化学动力学背景下的活性胶体

我们研究了一个化学活性胶体粒子的介观模型，该粒子在其表面的某些部分促进周围溶液中的化学反应。为了简单和概念清晰，我们关注溶液中仅存在电中性物种以及由一级动力学描述的化学反应的情况。在自洽方法中，我们明确确定了胶体周围的稳态产物和反应物数密度场，作为溶液中各种分子物种与胶体的相互作用势的泛函。通过使用Teubner互易定理，这允许我们以经典的Smoluchowski化学动力学理论的透明方式计算并解释——保持此类催化活性胶体静止所需的外力（\textit{stall} force，停滞力）或等效地，\textit{if}它自由移动时胶体的相应速度。我们使用三角势阱相互作用势的特殊情况作为应用此处开发的通用理论框架的基准示例。对于后一种情况，我们推导出了感兴趣量对化学物种的扩散系数、反应速率常数、催化剂覆盖度、胶体尺寸以及相互作用势参数的依赖性的显式表达式。这些表达式提供了与催化活性胶体和自扩散泳相关的现象学的详细图像。