ReaxFF分子动力学研究α-CPP和β-CPP燃料的热解机理（天津大学）
具有高密度和高比冲的新型燃料分子是航空航天燃料的理想替代品，了解它们的燃烧或热解化学是成功应用的必要条件。作者使用 ReaxFF MD 研究了新型燃料分子环丙烷化 α-蒎烷（α-CPP）和环丙烷化 β-蒎烯（β-CPP）的热解。结果表明，燃料分子的初始热解主要通过三个步骤完成：三元环中的 C 单键断裂形成二自由基，四元环发生开环反应形成内部具有环状结构和双键的二自由基；六元环向三烯烃分子或具有不饱和键的二自由基开环。在 α-CPP 和 β-CPP 的初始反应中， C11H18 → •CH3 + •C10H15 和 C11H18 → •C6H9 + •C5H9 分别占主导地位。进一步分析表明，C5H9 和 C6H9 自由基是热解过程中的重要中间体。动力学计算表明，α-CPP 和 β-CPP 分子的活化能分别为 51.44 kcal/mol 和 49.14 kcal/mol，小于 JP-10、RP-1和其他燃料的活化能。这项工作为在原子水平上揭示高能燃料分子 α-CPP 和 β-CPP 热解的整体反应机理提供了理论基础。
- Pyrolysis mechanism of α-CPP and β-CPP fuels by ReaxFF molecular dynamics, Menghui Chen, etc., Computational and Theoretical Chemistry, 2024, Volume 1240, 114833
从实验和分子模拟的角度探索冶金焦炭的热性能（安徽工业大学）
GB/T 4000–2017 的中国标准方法，无法准确测量大型高炉中的焦炭热性能。因此作者设计了高温下焦炭抗压强度（CCS）试验来检查焦炭的热性能，建立了大型焦炭模型（sp2C17421sp3C6579）。然后进行 ReaxFF 分子动力学模拟，以模拟高温下的焦炭溶液损失（CSL）和 CCS。研究发现，微孔的吸附能和扩散能大于中孔和大孔，表明 CSL 反应主要发生在焦炭微孔中。研究发现，CSL 反应机理是 sp3 C 氧化机理，具有烯酮结构的瞬态，并检测到 CCS 过程分为塑性变形、瞬时断裂和弹性变形和屈服，分别由碳层的局部重建、整体折叠和中心拉伸引起。通过将模拟结果与实验结果进行比较，证明了所获得的机制是有效的。所提出的实验和模拟方法为测量和理解焦炭的热性能提供了一种新方法。
- Exploring the metallurgical coke thermal properties in viewpoint of experiment and molecular simulation, Zhao Lei etc., Chinese Journal of Chemical Engineering, 2024, DOI: 10.1016/j.cjche.2024.06.029
清华烟煤有机显微组分热解的化学键解离：镜质组与惰质组（宁夏大学）
煤热解本质上涉及煤中有机物在热场驱动下的分解化学反应。这在很大程度上取决于煤宏观结构中不同类型化学键的定向解离。煤热解过程中各种化学键解离的温度场调节机制尚未得到。微观角度缺乏对显微组分化学键解离的定量和直观描述。这项工作在综合研究的基础上为显微组分热解提供了化学键解离的见解。建立了温度范围与各种化学键解离之间的关系。定量描述了显微组分的热解动力学特征。通过分子动力学计算，可以直观地描绘显微组分的分子结构演化特征和不同化学键的解离。这项工作可以指导煤炭利用中有序转换调节和化学能级联释放的加强。
- Chemical bond dissociation insights into organic macerals pyrolysis of Qinghua bituminous coal: Vitrinite vs inertinite, Shu Yan etc., Chemical Engineering Science, Volume 300, 5 December 2024, 120603
DME/NH3混合物燃烧机理的原子见解：ReaxFF MD和DFT联合研究（重庆大学）
氨燃料作为一种清洁能源具有广阔的应用前景，但其在实际应用中存在着燃烧速度慢、点火困难等问题。为提高氨的燃烧效率，研究人员提出通过加入二甲醚（DME）等反应性较强的组分来改善其燃烧特性。DME作为一种高质量的清洁能源，具有较高的热值和绝热燃烧温度，能够显著提高氨的反应活性，同时还能够有效减少NOx排放。这一研究的重点是通过先进的分子动力学模拟和密度泛函理论（DFT）方法，深入探讨DME/NH3混合燃料的燃烧机制，为未来绿色能源的开发提供理论依据。
