在出版之前，《生物燃料的计算模拟》(作者M.R.尼姆勒斯、M.F.克劳利)研究内容经过有关专家全面的评价，并符合读者的需求，部分论文未包括在专著之内，目的只有一个，那就是为了内容的精练，而加入其它相关内容则是为了使得研究内容展示得更加全面系统。

《生物燃料的计算模拟》(作者M.R.尼姆勒斯、M.F.克劳利)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》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。

第1章 木糖水解的从头算分子动力学研究1

1．1 引言1

1．2 方法3

1．3 结果4

1．3．1 β-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4

1．3．2 水相中β-1,4-木二糖的酸催化水解7

1．4 结论8

1．5 致谢8

1．6 参考文献8

第2章 纤维素结构的模拟12

2．1 引言12

2．1．1 纤维素的应用及其相关背景12

2．1．2 天然纤维素晶体结构13

2．1．3 人造或不平常的纤维素晶体14

2．2 纤维二糖14

2．2．1 构象能量图14

2．2．2 纤维二糖晶体18

2．3 晶体结构的重构19

2．3．1 利用CSFF进行的1ns模拟19

2．3．2 斜状晶体及DP40晶体10ns的模拟22

2．4 纤维素纤丝的扭转及相关氢键25

2．5 结论29

2．6 方法29

2．7 致谢31

2．8 参考文献31

第3章 木质纤维素与纤维小体蛋白复合物的计算模拟35

3．1 引言35

3．2 木质纤维素生物质趋向真实的模拟36

3．2．1 木质素的分子力学力场37

3．2．2 木质纤维素模型的构建41

3．3 模建纤维小体：粘连模块对接模块的相互作用42

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42

3．3．2 粘连模块对接模块的解离自由能面43

3．4 总结与展望45

3．5 致谢45

3．6 参考文献45

第4章 纤维小体的多尺度建模48

4．1 引言48

4．2 纤维小体的定义与架构49

4．3 部分纤维小体模块的功能50

4．4 计算方法52

4．4．1 纤维小体组装的粗粒模型52

4．4．2 Cel9A的正则模式分析57

4．4．3 分子动力学模拟60

4．5 结论63

4．6 致谢63

4．7 参考文献63

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66

5．1 引言66

5．2 方法68

5．2．1 碳水化合物的粗粒模型68

5．2．2 纤维素的粗粒模型69

5．2．3 CBM的粗粒模型70

5．3 应用实例71

5．3．1 CBM1在纤维素表面的运动71

5．3．2 CBHⅠ和CBHⅡ的CBM的比较73

5．3．3 CBM1的粗粒模型74

5．4 结论76

5．5 致谢76

5．6 参考文献77

第6章 纤维素酶分子的连接肽可储能吗80

6．1 引言80

6．1．1 纤维素酶系统80

6．2 自由能计算82

6．2．1 Ciccotti方法83

6．2．2 伞状取样法83

6．3 具体模拟过程84

6．4 结果与讨论85

6．5 结论87

6．6 致谢87

6．7 参考文献87

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90

7．1 引言90

7．2 反应机理91

7．3 纤维素酶活性位点的结构特征92

7．4 糖环的扭曲形变94

7．5 GH酶类从头算与分子动力学早期研究95

7．6 当前模型的建立及模拟方法96

7．7 Cel12A与Cel5A的QM/MM模拟97

7．7．1 H．grisea的Cel12A催化的糖基化过程97

7．7．2 B．agaradhaerens Cel5A催化的去糖基化过程98

7．8 结论101

7．9致谢101

7．1 0参考文献102

第8章 分子模拟方法——常规实践与当前挑战105

8．1 基本方法105

8．1．1 动态与构象取样105

8．1．2 相互作用势能函数106

8．1．3 分子动力学模拟106

8．1．4 蒙特卡洛取样108

8．2 精确性要求109

8．2．1 力场的精确性109

8．2．2 极化力场110

8．2．3 QM/MM110

8．3 速度要求110

8．3．1 时间尺度110

8．3．2 增强型取样技术111

8．3．3 多尺度模拟113

8．4 总结115

8．5 参考文献116

第9章 糖分子热化学的量子力学模拟120

9．1 引言120

9．2 量子力学方法121

9．2．1 组合方法121

9．2．2 平衡方程/等键反应123

9．3 扩展到糖分子125

9．4 初步结果128

9．5 结论129

9．6 致谢130

9．7 参考文献130

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134

10．1 引言134

10．2 计算方法136

10．2．1 电子结构计算136

10．2．2 热力学性质136

10．2．3 速率表达式138

10．3 结果138

10．3．1 H原子与CH3自由基参与醇类脱氢反应的速率规则138

10．3．2 醇类中气相脱水反应的速率规则144

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？154

10．3．4 木质素模型化合物最初的分解步骤是什么？155

10．4 讨论159

10．5 总结160

10．6 致谢160

10．7 参考文献161

第11章 生物质热化学过程中多尺度/多重物理场建模164

11．1 生物质热化学转化面临的问题与尺度164

11．2 生物质热转化中多重物理场的组成165

11．2．1 生物质热化学过程中连续水平的计算流体动力学166

11．2．2 晶格玻尔兹曼方法169

11．2．3 蒙特卡洛动力学171

11．2．4 多尺度／多重物理场耦合方法的应用实例171

11．2．5 耦合多尺度／多重物理场成分的CWM方法172

11．2．6 KMC与LBM耦合的时间积分174

11．2．7 催化表面的分形投影174

11．2．8 利用时间并行小波矩阵方法对时间加速175

11．3 总结及展望179

11．4 参考文献179

第12章 生物质气化与热裂解的计算流体动力学模型183

12．1 引言183

12．1．1 发展的现状与研究需求184

12．2 生物质热化学转化工艺及建模185

12．2．1 生物质气化的物理化学特性185

12．2．2 气固两相流体动力学186

12．3 CFD对于工艺设计与优化的贡献188

12．3．1 数值实验188

12．3．2 反应器放大189

12．4 从描述CFD到预测CFD189

12．4．1 现有模型190

12．4．2 模型的鉴定与认证192

12．4．3 计算资源与建模的挑战193

12．5 结论194

12．6 参考文献194

第13章 利用路径取样寻找精确反应坐标的新方法202

13．1 引言202

13．1．1 自由能与反应坐标203

13．1．2 过渡态路径取样的中心思想204

13．2 路径取样算法205

13．2．1 势阱的定义205

13．2．2 寻找起始路径206

13．2．3 过渡态路径取样206

13．2．4 无的放矢法207

13．2．5 无的放矢法与其它方法的比较210

13．3 由路径取样数据寻找反应坐标210

13．3．1 pB与柱状图测试210

13．3．2 遗传神经网络方法212

13．3．3 极大似然法213

13．3．4 其它寻找反应坐标的方法215

13．4 通过已知反应坐标计算自由能216

13．5 由精确的反应坐标计算速率常数217

13．5．1 过渡态理论速率217

13．5．2 内摩擦的反应速率218

13．5．3 高摩擦限制下的反应速率219

13．6 总结及展望219

13．7 致谢220

13．8 参考文献220