N-甲基甲酰胺的自扩散和结构性质的分子动力学模拟

冯华杰，聂晶晶，孙振范，陈六平

（1 海南师范大学化学与化工学院，海南 海口 571158；2 中山大学化学与化学工程学院，广东 广州 510275）

引 言

分子扩散系数是描述传递现象的基本物性数据。无论在物理、化学、化工过程中，还是生命系统、环境监控和同位素分离等领域，密度和扩散系数数据都起着非常重要的作用。通常扩散系数的实验测量主要是采用脉冲场梯度核磁共振波谱技术[1-2]和同位素示踪法[3-4]。然而，通过实验测量扩散系数，尤其在高温高压条件下，是非常困难的，而且要花费大量的时间和财力。于是从现有的扩散实验测量得到的数据出发建立经验关联方程[5-9]是获得扩散系数的比较经济的手段。然而，受限于相关参数的确立，关联扩散系数与一些参数的经验方程的应用范围有限。利用分子动力学（molecular dynamics，MD）模拟的方法可以模拟流体在各种条件下的扩散行为，有效地获得扩散系数[10-14]，而且可对宏观的扩散现象的微观本质做深入、系统的研究[15-17]，从而揭示分子的扩散与结构性质之间的关系，加深对分子扩散的微观本质的认识。

N-甲基甲酰胺（NMF）是重要的有机化工原料和中间体，是一种性能较好的有机溶剂，广泛用于有机合成、医药、染料、香料及电解电镀工业等。多年来，学界采用实验和模拟方法对NMF 的自扩散和结构性质进行了研究。Chen 等[18]采用脉冲场梯度核磁共振波谱技术研究了宽广温度和压力范围内（从熔点温度到423 K，压力高达200 MPa）NMF的扩散行为。Cordeiro[19]和Almeida 等[20]分别采用Monte Carlo 模拟方法研究了298 K 和101.3 kPa （1 atm）下NMF 的局部结构，表明N H···O 氢键更强，驱动了NMF 的结构。……