石墨烯纳通道中离子输运的分子动力学模拟

Molecular dynamics simulation of ion transportation through graphene nanochannels

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摘要采用分子动力学模拟方法建立了石墨烯纳通道中离子输运的模型,统计了不同直径石墨烯纳米孔两侧的电势和电荷分布,确立了电势和电荷分布随纳米孔直径的变化关系.通过施加匀强电场使极性水分子在石墨烯纳通道中重新排列,总结出水分子的极化程度与纳通道直径的对应关系.利用建立的纳通道中离子输运的理论模型,定量分析了不同直径纳通道中的阴、阳离子浓度与体态溶液浓度的变化关系.结果表明,纳米孔径的减小会导致孔两侧电势降的增大、聚集电荷的增多,并且水的极化程度也更加明显.此外,在较低浓度的NaCl溶液下,纳通道中氢离子浓度占的比重大.随着NaCl溶液浓度的增加,通道中钠离子的浓度上升值远大于氢离子的浓度减小值,因此,钠离子浓度对于离子电导的贡献更大.

作者陈辰 ^[1] 陈云飞 ^[1] 沙菁(契) ^[1] 伍根生 ^[2] 马建 ^[1] 李堃 ^[1] 纪安平 ^[1] 学术成果认领

作者单位东南大学机械工程学院,南京 211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室,南京 211189 ^[1] 南京林业大学机械电子工程学院,南京,210037 ^[2]

关键词分子动力学模拟离子输运石墨烯纳通道离子电导 molecular dynamics simulation ion transportation graphene nanochannels ionic conductance

分类号 TB383

DOI 10.3969/j.issn.1003-7985.2017.02.008

发布时间 2017-07-19

基金项目

The National Basic Research Program of China(973 Program) the National Natural Science Foundation of China the Natural Science Foundation of Jiangsu Province the Natural Science Foundation of Higher Education Institutions of Jiangsu Province

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