偶氮苯分子是一类重要的开关分子,是光电功能材料和超分子体系具有外界激励响应功能的核心组成单元.金属表面修饰偶氮苯衍生物所构成的自组装单分子膜等复杂体系是理论研究的难点,分子膜中含有成千上万的反应中心,单纯采用量子化学方法无法对其中发生的偶氮异构化行为进行理论计算.为此,我们发展了一种新的反应性分子动力学方法,用于研究在这种单分子膜体系中发生的偶氮构型由顺式向反式的转化过程[1,2].为了能够独立触发各偶氮苯分子发生异构化反应,并允许逆反应的发生,我们引入了一个依赖于偶氮基团扭转角的开关函数.将一个随机过程与开关函数相关联,通过选择调用不同的扭转力场,来控制顺反异构化反应的启动与反应方向.当膜表面覆盖度为5.76*10-6 mol/m2 时,由顺式向反式的异构化过程约在皮秒量级完成,而更低的覆盖度会导致表面膜缺陷增加,显著延长了异构化时间,部分分子甚至无法完成异构化转变,这些结果与实验定性一致.此外,由寡肽分子构成的具有开关功能的生物表面也引起了人们的关注,可望应用于药物输运、生物传感器等.本论文利用基于电荷变化的可极化分子力场和分子动力学模拟技术,系统地研究了一系列金表面寡肽分子在电场调控下的开关行为,为设计新型电致分子开关表面提供了理论指导[3].