无烟煤三维分子模型构建研究进展与展望

徐申; 战丽; 盖云峰; 王钟欧; 刘思彤

doi:10.3969/j.issn.1007-7677.2025.03.003

摘要：近年来随着"双碳"目标的实施及计算化学技术的发展,我国煤炭的三维分子模型构建研究迎来新机,但无烟煤的分子模型研究与烟煤相比则尚显匮乏,基于无烟煤三维分子模型构建有利于系统地了解现有国内无烟煤的结构特点并为其加工利用研究提供一定的理论基础,需对中国无烟煤三维分子模型构建研究进展进行归纳总结.汇总分析基于统计平均法构建的无烟煤三维分子模型以及基于非统计平均法构建的无烟煤大分子模型,重点介绍模型构建方法、无烟煤的二维分子结构、不同地区无烟煤的分子结构特点、分子模拟软件及参数设置,并对比分析国内外无烟煤分子模型构建研究,剖析无烟煤分子模型的应用概况.目前无烟煤三维模型主要是由统计平均获得的二维模型通过分子模拟软件转化得到,较大的三维分子模型中含 15 个单分子,接近6 000 个原子.无烟煤的单分子中芳香结构主要由2～4 个苯环构成,脂肪侧链基本都以甲基的形式存在,占总碳3％～5％.氧原子以—O—、—C=O—、—COO—等形式存在;氮原子主要以吡啶、吡咯等结构出现;大部分模型忽略了硫原子.不同无烟煤中官能团的类型、数量和连接位点存在差异,分子模拟参数设置也存在差异.随着辅助分子设计软件、人工智能及分子模拟等技术的发展,开发科学可靠的特定于煤分子的构建方法捕捉多样性结构信息,有助于构造更贴近真实煤分子复杂多样及不均一多种组分组成的无烟煤分子.