分子动力学模拟研究纳米碳管中甲醇-水混合溶液的结构与输运性质.pdf

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)SeptemberActaPhys．一Chim．S／n．2014，30(9)，1625-16331625【Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201407031www．whxb．pku．edu．cn分子动力学模拟研究纳米碳管中甲醇．水混合溶液的结构与输运性质高文秀王洪磊李慎敏‘(大连大学辽宁省生物有机化学重点实验室，辽宁大连116622)摘要：利用分子动力学模拟方法，对比考察了平衡条件、外压作用、梯度电场作用下，摩尔比为1：1的甲醇一水混合溶液在纳米碳管(CNT)中的静态结构以及输运行为．研究发现：在平衡体

2、系与外压作用下，纳米碳管内甲醇与水呈现出明显的不混溶现象，甲醇主要分布于管壁附近，水分子主要分布于纳米碳管轴心附近而在梯度电场作用下．纳米碳管由疏水性向亲水性转变，更多的水分子分布于管壁，导致纳米碳管内甲醇一水的不混溶现象消失．另一方面，在外压作用下，纳米碳管内甲醇与水呈现单向移动：而在梯度电场下，甲醇与水呈现快速的双向移动，其流通量较相应外压作用体系高出近一个数量级，但由于双向的流通量大小相近，导致净流通量与外压作用下的净流通量差异不大．关键词：甲醇：水：纳米碳管：分子动力学模拟：流通量中图分类号：O641MolecularDynamicsSimulationStudyo

3、fStructuralandTransportPropertiesofMethanol-WaterMixtureinCarbonNanotubesGAOWen-XiuWANGHong-LeiLIShen-Min(LiaoningKeyLaboratoryofBio—OrganicChemistry,DalianUniversity,Dalian116622，LiaoningProvince,R．China、Abstract：Moleculardynamicssimulationsofamethano1．watermixturefmolarratio1：1)wereperfo

4、rmedtodetermInethediferencesamongthestructuraIandtransportpropertiesinthreecarbonnanotube(CNT)systems：anequilibriumsystem，asystemwithanexternafpressure，andasystemwithagradientelectricfield．ThesimulationsshowedthatjnboththeequilibriumsystemandthesystemwithallexternaJpressure．themethanol-wat

5、ermixtureiSclearlyimmiscibleintheCNTs．withthewatermoleculesdistributedmainlyaroundthetubeaxis．andthemethanoImoleculeslocatednearthetubewall；however,inthesystemwithagradientelectricfield，thehydrophobicCNTsbecomehydrophilic，andthephenomenonofmethano1．watersepamtiondisappears．Incontrast，unlik

6、etheunidirectionaltransportobsewedinthesystemwithanexternaIpressure。theparticlesmoveintwodirectionsinthesystemwithagradientelectricfield．withaflowone0rderofmagnitudeIargerthanthatinthecofespondingexternalpressuresystem．However,inthesystemwithagradientelectticfield，thenetfluxiSsmall，because

7、theflowsforthetwodirectionsaresimila~TherejSthusasmalJfluxdiferencebetweenthesystemwithanexternaIpressureandthesystemwithagradientelectricfield．KeyWords：Methanol；Water；Carbonnanotube；Moleculardynamicssimulation；Flux1引言现醇与水的分离，然而该方法能耗较高．新世纪以作为一种亲水性物质，甲醇可以与水以任意比