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纳米受限下溶质水化结构的分子模拟
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O642[理学—物理化学;理学—化学] O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,南京210009, [2]上海大学计算机工程与科学学院,上海200070
  • 相关基金:国家自然科学基金(20246002,20236010,20376032,20676062,20706029和20736002)、国家重点基础研究发展计划项(2003CB615700,2009CB623400)、海外青年学者合作研究基金(20428606)、江苏省自然科学重点基金前期预演项目(BK2004215)、863计划(2006AA03Z455,2006AA03Z455)、教育部创新团队(PCSIRT0732)和上海市重点学科建设项目(J50103)资助
中文摘要:

利用分子动力学模拟研究了五种不同种类的溶质分子(K^+,Mg^2+,Cl^-,K^-和K^0)在直径为0.60-1.28 nm的纳米碳管内的水化结构.模拟结果揭示了单电荷溶质、双电荷溶质和中性溶质在受限条件下具有不同的水化行为.单价溶质的配位数只有在直径不大于0.73 nm的纳米碳管内才会明显减少.和带有电荷的溶质不同,中性溶质的配位数对纳米碳管直径的改变非常敏感,并且随着管径的减小而迅速减少.模拟结果还表明带单价正电荷的溶质(K^+)第一配位层水分子的取向结构会随着纳米碳管直径的改变发生变化,而其他溶质配位层取向结构在本文所涉及的纳米碳管内都几乎和体相中一致.在直径大于1.0 nm的纳米碳管中,K+的配位层取向结构有序度随着管径的减小而单调下降,但是在直径小于1.0 nm的纳米碳管中,随着碳管管径的减小而迅速上升.在两个最窄的纳米碳管内,其结构有序度甚至高于体相.双电荷溶质的水化结构在本文所研究的碳管直径范围内和体相完全一致,即使在直径只有0.6 nm的碳管内也无任何改变.

英文摘要:

A series of molecular dynamics simulations were performed to investigate the effect of carbon nanotube diameter on the hydration structure of five different solutes (K^+, Mg^2+, Cl^-, K^- and K^0) inside carbon nanotubes (CNTs). Simulation results reveal different hydration processes for monocharge, bicharge, and neutral solutes in CNTs. Coordination numbers of monocharge solutes decrease significantly only inside narrow CNTs with diameters less than 0.73 nm. The coordination number of neutral solute is, however, sensitive to the CNT diameter and decrease monotonically as CNT diameters decrease in all the CNTs used in this work. Only the positive monocharge solute has the order of its coordination shell structure vary considerably with a change in CNT diameter. The shells of the other solutes appear to be bulk like in all the CNTs used in this work. The shell order of K^+ decreases as CNT diameter decreases for diameters larger than 1.0 nm, and increases as CNT diameter decreases for diameters less than 1.0 nm. Inside the two narrow CNTs with diameters of 0.6 and 0.73 nm, the shell order of K^+ is even higher than that found in bulk solution. The hydration of bicharge solute is found to be identical to that in bulk solution in all the CNTs used in this work, even in the narrow CNT with a diameter of 0.6 nm.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
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