Ion enrichment on the hydrophobic carbon-based surface in aqueous salt solutions due to cation-π interactions.
Ion enrichment on the hydrophobic carbon-based surface in aqueous salt solutions due to cation-π interactions.
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DOI：
10.1038/srep03436
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发表时间：
2013-12-06
影响因子：
4.6
通讯作者：
Fang, Haiping
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shi, Guosheng;Liu, Jian;Wang, Chunlei;Song, Bo;Tu, Yusong;Hu, Jun;Fang, Haiping
通过将阳离子 - π相互作用纳入经典的全原子力场，我们利用分子动力学模拟表明，在氯化钠溶液中，基于碳的富π电子表面上的钠离子（Na⁺）有明显的富集。有趣的是，由于钠离子和氯离子（Cl⁻）之间的静电相互作用，氯离子在表面也有一定程度的富集，尽管水合氯离子 - π相互作用较弱。界面处钠离子和氯离子积累数量的差异导致溶液中出现显著的负电荷行为，在纳米尺度体系中尤其如此。此外，我们发现阳离子在界面处的积累是普遍的，因为其他阳离子（锂离子Li⁺、钾离子K⁺、镁离子Mg²⁺、钙离子Ca²⁺、亚铁离子Fe²⁺、钴离子Co²⁺、铜离子Cu²⁺、镉离子Cd²⁺、铬离子Cr²⁺和铅离子Pb²⁺）具有类似的吸附行为。相比之下，在通常未适当考虑阳离子 - π相互作用的力场中，表面附近的离子与溶液中的离子具有相似的密度。
By incorporating cation-π interactions to classic all-atoms force fields, we show that there is a clear enrichment of Na+ on a carbon-based π electron-rich surface in NaCl solutions using molecular dynamics simulations. Interestingly, Cl− is also enriched to some extend on the surface due to the electrostatic interaction between Na+ and Cl−, although the hydrated Cl−-π interaction is weak. The difference of the numbers of Na+ and Cl− accumulated at the interface leads to a significant negatively charged behavior in the solution, especially in nanoscale systems. Moreover, we find that the accumulation of the cations at the interfaces is universal since other cations (Li+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Cd2+, Cr2+, and Pb2+) have similar adsorption behaviors. For comparison, as in usual force field without the proper consideration of cation-π interactions, the ions near the surfaces have a similar density of ions in the solution.
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