从第一性原理阐明水-二氧化硅界面的双峰酸碱行为
材料科学
2010-02-03 v1
摘要
理解二氧化硅表面的酸碱行为对于许多纳米科学和生物-纳米界面应用至关重要。二氧化硅表面的硅醇基团(SiOH)表现出两个酸度常数——其中一个与醋一样酸——但其结构基础仍存在争议。更具酸性的硅醇位点的原子细节不仅决定了近中性溶液pH下的整体表面电荷密度，还决定了离子和生物分子如何与浸入水中的二氧化硅相互作用和结合。利用从头算分子动力学模拟和多个代表性晶体二氧化硅表面，我们确定了具有不同结构基序的硅醇基团的去质子化自由能。我们表明，先前提出的与化学连接性或硅醇间氢键相关的基序不会产生高酸度。相反，pKa=4.5的硅醇基团的一个合理候选者可能存在于局部应变或缺陷区域，且硅醇覆盖稀疏。在此过程中，观察到了与液态水接触的应变二氧化硅三聚体环的不可逆开环反应。
引用
@article{arxiv.1002.0354,
title = {Elucidating the Bimodal Acid-base Behavior of the Water-silica Interface from First Principles},
author = {Kevin Leung and Ida M. B. Nielsen and Louise J. Criscenti},
journal= {arXiv preprint arXiv:1002.0354},
year = {2010}
}
备注
10 pages, 7 figures