水纳米团簇主导致密聚合物膜中的离子分配
软凝聚态物质
2020-03-24 v1
摘要
响应性聚合物膜和水凝胶在水溶液中对带电分子的摄取与吸附，对于软功能材料的开发至关重要。在此，我们利用显式水分子动力学模拟，研究了简单单原子离子（Na、K、Cs、Cl、I）和一种分子离子（4-硝基酚负离子；NP）在致密、电中性的聚（-异丙基丙烯酰胺）膜内的分配。在 predominantly 疏水的环境中，水以多分散水纳米团簇网络的形式分布。平均团簇尺寸决定了简单离子的平均静电自能，它们优先深居于团簇内部；因此我们发现的分配比 10 远大于使用均匀介电常数的简单 Born 图像所预期的值。尽管形状不规则，我们观察到水团簇相对于其周围环境具有普遍的负静电势，正如水-汽界面所知。我们发现这种势在各向同性单原子盐情况下被掩盖，但可因较大带电分子水合弱且对界面亲和力增强而显著影响其转移自由能。因此，与简单离子形成鲜明对比，分子离子 NP 的分配比可远大于 1，10-30（取决于阳离子类型）甚至在过量一价盐时达 ，这解释了最近观察到的致密聚合物网络内 NP 还原反应动力学增强的现象。这些结果还表明，使分子电离甚至可增强其在塌缩的、颇疏水的凝胶中的分配，这强烈挑战了传统的简单推理。
引用
@article{arxiv.2003.09455,
title = {Aqueous Nanoclusters Govern Ion Partitioning in Dense Polymer Membranes},
author = {Matej Kanduč and Won Kyu Kim and Rafael Roa and Joachim Dzubiella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.09455},
year = {2020}
}
备注
11 pages, 7 figures