[发明专利]基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法

权利要求书

1.一种基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、读取单层石墨烯数据，根据石墨烯的原子位置，剪切成双十字形石墨烯，划定九个区域，其中，利用大规模原子分子并行模拟器计算双十字形石墨烯每个原子位置；

步骤2、根据各区域边界上石墨烯方向及碳原子的坐标，加入氢原子形成氢化石墨烯；

步骤3、选取能够描述氢化石墨烯碳氢体系中原子间相互作用力的势函数，选取的势函数为AIREBO势函数，能量公式为：

式中，E_ij^REBO代表的是REBO的势函数的能量公式，b_ij表示的是两个原子i和j之间的键序，D_ij和σ_ij是Lennard-Jonesde势函数的参数，D_ij为势能阱的深度，σ_ij是两原子之间互相作用的势能正好为零时的距离，r_ij是原子i和原子j之间的距离，r_c是截断半径；

步骤4、设定系统弛豫与分子动力学模拟的参数；

步骤5、对氢化石墨烯片进行能量最小化计算，确定氢化石墨烯的能量最优结构，将体系势能信息导入Origin进行数据可视化处理，得到随时间和势能的关系曲线；

步骤6、计算步骤5所得的氢化石墨烯模型极化效应，输出每个原子的坐标以及电荷量，将输出的模型坐标与电荷文件导入可视化软件Ovito进行可视化分析，得到具有极化特性的氢化石墨烯模型；

步骤7、根据步骤6所得到的氢化石墨烯模型的极化特性，加入强度可变的电场和C₆₀及C₁₈₀分子，实现氢化石墨烯盒的对C₆₀及C₁₈₀分子的可控吸收及释放。

2.根据权利要求1所述的基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，其特征在于，根据各区域边界上石墨烯方向及碳原子的坐标，加入氢原子形成氢化石墨烯，具体为：

根据划定的各区域边界上石墨烯的方向，在扶手椅形石墨烯三线碳原子上添加氢原子，在锯齿形石墨烯双线碳原子上添加氢原子。

3.根据权利要求2所述的基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，其特征在于，氢原子坐标以碳原子坐标为基础设定：

氢原子坐标在X和Y方向上均保持与碳原子坐标一致，在Z方向上增加其中，为尺寸单位埃。

4.根据权利要求1所述的基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，其特征在于，设定的系统弛豫与分子动力学模拟的参数包括等温等压系综控温条件、能量最小化、邻域列表、电场方向。

5.根据权利要求1所述的基于分子动力学的氢化石墨烯纳米盒的模拟方法，其特征在于，步骤6中使用ReaxFF 计算氢化石墨烯盒的极化特性，所述ReaxFF反应力场公式为：

E_system＝E_bond+E_over+E_under+E_val+E_pen+E_tors+E_conj+E_vdWaals+E_Coulomb

其中E_bond对应键能，E_over和E_under分别代表欠配位原子能和过配位原子能E_val、E_pen、E_tors、E_conj、E_vdWaals和E_coulomb分别是键角项、损耗项、扭角能、共轭效应对分子能、非键合的范德华相互作用和库仑相互作用。