计算机模拟离子液体/石墨烯的界面结构

摘要

本文通过分子动力学模拟红外(IR)和振动态密度光谱（DOS）研究了离子液体（1-甲基-3-丁基咪唑六氟化磷/[BMIM+][PF6-]）和石墨烯之间的相互作用，以及离子液体在石墨烯表面的分布情况。研究表明，红外光谱中，C-N的特性振动峰发生了蓝移；数均密度分布表明离子液体的阳离子[BMIM+]比阴离子[PF6-]更靠近石墨烯表面，并且浓度远远高于体相浓度，形成了三个明显的振动峰；这些都说明咪唑阳离子与石墨烯之间可能存在―cation-π作用。在靠近石墨烯表面的第一层离子液体堆积紧密且阳离子[BMIM+]的咪唑环和烷基侧链都倾向于平铺在石墨烯表面，随着距离的变大，这种有序结构逐渐变为无序。振动态密度谱表明，靠近石墨烯表面的第一层离子液体（S1层）中离子液体的分子间作用力和分子内作用力都发生了变化。离子液体在石墨烯的表面形成了一种各向异性的紧密堆积的有序准晶态结构，每个阳离子周围有四个阴离子包围，阴离子交叉排序。正是这种结构包围在石墨烯的表面，抑制了其自身的范德华相互作用，增大了其在溶剂中的分散性。

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第一章 绪论

第一节 前言

第二节 碳纳米材料

1.2.1 纳米材料简介

1.2.2碳—纳米材料中不可或缺的一员

1.2.3常见的碳纳米材料

第三节 离子液体

1.3.1 离子液体简介

1.3.2离子液体溶解性

1.3.3咪唑型离子液体

第四节 离子液体—碳纳米材料界面结构的研究进展

第五节 本文的选题意义和主要工作

第二章 分子动力学模拟

第一节 分子动力学简介

第二节 分子动力学模拟主要技术概述

2.2.1时间步长

2.2.2势函数

2.2.3几种常见的力场

第三节 分子动力学性能分析

2.3.1分子动力学静态性能分析

2.3.2分子动力学动态性能分析

第四节 计算机模拟的粒子系综

2.4.1微正则系综

2.4.2正则系综

2.4.3等温等压系综

第五节 边界条件与初值

2.5.1边界条件

2.5.2 初值问题

第六节 运动方程的数值求解

第三章 石墨烯表面离子液体结构的研究

第一节引言

第二节模拟方法与参数

3.2.1 键伸缩势能

3.2.2 键角弯曲势能

3.2.3 二面角扭转能

3.2.4 Van der Waals相互作用能

第三节数据分析

3.3.1 红外光谱谱图

3.3.2 数均密度分布

3.3.3数均密度及定向有序分布

3.3.4阳离子[BMIM+]振动态密度谱

第四章结论

参考文献

致谢

个人简历与在学期间发表的学术论文与研究成果