离子尺寸对具有 pH 依赖性电荷密度的软纳米通道中静电和电渗性质的影响

我们报告了一项关于离子尺寸对具有 pH 依赖性电荷密度的软纳米通道中各种性质影响的理论研究。我们发展了一种基于自由能的平均场理论，该理论考虑了离子尺寸以及电解质中接枝在刚性表面上的带电聚电解质层的 pH 依赖性。通过数值计算离子数密度和静电势，评估了离子尺寸对软纳米通道中性质的影响。我们证明，与点状离子不同，对于有限尺寸的离子，聚电解质层内可电荷位点的均匀分布会导致离子数密度出现非物理的不连续性，这不仅针对氢离子，也针对其他种类的离子。研究表明，要确保离子数密度的连续性和聚电解质层-刚性固体界面处的零离子输运，必须采用与点状离子相同的可电荷位点立方空间分布。我们发现，考虑有限离子尺寸会导致静电势和电渗速度增加，以及离子数密度降低。更重要的是，我们证明，在聚电解质层中，聚电解质电荷密度的 pH 依赖性使得氢离子的积累强于电解质中其他正离子种类，并且这种趋势通过考虑有限离子尺寸而进一步增强。此外，我们还讨论了考虑有限离子尺寸如何影响各种参数对静电和电渗性质的作用。