【摘 要】
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烃类分子只含有碳、氢两种元素，可以为制备碳材料提供丰富的碳源，然而，由于烃类分子的裂解过程通常在高温，高压等极端条件下进行，虽然可以借助实验仪器对其裂解过程进行分析，但是只能分析单个或多个中间产物，对于研究其详细的裂解机理仍然存在挑战。目前，碳纳米材料的制备过程大多数有金属催化剂的存在，以降低反应所需的温度等，同样地，因反应过程迅速且复杂，其反应机理同样没有得到研究人员的统一认可。本文工作主要包括
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烃类分子只含有碳、氢两种元素，可以为制备碳材料提供丰富的碳源，然而，由于烃类分子的裂解过程通常在高温，高压等极端条件下进行，虽然可以借助实验仪器对其裂解过程进行分析，但是只能分析单个或多个中间产物，对于研究其详细的裂解机理仍然存在挑战。目前，碳纳米材料的制备过程大多数有金属催化剂的存在，以降低反应所需的温度等，同样地，因反应过程迅速且复杂，其反应机理同样没有得到研究人员的统一认可。本文工作主要包括两部分：
（1）利用分子动力学模拟甲烷裂解
在该部分，选取甲烷作为研究对象，通过构建两个长度分别为68.38和147.3?的立方体模型，里面均含有1200个CH4分子，分别在2500,3000和3500K的温度下进行模拟计算，共计六个独立的模拟体系。通过分析六组数据，我们发现在3500K和0.1g/cm3的体系下，形成了一个稳定的碳纳米腔（CNC），该过程经历四个阶段：最初CH4的裂解，随后链的伸长和支链化，环化和环缩合，最后是链的片状化和弯曲，在这些阶段之后，获得一个直径约为3.4nm、含923个C原子及少量H的稳定CNC。
（2）利用分子动力学模拟铁簇在乙烯环境中的渗碳现象
在该部分，我们选取乙烯作为碳源，纳米铁簇作为催化剂，研究金属的渗碳机理。同样的，构建两个立方体模型，边长分别为71.96和155.04?，里面均含有800个乙烯分子和一个由339铁原子组成的Fe纳米团簇，分别在1500,2000和2500K的温度下进行模拟计算。通过分析计算结果，我们发现碳化铁的形成机理主要遵循以下四个步骤：C2H4化学吸附在纳米铁颗粒表面并进行脱氢反应，C2Hx在颗粒表面和内部发生渗透和聚合形成短链，短链的增长和支链化，链发生交联形成更长的链和更多的支链。为金属早期渗碳过程提供了更深入的研究。
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