电场辅助水合物生成与分解研究进展

何 燕， 高昊然， 巢 昆， 王 飞

(青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061)

根据施加电场强度的不同，本工作将相关研究情况分为3类：强电场(107～109V·m-1),中等电场(104～106V·m-1)和弱电场(10～102V·m-1)，并探讨不同电场环境对水合物生成或分解的作用。

1 强电场强度下水合物研究现状

由于强电场(107～109V·m-1)的实验条件苛刻、危险性大，近些年学者们主要进行分子动力学模拟研究，分析强电场条件下水合物分解动力学以及分解后液态水的记忆效应、热效应，得出相应的反应规律及作用机理。

1.1 电场下水的记忆效应模拟研究

对电场下液态水记忆效应的研究首先由MASSIMILIANO提出。在260～310 K、峰值强度为109V·m-1的脉冲电场的条件下对液态水进行非平衡分子动力学模拟，研究了系统偶极子和个体偶极子的响应，发现它们的自相关函数在较强的电场强度中都表现出较明显的效应[23]。一旦静电场被移除，偶极子就会放松，没有出现记忆或永久的偶极排列，在几十ps内迅速恢复到了脉冲前的形态，这说明水在强电场下缺乏记忆效应。与文献[23]电场的研究结论相近，文献[24]在2.0 V·m-1电场强度，250 K和6.08 MPa的外部静电场中对块状CH4水合物进行了非平衡分子动力学模拟。结果发现，当电场强度高于1.2 V·m-1时,强笼形氢键网络才能产生明显的结构变化。对电离解的RDF分析表明，主晶格转变为非晶结构，同时CH4分子以“纳米气泡”的形式从坍塌的笼中释放出来。在离解后电场去除，CH4分子无法再次进入笼状结构，系统过渡到一个全新的、密度较低的结构，这也说明在强电场下水缺乏记忆效应。……