Molecular Simulations of the Synthesis of Periodic Mesoporous Silica Phases at High Surfactant Concentrations
Molecular Simulations of the Synthesis of Periodic Mesoporous Silica Phases at High Surfactant Concentrations
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高表面活性剂浓度下周期性介孔二氧化硅相合成的分子模拟
DOI：
10.1021/acs.jpcc.6b09429
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Chien S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chien S
采用粗粒模型的分子动力学模拟方法研究了阳离子表面活性剂浓度范围内周期性介孔氧化硅的形成机理。这是对低表面活性剂浓度系统的早期研究的后续。我们开始通过研究的表面活性剂-水系统的相图，发现我们的模型显示出良好的定性协议与实验相对于表面活性剂的浓度，其中出现的各个阶段。然后，我们考虑了硅酸盐物种对形成的形态的影响。我们已经发现，即使在浓缩的表面活性剂体系中，即使在纯表面活性剂溶液产生液晶相的浓度范围内，液晶模板化机制也是不可行的，因为当二氧化硅单体加入溶液中时，预形成的液晶塌陷。在添加二氧化硅二聚体时，形成新的相分离的六方阵列。发现预形成的液晶在单体硅酸盐的存在下是不稳定的。此外，二氧化硅二聚体被发现是必不可少的介观有序在低和高的表面活性剂浓度。我们的研究结果支持这样的观点，即阴离子二氧化硅低聚物和阳离子表面活性剂的协同作用决定了M41 S材料家族中介观结构的形成。
Molecular dynamics simulations of a coarse-grained model are used to study the formation mechanism of periodic mesoporous silica over a wide range of cationic surfactant concentrations. This follows up on an earlier study of systems with low surfactant concentrations. We started by studying the phase diagram of the surfactant–water system and found that our model shows good qualitative agreement with experiments with respect to the surfactant concentrations where various phases appear. We then considered the impact of silicate species upon the morphologies formed. We have found that even in concentrated surfactant systemsin the concentration range where pure surfactant solutions yield a liquid crystal phasethe liquid-crystal templating mechanism is not viable because the preformed liquid crystal collapses as silica monomers are added into the solution. Upon the addition of silica dimers, a new phase-separated hexagonal array is formed. The preformed liquid crystals were found to be unstable in the presence of monomeric silicates. In addition, the silica dimer is found to be essential for mesoscale ordering at both low and high surfactant concentrations. Our results support the view that a cooperative interaction of anionic silica oligomers and cationic surfactants determines the mesostructure formation in the M41S family of materials.
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