石墨烯-电解质双电层的恒化学势-量子力学-分子动力学模拟

我们提出了两种框架的耦合——称为恒电势分子动力学模拟（C$\mu$MD）的伪开放边界模拟方法与 QMMD 计算相结合——以描述与电解质接触的石墨烯电极的性质。由此得到的 C$\mu$QMMD 模型被应用于三种离子溶液（水中的 LiCl、NaCl 和 KCl），体相溶液浓度范围从 0.5 M 到 6 M，与带电石墨烯电极接触。我们在此描述的新方法提供了一种在包含完全可极化电极表面效应的同时控制电解质溶液浓度的模拟方案。得益于这一耦合，我们能够准确模拟双电层的电极侧和溶液侧，并对带电界面处电解质的性质（如电解质的屏蔽能力和静电势分布）进行详尽分析。我们还报道了在所分析的全部浓度范围内针对每种离子物种的积分电化学双电层电容的计算，而 QM 模拟则提供了微分和积分量子电容的获取途径。我们强调了诸如钾在界面的吸附或离子形成簇的倾向等细微特征如何从我们的模拟中显现，它们有助于解释石墨烯存储电荷的能力，并对脱盐应用具有启示意义。