开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
纳米材料从广义上讲是指三维空间中至少有一维在1nm至l00nm之间的结构材料的总称。三维尺寸均为纳米级的纳米粒子被称为零维纳米材料。在尺寸空间上有两个维度处于纳米尺度范围的纳米材料称为一维纳米材料,例如纳米管,纳米线以及纳米棒等。如果只有一个维度处于纳米尺度范围的则称为二维纳米材料,比如纳米膜、片或层。(l-l00)mn大约相当于(10-100)个原子紧密排列在一起的尺度,因此从微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种介观系统。它具有小尺寸效应、量子效应、表面效应、量子隧道效应等特殊的物理效应。随着人们对纳米材料领域研究的扩大和深入,人们发现很多大l00nm的材料也表现出独特的纳米尺寸效应。因此在目前的科学研究中,已经没有l00nm以下的绝对限制,那些具有独特的纳米尺寸效应,完全不同于微米尺度的结构特征的材料被统称为纳米材料[1]。纳米材料的性质和应用价值不仅与其尺寸大小有关，而且与其形状和晶体学特征(物相等)密切相关，所以探索纳米材料的形状和物相控制合成方法是目前化学、材料、晶体、物理学等多学科领域共同关注的焦点。相对于颗粒尺寸的控制而言，形状的控制更为困难。这是由于处于高能量状态的纳米粒子倾向于相互团聚并长大，而且环境的变化也可能影响纳米粒子的生长，因此，用常规方法得到的纳米粒子一般为尺寸分布较宽球形粒子。在纳米粒子的成核一生长过程中，如果环境是稳定且均匀的，则有可能得到形状规则且单分散性好的纳米粒子。
其中纳米银是纳米粒径的金属银单质，粒径大多在25 nm左右。银纳米粒子在电学、光学和催化中的优越性能和广泛的应用前景及其在生物传感中的应用引起了人们的极大关注[2]。 这些特征和应用与银纳米颗粒的尺寸和形态有关。通过控制银纳米粒子的尺寸和形态，可以控制和调节其物理和化学性质[3, 4]。因此，研究银纳米粒子的大小和形态的控制是很有意义的。在过去的实验中，人们发现了很多方法来可控制备规则的纳米银材料。吴青松等人发现采用聚氧乙烯十二烷基醚（BRIJ35）的表面活性剂，用硼氢化钠和柠檬酸钠还原硝酸银，在不同温度下生成了不同尺度的三角板纳米银，整个过程不需要光照条件，并探讨了实验反应中相关条件的影响[5, 6]另外，Mirkin等人利用光诱导法成功制备出三角板纳米银，并用离散偶极逼近法理论计算得到的三角形棱柱[7]。Xia等人采用热转化法也得到了目标产物[8]。王悦辉等人发现水浴条件下，在二异辛基磺化琥珀酸钠和柠檬酸钠存在下,硼氢化钠可以还原硝酸银并高产率生成规则的三角形纳米银片。其研究结果表明,只有控制合适的二异辛基磺化琥珀酸钠浓度、反应时间及pH值条件下才能够获得高产率、形貌规则的三角形纳米银片[9]。因此反应条件的控制对纳米银形态控制有着重要的影响。何爱山等人在低温条件下，以苯胺为液相，AgNO3、PVP、去离子水和无水乙醇作为原料来合成三角板纳米银。并探究了苯胺和PVP与硝酸银的配比对目标产物的形态和尺寸的影响,采用的分析和表征的主要方法为X射线衍射和扫描电镜。结果表明:三角形银纳米片的平均边长和厚度分别约为750 nm和50 nm[10]。本文采用在柠檬酸钠存在下，硼氢化钠还原硝酸银，制成种子溶液。再在光照条件下将球状纳米银转化为三角形纳米银的制备方法。这种方法具有反应条件简单，方法成熟，实验原料环保无污染易于获取，产率高耗能低等优点。
传统的研究金属纳米粒子熔化和结晶的相变行为的方法、作用势以及专业化的模拟软件不太适合较为复杂的分子系统，如沸石中驻留的纳米金属团簇，Zhang 等也证实了这一点。商业化软件Materials Studio(MS)[11, 12]可以处理较为复杂的分子系统，但其目前所采用的对熔点和凝固点的判断方法则比较单一且模糊，亟需寻找一种较为准确的相变点判断方法。本工作以金纳米团簇为研究对象，利用 MS 软件对其熔化行为进行了分子动力学研究，摸索出了一种基于 MS 软件的以定向相关函数为主体的熔点综合判断方法。这一方法将使基于MS 软件的纳米金属团簇熔点的判断更为清晰准确，为金属或合金纳米粒子在沸石等基质上负载时熔化和烧结行为的分子动力学研究提供了一重要的。[13]
