针对煤分子建模方法较多且不统一的现状,本文从微观角度出发,选取对分子结构影响较小的物理方法,探究了褐煤大分子结构并对其进行优化,提出了一种较为简便的煤大分子建模方法。基于元素分析、核磁共振碳谱测试及X射线光电子能谱测试的实验方式,利用分子动力学模拟软件对褐煤进行了分析研究并搭建分子结构模型。研究表明,褐煤大分子中芳香结构多为并五苯,脂肪碳结构多为亚甲基及次甲基结构,烷烃链多为环烷烃结构;氧原子以醚键氧形式为主,其次为羧基氧和羰基氧;氮原子以吡啶氮结构形式存在。优化后煤分子模型结构更加紧凑,能量明显变小,范德华势能作为非键势能的主要组成部分及保持煤分子结构稳定的主要因素,变化最明显。为了构建煤分子晶胞,加入周期性边界条件,根据能量变化得到晶胞密度为1.2 g/cm3,总能量为1 140.624 kJ/mol,与实际情况基本相符,验证了该建模方法的实效性。该研究为直观认识煤大分子结构提供了方法,并对煤与瓦斯突出、煤自燃等灾害事故的机理研究及防治具有重要意义。

国家重点研发计划（2016YFC0801800）；国家自然科学基金（51774290）；

1 实验及模拟方法
1.1 实验方法
1.1.1 矿物脱除
1.1.2 元素分析
1.1.3 核磁共振碳谱(13C-NMR)测试
1.1.4 X 射线光电子能谱(XPS)测试
1.2 模拟方法
1.2.1 实验数据处理
(1)13C-NMR。
(2) XPS。
1.2.2 分子结构优化
2 实验结果与讨论
2.1 元素分析
2.2 核磁共振碳谱分析
2.3 X 射线光电子能谱分析
2.4 分子结构模型搭建及优化
3 结 论

朱红青,何欣,霍雨佳,谢雨佚,王巍,方书昊.褐煤分子结构模型构建与优化[J].矿业科学学报,2021,6(04):429-437.