制作用更显著，(NH4)2HPO4则生成更多H2O，在反应过程中无机磷酸铵盐抑制剂不仅对复合爆炸过程中CH4的初始反应步骤产生影响，同时吸收爆炸反应进程中的活性自由基(H/O/OH)及中间产物(CH3/CH2O)以阻抑链反应的继续发展。其中，NH4H2PO4主要通过HPO3→PO2→PO→HPO2→HPO3循环反应路径进行抑制，而(NH4)2HPO4在此基础上增加了H2PO4→H3PO4→H2PO3→H2PO4、HPO3→HPO2→H2PO3→H2PO4→HPO3两条循环反应路径。此外，NH4H2PO4的加入使C40+的分解速度下降35.3%，(NH4)2HPO4的加入使C40+的分解速度下降47.2%。同时，由于无机磷酸铵盐团聚效应及吸水效应，模拟过程中抑制剂的最佳抑制浓度表现为1：1。该浓度下，抑制剂的加入不仅延迟了复合爆炸过程中脂肪键、醚氧桥键断键的时间即煤分子分解时间，同时延迟了煤分子开环反应的时间即煤分子氧化时间。随着抑制剂质量分数的增加，其更易吸附大量水分子及含磷化合物，使原本开环反应后的物质重新连接而形成新的大分子基团，以阻抑反应的下一步氧化分解。
- Reactive behaviors and mechanism of methane/coal dust hybrid explosions inhibited by NH4H2PO4 and (NH4) 2HPO4: A combined ReaxFF-MD and DFT study, Jiachen Wang, etc., Chemical Engineering Journal, 2024, DOI: 10.1016/j.cej.2024.155577
探索使用降冰片基衍生物的高能量密度电子燃料
可持续航空燃料（SAF，eFuel）主要由多环烃组成，是传统化石喷气燃料的有前景的替代品。它为立即实现碳中和提供了更清洁的选择。本研究主要关注含有七个碳原子的降冰片烯衍生物（C7Hx），包括降冰片二烯（NBD）、四环烷（QC）、降冰片烯（NBN）、[2.2.1] 螺桨烷（PPL）和降冰片烷（NBA）。这些化合物是高能量密度（HED）燃料或前体分子的成分。
了解它们的化学电子结构揭示了能量是如何储存在 HED 化合物中的。利用密度泛函理论（DFT）计算了碳核磁共振（13C NMR）化学位移和C1s核心电子结合能（CEBE）性质。结果表明，饱和 C-C 单 σ 键和应变多环烷烃结构是这些烃的主要储能机制。本研究为可持续 HED 航空燃料（eFuel）的发展提供了宝贵的理论见解。
- Polycycloalkanes at the Helm: Exploring high energy density eFuel with norbornyl derivatives, Feng Wang, Delano P. Chong, Materials Today Chemistry, 2024, DOI: 10.1016/j.mtchem.2024.102264