有机-无机杂化钙钛矿（如 CH₃NH₃PbI₃，MAPbI₃）凭借优异的光电性能（高吸收系数、长载流子寿命、低成本溶液加工）成为光伏领域的研究热点，其太阳能电池效率已突破 25%。然而，钙钛矿的稳定性问题（湿度、热与光照退化）仍是商业化障碍。理解钙钛矿中有机阳离子（MA⁺）的旋转动力学、无机骨架（PbI₆ 八面体）的振动与热膨胀行为，对揭示其优异性能来源与退化机制至关重要。
分子动力学模拟可在原子尺度追踪钙钛矿中各组分的运动：MA⁺ 阳离子的旋转与平移、Pb-I 骨架的振动、以及随温度的结构膨胀。本项目以立方相 MAPbI₃ 为对象开展分子动力学模拟，分析各组分均方位移（MSD）与 Pb-I 径向分布函数（RDF），揭示有机-无机协同动力学特征。
MAPbI₃ 立方相（空间群 Pm3m）由角共享的 PbI₆ 八面体三维网络构成，MA⁺ 阳离子占据八面体间的空隙（A 位）。Pb-I 键长约 3.2 Å，Pb-I-Pb 角约 180°。高温（>330 K）为立方相，低温发生立方-四方相变。MA⁺ 阳离子在空隙中可绕 C-N 轴旋转，其动力学对介电响应与载流子屏蔽有重要影响。
钙钛矿的经典 MD 可采用专门开发的力场（如 Mattoni 力场）或基于第一性原理拟合的机器学习势。Mattoni 力场采用 Lennard-Jones 与库仑项描述 Pb、I、C、N、H 原子间作用，能正确复现晶格常数、弹性常数与相变温度。模拟在 NPT 系综下进行，允许晶格随温度热膨胀。
MSD(t) = ⟨|r(t) − r(0)|²⟩ 反映粒子的迁移能力，其斜率对应扩散系数。对 MA⁺ 阳离子，MSD 增长较快主要来自旋转-平动耦合运动；对 Pb、I 骨架原子，MSD 增长缓慢（局限于振动）。Pb-I RDF 的第一峰反映八面体的最近邻键长，其峰宽随温度展宽反映骨架柔性。
图 10 的左面板给出 300 K 下 MAPbI₃ 中 MA⁺（红色）、I⁻（绿色）与 Pb²⁺（蓝色）的均方位移随时间的变化。MA⁺ 阳离子的 MSD 增长最快，100 ps 时已达约 1.9 Ų 且仍呈上升趋势，反映 MA⁺ 在八面体空隙中的旋转与平动耦合运动最活跃；I⁻ 的 MSD 次之（100 ps 约 0.4 Ų），主要来自八面体顶点原子的振动与扭转；Pb²⁺ 的 MSD 最小（100 ps 约 0.15 Ų），说明 PbI₆ 八面体骨架相对刚硬，Pb 原子被牢固地束缚在晶格节点。这一 MSD 层级（MA⁺ ≫ I⁻ > Pb²⁺）定量刻画了钙钛矿”刚性无机骨架 + 柔性有机阳离子”的协同动力学特征，正是 MA⁺ 的高速旋转为载流子提供动态介电屏蔽、降低非辐射复合的微观基础。
图 10 的右面板给出 Pb-I 径向分布函数 g(r)（紫色曲线）。第一峰位于 3.2 Å（红色虚线标注），对应 PbI₆ 八面体内的 Pb-I 配位键长，峰形尖锐说明八面体保持完整；第二峰约 4.6 Å 对应八面体间 Pb-I 次近邻距离，强度明显减弱；第三峰约 6.3 Å 反映更长程的骨架有序性。g(r) 在 3–6 Å 范围内呈现清晰的壳层结构，证明模拟中 PbI₆ 八面体网络完整保存、钙钛矿结构在 300 K 下稳定。第一峰位 3.2 Å 与实验衍射/PDF 分析的 Pb-I 键长一致，验证了力场参数对骨架结构的准确描述。
两面板结合，左面板揭示各组分的动力学差异（谁在动、动得多快），右面板确认骨架结构的稳定性（八面体网络完整），共同完成 MAPbI₃ 钙钛矿在 300 K 的动力学位域刻画，为理解其光电性能的动力学起源与稳定性机制提供分子级证据。
本项目对立方相 MAPbI₃ 开展了 1 ns 分子动力学模拟，MA⁺ 阳离子 MSD 增长最快（旋转-平动活跃），Pb-I 第一配位峰稳定在 3.2 Å，骨架结构完整。案例图以 MSD 时间曲线与 Pb-I RDF 双面板呈现。
后续可拓展：(1) 扫描温度跨越立方-四方相变，研究晶格常数与相变动力学；(2) 引入水分子，模拟湿度诱导的降解过程；(3) 计算 MA⁺ 旋转相关时间，关联介电响应与载流子寿命。
