成庄无烟煤大分子结构研究：模型与分子模拟

"成庄无烟煤大分子结构表征与模型及分子模拟的研究，由相建华和曾凡桂完成，该研究通过综合分析成庄无烟煤的工业和元素数据，利用13C-NMR和XPS等实验技术，建立了煤的大分子结构模型。模型显示，煤的主要构成包括以2、3、4环为主的芳香化合物，最大环数可达5个，脂肪结构以甲、乙基侧链及环烷烃形式存在，含氧官能团以羰基、羟基和醚氧形式出现，氮以吡咯形式存在，而硫含量低未在模型中体现。此外，通过分子力学（MM）和分子动力学（MD）模拟，揭示了煤分子内部和分子间的相互作用机制，如π-π相互作用和氢键、范德华力对结构稳定性的贡献，解释了高煤级煤的近程有序性。该研究的关键词包括成庄煤、分子结构模型、分子力学、分子动力学和能量最小化构型。" 在《成庄无烟煤大分子结构表征与模型及分子模拟》这篇论文中，研究人员探讨了无烟煤的微观结构特性。首先，他们基于成庄无烟煤的工业分析和元素分析数据，结合13C-NMR核磁共振光谱和X射线光电子能谱(XPS)等先进技术，构建了煤的大分子结构模型。这个模型揭示了煤分子的基本构成，其中芳香族化合物占据了重要位置，主要以2、3、4个碳环的结构出现，最大的环可达到5个碳原子。此外，脂肪部分表现为甲基和乙基侧链，以及环状烷烃的形式。 进一步的，模型中9个氧原子分别以羰基（主要为醌基）、羟基和醚氧的形式与大分子结构相结合。值得注意的是，氮原子以吡咯单元的形式存在于模型中，而硫的含量极低，因此在构建模型时没有被考虑进去。 为了深入理解这些大分子结构的稳定性和相互作用，研究者采用了分子力学和分子动力学的方法进行能量最小化模拟。模拟结果显示，煤分子内部的芳香层片之间存在着显著的π-π相互作用，导致它们倾向于以近似平行的方式排列。同时，分子间的氢键和范德华力共同作用，使整个结构达到最稳定的构型。这种结构的有序性在高煤级煤中尤其显著，是由于多分子间的芳香层片定向排列所导致的近程有序现象。 这项研究通过实验和计算方法，为我们提供了关于成庄无烟煤大分子结构的深刻洞察，为煤炭的转化利用、煤化学以及能源科学研究提供了重要的理论基础。