生物燃料的计算模拟

第1章 木糖水解的从头算分子动力学研究

1.1引言

1.2方法

1.3结果

1.3.1β.1，4.木二糖的醚键在气相中的质子化以及与β.1，2.木二糖的对比

1.3.2水相中β.1，4.木二糖的酸催化水解

1.4结论

1.5致谢

1.6参考文献

第2章 纤维素结构的模拟

2.1引言

2.1.1纤维素的应用及其相关背景

2.1.2天然纤维素晶体结构

2.1.3人造或不平常的纤维素晶体

2.2纤维二糖

2.2.1构象能量图

2.2.2纤维二糖晶体

2.3晶体结构的重构

2.3.1利用CSFF进行的1ns模拟

2.3.2斜状晶体及DP40晶体10ns的模拟

2.4纤维素纤丝的扭转及相关氢键

2.5结论

2.6方法

2.7致谢

2.8参考文献

第3章 木质纤维素与纤维小体蛋白复合物的计算模拟

3.1引言

3.2木质纤维素生物质趋向真实的模拟

3.2.1木质素的分子力学力场

3.2.2木质纤维素模型的构建

3.3模建纤维小体：粘连模块.对接模块的相互作用

3.3.1基于晶体学结构分析Ⅰ型粘连模块.对接模块的识别

3.3.2粘连模块.对接模块的解离自由能面

3.4总结与展望

3.5致谢

3.6参考文献

第4章 纤维小体的多尺度建模

4.1引言

4.2纤维小体的定义与架构

4.3部分纤维小体模块的功能

4.4计算方法

4.4.1纤维小体组装的粗粒模型

4.4.2Cel9A的正则模式分析

4.4.3分子动力学模拟

4.5结论

4.6致谢

4.7参考文献

第5章 植物细胞壁多糖介观尺度模建：研究CBM在纤维素表面的运动

5.1引言

5.2方法

5.2.1碳水化合物的粗粒模型

5.2.2纤维素的粗粒模型

5.2.3CBM的粗粒模型

5.3应用实例

5.3.1CBM1在纤维素表面的运动

5.3.2CBHⅠ和CBHⅡ的CBM的比较

5.3.3CBM1的粗粒模型

5.4结论

5.5致谢

5.6参考文献

第6章 纤维素酶分子的连接肽可储能吗

6.1引言

6.1.1纤维素酶系统

6.2自由能计算

6.2.1Ciccotti方法

6.2.2伞状取样法

6.3具体模拟过程

6.4结果与讨论

6.5结论

6.6致谢

6.7参考文献

第7章 纤维素酶活性位点及其与底物相互作用的QM/MM分析

7.1引言

7.2反应机理

7.3纤维素酶活性位点的结构特征

7.4糖环的扭曲形变

7.5GH酶类从头算与分子动力学早期研究

7.6当前模型的建立及模拟方法

7.7Cel12A与Cel5A的QM/MM模拟

7.7.1H.grisea的Cel12A催化的糖基化过程

7.7.2B.agaradhaerens Cel5A催化的去糖基化过程

7.8结论

7.9致谢

7.10参考文献

第8章 分子模拟方法——常规实践与当前挑战

8.1基本方法

8.1.1动态与构象取样

8.1.2相互作用势能函数

8.1.3分子动力学模拟

8.1.4蒙特卡洛取样

8.2精确性要求

8.2.1力场的精确性

8.2.2极化力场

8.2.3QM/MM

8.3速度要求

8.3.1时间尺度

8.3.2增强型取样技术

8.3.3多尺度模拟

8.4总结

8.5参考文献

第9章 糖分子热化学的量子力学模拟

9.1引言

9.2量子力学方法

9.2.1组合方法

9.2.2平衡方程/等键反应

9.3扩展到糖分子

9.4初步结果

9.5结论

9.6致谢

9.7参考文献

第10章 基于第一性原理与速率估计规则构建生物质热转化动力学模型

10.1引言

10.2计算方法

10.2.1电子结构计算

10.2.2热力学性质

10.2.3速率表达式

10.3结果

10.3.1H原子与CH3自由基参与醇类脱氢反应的速率规则

10.3.2醇类中气相脱水反应的速率规则

10.3.3逆狄尔斯.阿尔德反应：生成小分子裂解产物的快速反应途径？

10.3.4木质素模型化合物最初的分解步骤是什么？

10.4讨论

10.5总结

10.6致谢

10.7参考文献

第11章 生物质热化学过程中多尺度/多重物理场建模

11.1生物质热化学转化面临的问题与尺度

11.2生物质热转化中多重物理场的组成

11.2.1生物质热化学过程中连续水平的计算流体动力学

11.2.2晶格玻尔兹曼方法

11.2.3蒙特卡洛动力学

11.2.4多尺度／多重物理场耦合方法的应用实例

11.2.5耦合多尺度／多重物理场成分的CWM方法

11.2.6KMC与LBM耦合的时间积分

11.2.7催化表面的分形投影

11.2.8利用时间并行小波矩阵方法对时间加速

11.3总结及展望

11.4参考文献

第12章 生物质气化与热裂解的计算流体动力学模型

12.1引言

12.1.1发展的现状与研究需求

12.2生物质热化学转化工艺及建模

12.2.1生物质气化的物理化学特性

12.2.2气固两相流体动力学

12.3CFD对于工艺设计与优化的贡献

12.3.1数值实验

12.3.2反应器放大

12.4从描述CFD到预测CFD

12.4.1现有模型

12.4.2模型的鉴定与认证

12.4.3计算资源与建模的挑战

12.5结论

12.6参考文献

第13章 利用路径取样寻找精确反应坐标的新方法

13.1引言

13.1.1自由能与反应坐标

13.1.2过渡态路径取样的中心思想

13.2路径取样算法

13.2.1势阱的定义

13.2.2寻找起始路径

13.2.3过渡态路径取样

13.2.4无的放矢法

13.2.5无的放矢法与其它方法的比较

13.3由路径取样数据寻找反应坐标

13.3.1pB与柱状图测试

13.3.2遗传神经网络方法

13.3.3极大似然法

13.3.4其它寻找反应坐标的方法

13.4通过已知反应坐标计算自由能

13.5由精确的反应坐标计算速率常数

13.5.1过渡态理论速率

13.5.2内摩擦的反应速率

13.5.3高摩擦限制下的反应速率

13.6总结及展望

13.7致谢

13.8参考文献

《生物燃料的计算模拟》由美国再生能源国家实验室M．R．Nimlos与M．F．Crowley博士组织编写，针对木质纤维素生物转化与热化学转化过程的一系列问题进行系统的计算模拟分析，在原子分子水平上认识生物质转化过程的分子动态行为及微观动态过程。

主要内容包括：木质纤维素超分子结构(详细介绍纤维素晶体的超分子结构模拟、木聚糖水解过程模拟、木质素与纤维素形成的复杂结构等)，纤维素酶超分子结构(纤维素结合结构域、催化结构域、连接肽、对接模块与粘连模块及纤维小体的计算模拟)，以及热化学等过程模拟及其计算模拟相关方法的研究进展。由于相关研究领域进展很快，因此本书增加“后记”部分，列出2011年以后相关研究领域最新方法与最新进展。

《生物燃料的计算模拟》全书内容翔实，可操作性强，可供从事生物质开发利用与生物能源的研究人员参考阅读。