《離子液體中納米尺度團簇的分子動力學研究》是依託吉林大學，由胡中漢擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離子液體中納米尺度團簇的分子動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡中漢
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目擬從分子水平上探討離子液體中納米尺度團簇的演化過程以及其與溶質、界面相互作用的分子動力學行為,將著重開展如下工作：（1）發展有效的力場來表述界面、溶質分子、離子液體之間的成鍵、非鍵相互作用。該工作將沿用較為成熟的力場發展思路，研究界面、離子液體的分子間相互作用的新問題；（2）發展快速、可行的理論計算方法，揭示離子液體中納米糰簇的動力學行為受界面的影響。該研究將延續申請人發展的局域分子場理論來準確、高效地處理表面長程靜電相互作用；（3）發展近似的光譜計算方法揭示離子液體納米糰簇的形成與受激發光波長影響的螢光發射光譜的內在聯繫。該研究將延續申請人在離子液體螢光光譜方面的工作解決離子液體中納米糰簇與特殊光譜形成之間的關係的新問題。
結題摘要
在這個項目中，基於標準化的Ewald方法處理長程電荷相互作用，我們對一系列離子液體作為溶劑的溶液體系開展了分子動力學模擬方面的研究。主要研究了螢光探針分子作為溶質以及石墨烯作為溶質兩種離子液體溶液體系的熱力學、結構或光學性質。同時，我們理論上分析了分子動力學模擬中廣泛使用的Ewald方法的無限邊界項以及精確的成對相互作用，為下一步探討更為嚴格的長程電荷相互作用處理方法提供了基礎。 （1）通過套用分子動力學、發展螢光光譜計算方法，我們研究了2-amino-7-nitrofluorene螢光分子在一系列含烷基鏈離子液體中的光譜。我們的研究指出溶質螢光分子周圍離子的局域排列所形成的納米尺度的團簇是光化學能量異性的成因。近年來，業界主流的意見：儘管通過分子動力學模擬，理論化學工作者做了大量離子液體的結構特異性方面的工作且被廣泛引用，但並沒有標誌性的研究真正指出離子液體的結構異性跟離子液體的光學異性之間的關聯。比如，綜述文章Annu. Rev. Phys. Chem., 2011, 62, 85–105用大段篇幅指出現階段離子液體理論模擬的難點即是非常需要發展新的方法來聯繫實驗觀測的光化學能量異性與理論計算的結構異性。我們的工作從而完美地回答了這個業界關心的問題。 （2） 通過發展多尺度分子動力學模擬方法，我們研究了石墨烯片段溶解於離子液體的微觀機理。該工作跨三個尺度：量子化學計算石墨烯與離子液體的相互作用（電子尺度），納秒到毫秒量級的分子動力學模擬（原子尺度、微觀尺度），以及介觀動力學方程分析（巨觀尺度、實驗可測）。在過去10多年來，納米領域一直有困惑：富含pi電子的石墨烯或碳納米管材料是如何被離子液體溶解的？我們通過對比石墨烯在水中的聚集現象以及其在離子液體中的溶解現象發現可以用簡單的范德華力來表述離子液體與石墨烯的相互作用。通過多尺度模擬，我們認為這種表述與實驗觀測吻合，合理解釋了石墨烯－離子液體亞穩態團簇形成的熱力學機制。我們發現，在不同的溶劑中亞穩態到熱力學穩態的勢壘是決定富pi電子的碳納米材料能否被溶解的成因。同時，我們也否定了業界一些流行的猜測。比如，日本的科學家Aida等人10多年來認為陽離子-pi相互作用可能是富含pi電子的碳納米材料溶解於離子液體的微觀作用機制。
