模拟阳离子在水中的带负电纳米孔中的选择性分配

水和小的溶质在纳米孔中的分配和传输对于各种化学和生物过程及应用非常重要。在这里，我们利用广泛的分子动力学模拟研究了尺寸递增的正离子进入孔内部的分配。尽管模拟系统很简单，但结果对孔水合和离子分配都提供了新的有用见解。对于孔上的低负电荷密度，正离子进入孔的驱动力很弱，并且没有观察到分配。增加孔电荷逐渐导致正离子进入孔的分配。有趣的是，在一系列中等负电荷密度范围内，纳米孔在将较大的K+和Cs+离子分配到其内部方面表现出热力学和动力学选择性，而不是较小的Na+离子。热力学驱动力和平均分配时间随孔电荷密度的变化共同表明分配过程中存在自由能垒。我们讨论了离子在本体和孔内部的水合作用以及孔水合作用在决定离子分配势垒高度以及所观察到的热力学和动力学选择性中的作用。