分子动力学（Molecular Dynamic，缩写为 MD）模拟计算，简称 MD 模拟计算，是一种基于原子尺度的计算机建模、模拟实验的一种方法，是用于原子和分子系统研究的有力工具。MD 方法不仅能模拟原子的运动轨迹，而且还能观察到其运动过程中的微观细节。用 MD方法模拟，能将对体系的模拟时间精确设定到纳秒量级，而且，即使在普通的计算机上进行模拟计算，也能模拟数万个原子的目标系统。MD的基本原理是假定系统中的原子按照确定的描述进行运动，这种描述可以是拉格朗日方程、哈密顿方程或者是牛顿方程里所描述的运动，利用这些方程，将原子的运动和所得到的轨迹联系起来。MD 的数值计算方法，是根据各个原子的坐标来确定原子的势能，利用势能预测下一刻原子的位置，通过统计的方法，使其位置具有继承性。在忽略原子核的量子效应和绝热近似的情况下，这种假设是可行的。凝聚态是指由大量具有很强相互作用的粒子构成的系统，因此用 MD模拟时，最关键的就是确定原子间的相互作用势，我们一般用经验势来模拟原子间的相互作用势，最常用的势函数有 Mores 势、Lennard-Jones 势、F-S 多体势、EAM 原子嵌入势等。丰富绚丽的自然世界是由大量分子、原子构成的，这些分子和原子按照一定的规律做着复杂的运动。面对由大量微观粒子组成的复杂运动，用实验的方法无法准确的捕获每个原子或是分子的运动信息，而单纯的用解析方程来进行理论分析，仅仅只能得到近似结果，但在微观的世界，差之毫厘谬以千里，而计算机模拟就是充分利用两者的有利之处，进行分析。随着人们对微观世界的研究的深入，模拟计算已经成为了解认识微观世界的一个重要手段，并跻身于理论分析、实验手段三大现代科学研究方法主要方法之一，已广泛应用于生物、物理、医学和材料等领域。MD的基本理论是基于牛顿经典力学理论，即牛顿第二定律。在一个充满粒子的运动系统中，其总能量为势能和各个粒子的动能的总和。[14]
蒙特卡洛方法(简称MC)早在20世纪50年代，MC方法就应用到聚合物科学的研究之中。开创性的工作是 Wall 在为研究聚合物链的排除体积问题时所做的蒙特卡洛模拟。基本模拟过程是在某些系统条件下，在两相间粒子的位置转移或将系统内粒子进行随机的位移、转 动。MC 方 法 的 理 论 核 心 就 是 一 种 通 过 通 过Metropolis 抽样方法，进行实验统计的计算机模拟方法，基础是建立一个能够代表真是体系的概率模型，进而通过对所建立的抽样模型计算来得到实际问题的近似反映。MC方法在研究材料和环境科学方面涉及到的吸附分离方面的问题有着非常重要的价值，经常被用来探究体系的平衡性质以及材料的微观机构特性。分子模拟软件众多，各有优势，针对不同的体系选择合适的模拟软件往往能起到事半功倍的作用，同时合理的运用分子模拟软件对于实际的实验与模拟的关联起到了桥梁的作用。在众多的分子模拟软件中，一款由美国Accelrys公司开发的材料科学软件Materials studio软件展现了其强大的功能和独特的魅力，MS软件综合应用了计算化学的量子力学法以及分子力学法，以及分子模拟的蒙特卡洛和分子动力学模拟方法。通过整合使用这些先进理论和计算方法，MS 软件实现了对材料进行不同粒子尺寸和时间范围内的评估和计算，通过对各种小分子、纳米簇、晶体、非晶体以及高分子材料的性质进行深入的挖掘，为实际的科学研究提供了切实可靠的实验数据。MS 软件模块很多，不同的模块有着不同的功能，模块之间往往在进行分子模拟计算时也都互相有着关联作用，下面就其主要计算模块[15-18]和功能做一下简单的列表，见下表。
分子模拟技术来设改性、设计化工新材料和新产品，大大减小了人为造成的数据和分析误差，与此同时对于节约实验成本，辅助提高实验结果准确性，加快研发进程具有重大作用。随着计算机技术的进一步发展以及分子模拟方法，机理的成熟，分子模拟技术与传统的实验手段一定能够得到很好地互补，共同前进，广泛应用于化学科学和材料科学领域的产品和工艺开发中。与此同时，Materials Studio 是一种很有前景的分子模拟软件，整合于分子模拟方法，MS 软件不断优化，其重要使用价值正在化学科学和材料领域的不断扩展。[19]
所以本实验利用Materials Studio计算银晶体各切割面的表面吸附能，应用晶面选择理论来解释三角板纳米银的生长过程。本论文目的是希望找到此方法的最适实验条件和探讨晶面修饰剂还原性的影响因素，为今后探索可控形貌纳米粒子的制备方法提供借鉴和思路。
实验任务：
- 导入晶体结构，优化晶胞
- 切表面，建立真空层，固定下层原子，优化表面
- 建立超晶胞
- Dmol3优化小分子
- 通过AC模块的isosurface建立connolly surface
- Packing 进行填充小分子（5.6两步也可以通过AC模块中，construction构造盒子后，进行build layer）
- 增加c轴方向的长度，建立真空层，消除周期的边界效应。
- 利用forcite模块进行quench模拟。
- 计算吸附能
工作计划：
