中性及弱带电圆柱纳米孔中的离子排除相变
软凝聚态物质
2015-05-19 v2
摘要
引入了一种场论变分方法来研究离子进入充满水的圆柱纳米孔，并与体相储层达到平衡。结果表明：(i) 位于中性孔中的离子经历两种相反的机制：其周围与储层相比带相反电荷的离子云发生变形，这增加了表面张力并倾向于将离子排除出孔外；(ii) 与溶剂和孔壁之间的介电跳跃相关的排斥镜像力对离子自能的吸引贡献，当离子进入孔内时该贡献受到越来越强的屏蔽。对于半径约为1 nm的孔和低于0.2 mol/L的体相浓度，这种机制导致从离子渗透态到离子排除态的一级相变，类似于毛细管“蒸发”。对于足够小的膜介电常数（< 5），该不连续相变在生物浓度范围（~ 0.15 mol/L）内仍然存在。在弱带电孔的情况下，反离子的渗透表现出非单调行为，并具有两个特征：在低储层浓度或小孔半径时，共离子被排除，反离子的能垒降低，但镜像力仍然足够强，因此孔内反离子的分配系数随储层浓度增加而降低，直至达到一个特征值；对于更大的储层浓度，镜像力被屏蔽，反离子的分配系数随储层电解质浓度增加而增加。
引用
@article{arxiv.1006.3696,
title = {Ionic exclusion phase transition in neutral and weakly charged cylindrical nanopores},
author = {Sahin Buyukdagli and Manoel Manghi and John Palmeri},
journal= {arXiv preprint arXiv:1006.3696},
year = {2015}
}