为揭示DME/NH3混合燃料在燃烧过程中的反应路径和化学机制，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。ReaxFF-MD能够在原子尺度上模拟复杂的化学反应，为我们呈现分子之间的相互作用和化学键的演变过程。与此同时，DFT方法则用于计算分子反应的能垒、键解离能及反应位点。这种方法的结合不仅能够精确模拟燃烧过程中的微观机制，还能为实验结果提供有力的理论支持。
通过对DME/NH3混合燃料的深入研究，研究团队为理解这种混合燃料的燃烧机制提供了新的视角：
① 温度对燃烧过程的影响：
研究发现，随着系统温度的增加，燃烧反应的速率显著加快，氧气的消耗量也随之增加。这表明温度的提升能够显著增强燃烧反应的活跃度。此外，在各种温度条件下，氨分子总是先于二甲醚分子被完全消耗。温度越高，二甲醚的消耗速度越快。
② 主要产物生成规律：
随着温度的升高，二氧化碳和水的生成量显著增加。氮元素在燃烧过程中主要形成氮气（N2）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）等产物。随着温度的升高，氮气的生成量减少，而NO和NO2的生成量增加。这表明温度升高有助于NOx的生成。
③ 化学键的演变：
研究通过分析燃烧过程中化学键的变化，发现C-H、C-O和N-H键在反应过程中逐渐减少。随着温度的升高，C-H键完全消耗的时间显著缩短。N-H键的数量在反应过程中没有完全消失，部分以中间产物的形式存在。这表明在燃烧过程中，一些中间产物较为稳定，尤其是在较低温度下。
④ 初始反应路径分析：
二甲醚（DME）的初始反应路径主要以裂解反应为主，生成甲氧基（CH3O）和甲基（CH3）自由基。这一反应占据了所有初始反应中的49.06%，表明其在燃烧反应中占据主导地位。对于氨分子（NH3），初始反应路径则以氧化反应为主，生成H2O2和HO2等产物。这表明氨的燃烧主要通过氧化反应进行。
⑤ NOx排放的反应机制：
研究还发现，自由基（如羟基）在NOx的生成过程中扮演了重要角色。具体而言，羟基通过与HNO和HNO2分子的反应生成NO和NO2。这一反应途径在所有NOx相关反应中占据主导地位，尤其是NO的生成反应发生频率高达183次。
- Atomic insights into the combustion mechanism of DME/NH3 mixtures: A combined ReaxFF-MD and DFT study, Shoutong Diao etc., International Journal of Hydrogen Energy, Volume 80, 28 August 2024, Pages 743-753
Pt77-Ni (110)基底上通过催化甲烷分解增强氢气生产：反应分子动力学研究
能源领域的许多研究人员正在进行一场竞争性的竞赛，以推进氢气作为一种清洁环保的燃料。已经对氢气的不同方面进行了研究，包括其生产、储存、运输和利用。用于氢气生产的催化甲烷分解技术是一种环保工艺，可以避免产生二氧化碳气体，而二氧化碳气体会导致温室效应。催化剂在促进使用该技术快速、经济高效地生产氢气方面发挥着至关重要的作用。在这项研究中，采用反应分子动力学模拟来研究 Pt7 簇装饰在 Ni(110) 催化剂（称为Pt7-Ni (110)）。反作用力场被用来模拟能够形成和离解化学键的原子相互作用。我们使用 Pt7-Ni (110) 催化剂进行的反应分子动力学模拟显示，甲烷分子的数量显著减少，特别是每皮秒约 11.89 个分子。该速率大约是使用 Ni(110) 催化剂的模拟系统的四倍，大约是没有催化剂的纯甲烷系统的六倍。在 150000 fs 的模拟期间，Pt7-Ni (110) 表面上产生的氢分子数量大于 Ni(110) 和纯甲烷系统。这是由于 Pt7-Ni (110) 表面上存在大量离解的氢原子。
- Enhanced production of hydrogen via catalytic methane decomposition on a Pt7-Ni (110) substrate: a reactive molecular dynamics investigation, Rizal Arifin etc., Clean Energy, 2024, Volume 8, Issue 2,Pages 168–176, DOI: 10.1093/ce/zkae017