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Solvation of Carbon Nanoparticles in Water/Alcohol Mixtures: Using Molecular Simulation To Probe Energetics Structure and Dynamics

机译:碳纳米粒子在水/酒精混合物中的溶解:使用分子模拟探测能量结构和动力学

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摘要

Molecular dynamics simulations were used to examine the solvation behavior of buckminsterfullerene and single-walled carbon nanotubes (SWCNT) in a range of water/alcohol solvent compositions at 1 atm and 300 K. Results indicate that the alcohols assume the role of pseudosurfactants by shielding the nanotube from the more unfavorable interactions with polar water molecules. This is evident in both the free energies of transfer (ΔΔGwater→xOH = −68.1 kJ/mol and −86.5 kJ/mol for C60 in methanol and ethanol; ΔΔGwater→xOH = −345.6 kJ/mol and −421.2 kJ/mol for the (6,5)-SWCNT in methanol and ethanol) and the composition of the solvation shell at intermediate alcohol concentrations. Additionally, we have observed the retardation of both the translational and rotational dynamics of molecules near the nanoparticle surface through use of time correlation functions. A 3-fold increase in the residence times of the alcohol molecules within the solvation shells at low concentrations further reveals their surfactant-like behavior. Such interactions are important when considering the complex molecular environment present in many schemes used for nanoparticle purification techniques.
机译:分子动力学模拟用于检查在1 atm和300 K的一系列水/醇溶剂组合物中buckminsterfullerene和单壁碳纳米管(SWCNT)的溶剂化行为。结果表明,这些醇通过屏蔽二羧酸而承担拟表面活性剂的作用。纳米管与极性水分子的相互作用更不利。这在转移的自由能上都是明显的(C60在甲醇和乙醇中的ΔΔGwater→xOH = -68.1 kJ / mol和-86.5 kJ / mol;对于于C60的ΔΔGwater→xOH = -345.6 kJ / mol和-421.2 kJ / mol (6,5)-SWCNT在甲醇和乙醇中的溶液)和中等酒精浓度下溶剂化壳的组成。另外,我们已经通过使用时间相关函数观察到了纳米粒子表面附近分子的平移和旋转动力学的延迟。在低浓度下,醇分子在溶剂化壳中的停留时间增加了3倍,进一步揭示了其类似表面活性剂的行为。当考虑用于纳米粒子纯化技术的许多方案中存在的复杂分子环境时,此类相互作用非常重要。

著录项

  • 期刊名称 other
  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(121),41
  • 年度 -1
  • 页码 22926–22938
  • 总页数 31
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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