NaCl对N型甲烷水合物影响的理论研究

来源：计算物理杂志2026年第2期北京时间：

作者：郭平, 周桐, 罗强, 邱毅, 肖扬, 陈昊阳

摘要：基于密度泛函理论的第一性原理方法（DFT）对N型甲烷水合物中引入Na+和Cl–后的三种结构、电子和光学性质进行研究。三种高对称位下的体积和N型水笼边长变化较大，且水分子结构及N型水笼氢键键长随着Na+和Cl–的引入而发生显著变化，这主要是离子水合作用所导致，差分电荷密度分布也表明了这一点。研究结果表明：Na+和Cl–的存在均可提高N型水笼结构的稳定性，其中S位结构最稳定，其结合能最小为–1.082 eV；N型甲烷水合物能隙减小呈现半导体性质，导电性能大幅提高。N型水笼态密度略向低能区移动说明其能量更低，更易形成，差分电荷密度及电荷布居分析都表明Na+水合作用更强；X射线衍射图相较于N型甲烷水合物出现了9个额外的衍射峰且部分衍射峰强度发生变化，表明是离子水合作用产生的静电力使其结构改变，其他光学性质变化不明显。

关键词：密度泛函理论, Na+和Cl–, N型甲烷水合物, 电子和光学性质