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咪唑基離子液體如何實現自由表面離子的空間組織?

2024-10-09 14:48:51 sh默尼 14

室溫離子液體(RTILs)是一種完全由陰陽離子組成的室溫熔融鹽,它是一種較為新型的材料。大多數的室溫離子液體擁有較好的熱穩定性、較大的熱力學穩定液相范圍、良好的溶劑性和混溶性等優點。因為這些優良性質,室溫離子液體可用于分離技術、機械行業、太陽能電池和電化學器件等領域,某些室溫離子液體甚至可作為金屬腐蝕的抑制劑。可見,RTILs在人們的生活和生產中發揮了重要作用。


室溫離子液體的廣泛應用,使得科學家們對其分子水平特性產生了濃厚的興趣,因此,關于這方面系統的實驗和計算研究在近幾十年呈爆發式增長。但是,室溫離子液體的本身結構和組成在計算機模擬中卻很少被分析,目前室溫離子液體分子水平的界面結構仍然存在“雙層結構”和“棋盤結構”兩種觀點的爭議。

為了進一步確定ILs分子的結構,來自天主教大學Helga Tóth Ugyonka等研究團隊通過計算機模擬和分析的方法研究了四種由1-丁基-3-甲基咪唑(bmim+)陽離子分別與四氟硼酸陰離子(BF4-)、六氟磷酸陰離子(PF6-)、雙(三氟甲基磺酸)亞胺陰離子(NTf2-)和三氟甲磺酸陰離子(TfO-)組成的ILs。研究咪唑基離子液體自由表面離子的空間組織,為理解離子液體界面的分子結構提供了新的見解。


研究團隊對由bmim+與不同陰離子組成的四種離子液體的液-氣界面進行分子動力學模擬,采用Doherty等人的非極性化和OPLS-基于全原子力場(DZGLA模型)進行建模,并考慮不同力場和電荷縮放的影響;使用ITIM分析方法識別模擬RTILs的結構表面,并從其分子和原子兩個層面分析了界面層的組成;通過Voronoi分析方法研究了表面層內離子的自聚集行為。



離子液體表面的電荷分布分析,從分子層角度看,表面第一層陽離子多于陰離子,第二層陰離子過量,但從原子層角度分析,表面主要由陽離子的非極性丁基鏈主導,陰離子更易接近表面,導致表面呈現微弱的負電荷。電荷密度分布顯示,表面電荷分離很小,主要源于陰離子自身的電荷分布,其結構與“雙層結構”不相符合。
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默尼化工科技(上海)有限公司

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