關鍵詞：CP2K；烷烴；裂解；高溫；分子模擬

在有氧氣的情況下，物質在高溫下發生的分解稱為燃燒，而在沒有氧氣的情況下則稱為熱解。烷烴的質量越大，支鏈越多，熱解的速率通常也會越大。烷烴的裂解涉及到C-C和C-H鍵的斷裂，是自由基機理。本案例將通過CP2K軟件實現烷烴的熱解反應。

初始模型的構建

首先通過packmol軟件將10個正葵烷插入到3*3*3 nm3的立方盒子中，輸入文件如圖1所示：

圖1 packmol 輸入文件

所構建的初始模型如圖2所示：

圖2 十條正葵烷分子鏈初始模型

在CP2K的輸入文件中任務類型選擇MD，理論方法采用GFN1-xTB，采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設為3500K（溫度設置較高加快反應的進行），熱浴TIMECON設為100，步數STEPS設為50000，步長TIMESTEP設為0.2，部分輸入文件如圖3所示：

圖3 CP2K部分輸入文件

可以看到，隨著模擬的進行，經過10 ps后，正葵烷被裂解為大量的小分子碎片。如圖4所示，體系中不存在完整的正葵烷分子鏈。

圖4 模擬過程中正葵烷分子鏈的裂解情況

我們進一步考察體系中具有不同成鍵數的碳原子的數目變化（圖5），可以看到，有100個C原子的成鍵數都是4，因為體系一開始所有的C原子都來自正葵烷，都屬于sp3碳,10條正葵烷分子鏈總共是100個碳原子。隨著模擬的進行，長鏈烴開始裂解，開始出現短鏈烴烷，烯烴和炔烴，因此C(4)逐漸減少，C(3)，C(2)逐漸增多。C(1)和C(0)主要來自于一些不穩定的分子碎片。從圖6也可以看出，C-C鍵和C-H鍵在數目在反應過程中也在逐漸減少。

圖5 模擬過程中具有不同成鍵數的碳原子的數目變化

圖6 模擬過程中C-C和C-H鍵數目的變化

結語

本案例通CP2K成功實現了正葵烷分子鏈的熱裂解反應，對于相關領域的研究人員和工程師來說，本案例提供了一個有力的工具，可以為解決實際問題提供理論依據和技術支持