工程科学学报.第42卷，第1期：99-105.2020年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.1:99-105,January 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.26.001;http://cje.ustb.edu.cn 金属有机骨架与相变芯材相互作用的分子动力学 海广通”，薛祥东)，苏天琪，魏永强)，高志猛)，马雨威”，王静静)四 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)苏州阿德旺斯新材料有限公司，苏州215000 ☒通信作者，E-mail:jingjingwang@ustb.edu.cn 摘要金属有机骨架材料(meta-organic frameworks,MOFs)由于具有规整的孔道结构，较高的孔隙率十分适合作为相变材 料的载体，从而实现对相变芯材的有效封装.本文采用分子动力学方法，对CrML-101负载十八烷，十八酸，十八胺和十八醇 等不同芯材而构筑的复合相变材料的结构特性进行了研究，主要包括相变芯材和金属有机骨架基材之间的相互作用，芯材在 金属有机骨架材料孔道内的扩散特性以及空间分布特性等.研究表明：十八酸和金属有机骨架基体之间的相互作用最强，十 八醇和十八胺次之，十八烷最弱，具体体现在相变芯材分子与金属有机骨架材料之间的相互作用能，回转半径，分子动能，自 扩散系数以及热容等众多方面，此外，当芯材分子间相互作用和金属有机骨架材料与芯材之间的相互作用达到平衡时，芯材 分子在孔道内处于较为自由的状态，有利于扩散的进行，进而有利于芯材的结晶. 关键词金属有机骨架：相变材料：分子动力学：相互作用：相变芯材：扩散：结构特性 分类号TK124 Molecular dynamics study on the interaction between metal-organic frameworks and phase change core materials HAI Guang-tong.XUE Xiang-dong.SU Tian-qi),WEI Yong-qiang".GAO Zhi-meng.MA Yu-wei WANG Jing-jing 1)School of Material Science and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Suzhou Advanced Materials Co.Ltd.,Suzhou 215000,China Corresponding author,E-mail:jingjingwang@ustb.edu.cn ABSTRACT Advanced phase change energy storage materials are the core and key to promoting the development of energy storage technology.As the core of phase change energy storage technology,the development of phase change materials(PCMs)has attracted more and more attention.At present,solid-liquid PCMs are widely used.The main problem in the development of PCMs is that they are prone to liquid leakage in the process of phase change and need to be encapsulated before use.This not only increases the thermal resistance between the PCMs and heat source equipment,reducing the heat transfer efficiency,but also increases the weight of the energy storage device,which greatly limits its practical application.As a result,the development of PCMs with excellent comprehensive performance is of great significance for the field of thermal energy storage and utilization.Due to the regular channel structure and the high porosity,metal-organic frameworks(MOFs)are very suitable to serve as the PCMs carrier to realize effective packaging of phase change core materials.In this work,the structural properties of Cr-MIL-101 loaded with different core materials,namely,the octadecane, octadecanoic acid,octadecylamine,and octadecanol molecules,were investigated by molecular dynamics simulation method,which mainly considers the interaction between the phase change core and the MOFs substrate,the diffusion characteristics,and the spatial distribution characteristics of the core in the MOFs channel.The study indicates that the interaction between octadecanoic acid and MOFs substrate is the strongest,followed by the interaction between the substrate and octadecanol and octadecamine,while the 收稿日期：2019-07-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51436001,51802016)：中央高校基本科研业务费专项资金(FRF.TP-19-001A2)金属有机骨架与相变芯材相互作用的分子动力学 海广通1)，薛祥东1)，苏天琪1)，魏永强1)，高志猛2)，马雨威1)，王静静1) 苣 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083    2) 苏州阿德旺斯新材料有限公司，苏州 215000 苣通信作者，E-mail: jingjingwang@ustb.edu.cn 摘    要    金属有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）由于具有规整的孔道结构，较高的孔隙率十分适合作为相变材 料的载体，从而实现对相变芯材的有效封装. 本文采用分子动力学方法，对 Cr-MIL-101 负载十八烷，十八酸，十八胺和十八醇 等不同芯材而构筑的复合相变材料的结构特性进行了研究，主要包括相变芯材和金属有机骨架基材之间的相互作用，芯材在 金属有机骨架材料孔道内的扩散特性以及空间分布特性等. 研究表明：十八酸和金属有机骨架基体之间的相互作用最强，十 八醇和十八胺次之，十八烷最弱，具体体现在相变芯材分子与金属有机骨架材料之间的相互作用能，回转半径，分子动能，自 扩散系数以及热容等众多方面，此外，当芯材分子间相互作用和金属有机骨架材料与芯材之间的相互作用达到平衡时，芯材 分子在孔道内处于较为自由的状态，有利于扩散的进行，进而有利于芯材的结晶. 关键词    金属有机骨架；相变材料；分子动力学；相互作用；相变芯材；扩散；结构特性 分类号    TK124 Molecular  dynamics  study  on  the  interaction  between  metal-organic  frameworks  and phase change core materials HAI Guang-tong1) ，XUE Xiang-dong1) ，SU Tian-qi1) ，WEI Yong-qiang1) ，GAO Zhi-meng2) ，MA Yu-wei1) ，WANG Jing-jing1) 苣 1) School of Material Science and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Suzhou Advanced Materials Co. Ltd., Suzhou 215000, China 苣 Corresponding author, E-mail: jingjingwang@ustb.edu.cn ABSTRACT    Advanced phase change energy storage materials are the core and key to promoting the development of energy storage technology. As the core of phase change energy storage technology, the development of phase change materials (PCMs) has attracted more and more attention. At present, solid‒liquid PCMs are widely used. The main problem in the development of PCMs is that they are prone  to  liquid  leakage  in  the  process  of  phase  change  and  need  to  be  encapsulated  before  use.  This  not  only  increases  the  thermal resistance  between  the  PCMs  and  heat  source  equipment,  reducing  the  heat  transfer  efficiency,  but  also  increases  the  weight  of  the energy storage device, which greatly limits its practical application. As a result, the development of PCMs with excellent comprehensive performance is of great significance for the field of thermal energy storage and utilization. Due to the regular channel structure and the high porosity, metal-organic frameworks (MOFs) are very suitable to serve as the PCMs carrier to realize effective packaging of phase change core materials. In this work, the structural properties of Cr-MIL-101 loaded with different core materials, namely, the octadecane, octadecanoic  acid,  octadecylamine,  and  octadecanol  molecules,  were  investigated  by  molecular  dynamics  simulation  method,  which mainly considers the interaction between the phase change core and the MOFs substrate, the diffusion characteristics, and the spatial distribution  characteristics  of  the  core  in  the  MOFs  channel.  The  study  indicates  that  the  interaction  between  octadecanoic  acid  and MOFs  substrate  is  the  strongest,  followed  by  the  interaction  between  the  substrate  and  octadecanol  and  octadecamine,  while  the 收稿日期: 2019−07−26 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51436001, 51802016）；中央高校基本科研业务费专项资金（FRF-TP-19-001A2） 工程科学学报，第 42 卷，第 1 期：99−105，2020 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 1: 99−105, January 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.26.001; http://cje.ustb.edu.cn