[发明专利]粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法及质子交换膜材料

权利要求书

1.一种分析质子交换膜纳米相分离结构的粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法，所述质子交换膜材料为聚砜接枝聚乙烯基磷酸PSU-g-PVPA；在PSU-g-PVPA分子中，m表示聚砜的聚合度，n表示PVPA的重复单元，还用于表示接枝PVPA亲水侧链的长度；

所述分析质子交换膜纳米相分离结构的粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法包括：

(1)确定质子交换膜—聚砜接枝聚乙烯基磷酸PSU-g-PVPA的映射方案，构建PSU-g-PVPA粗粒化模型；

(2)确定溶剂水分子的映射方案，构建水分子粗粒化模型；

(3)基于PSU-g-PVPA粗粒化模型和水分子粗粒化模型，建立水化PSU-g-PVPA体系；

(4)运用粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法分析水化PSU-g-PVPA体系的纳米相分离结构，在CGMC模拟过程中设置循环操作；

步骤（1）中，设计的质子交换膜是接枝膦酸化侧链的聚砜类质子交换膜PSU-g-PVPA；通过映射建立PSU-g-PVPA分子的粗粒化模型，以密度、势能、分子构型性质为目标函数，采用试错法优化PSU-g-PVPA分子粗粒化力场；

步骤（2）中，具体包括：四个水分子被粗粒化为一个水珠，采用综合回归法拟合粗粒化水的力场参数，利用水的实验密度和蒸发焓为目标性质，得到与实验结果一致的力场参数。

2.如权利要求1所述的分析质子交换膜纳米相分离结构的粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法，其特征在于，所述水化PSU-g-PVPA基于PSU-g-PVPA粗粒化模型和水分子粗粒化模型进行建立；PSU-g-PVPA粗粒化模型的聚砜骨架中的苯环由6个CA珠子表示；醚氧原子由O珠子表示；C(CH₃)₂基团由C3珠子表示；SO₂链节片段由SO珠表示；

侧链对主链的相对位置，用Dummy珠子表示；

侧链中，C2珠子表示(CH₂)₂结构片段，P珠子表示PO(OH)₂结构片段；

四个水分子粗粒化为一个水珠子W4。

3.如权利要求1所述的分析质子交换膜纳米相分离结构的粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法，其特征在于，步骤（3）中，PSU-g-PVPA分子和溶剂水分子的粗粒化力场采用的势函数类型是Harmonic势函数和Lennard-Jones(12-6)势函数。

4.如权利要求1所述的分析质子交换膜纳米相分离结构的粗粒化分子动力学/蒙特卡洛模拟方法，其特征在于，步骤（3）中，水化PSU-g-PVPA体系是由50条粗粒化PSU-g-PVPA高分子链和2000个水珠组成；该体系的拓扑文件包含了粗粒子坐标，键连、键角与二面角连接信息；基于PSU-g-PVPA分子和水分子粗粒化力场模型构建水化PSU-g-PVPA体系的粗粒化力场；

步骤（3）中，水化PSU-g-PVPA体系的盒子的边长是粗粒化PSU-g-PVPA高分子链长的2倍以上。