ReaxFF MD模拟的物种和化学反应自动分类及可视化

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作   者：

韩君易;  李晓霞;  郭力;  郑默;  乔显杰;  刘晓龙;  高明杰;  张婷婷;  韩嵩; 

作者机构：

中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室;  中国科学院大学; 

关键词：

VARxMD;  化学反应机理;  反应分类;  反应分子动力学;  物种分类; 

期刊名称：

计算机与应用化学

基金项目：

利用GPU实现大规模复杂体系反应分子动力学模拟的方法
利用反应分子动力学研究煤热解反应中分子与煤颗粒之间的介尺度现象
利用GPU提高分子动力学模拟粒子规模的方法
基于GPU的化合物子结构在线检索方法研究

i s s n：

1001-4160

年卷期：

2015 年 05 期

页   码：

519-526

摘   要：

反应分子动力学(ReaxFF MD)是一种可模拟大规模反应分子体系(>1000原子)的方法,已获得大量应用。本文针对国际上现有的ReaxFF MD模拟平台缺乏从模拟结果中分析反应机理能力的现状,为国际上首个ReaxFF MD模拟结果化学反应分析及可视化工具VARxMD进一步扩展建立了模拟体系的物种自动分类和反应分类能力。本文阐述基于化学结构特征等多种分类规则对ReaxFF MD模拟体系中化学结构复杂、数量众多的物种和化学反应进行自动分类和可视化的策略和方法。通过建立一套灵活的分类规则构建机制,可帮助研究者自主定义和组合考察对象的特征,以建立满足多重目标的分类规则。实现了基于反应体系的物种组成、化学结构、性质等特征的物种自动分类;以此为基础,进一步实现了基于化学反应的组成物种、反应官能团等特征信息的化学反应自动分类方法。为考察ReaxFF MD反应体系的演变规律和具体的反应行为,将物种分类及反应分类所获的对象集合视作一个整体进行化学计量统计,实现了考察对象集合随时间变化趋势的图形化显示,以及指定原子、键、官能团、分子片段、物种的反应路径细节的2D和3D可视化观察。VARxMD独特的物种分类能力在利用ReaxFF MD模拟煤热解反应机理、揭示煤热解不同类别产物的演变趋势方面发挥了关键作用。