Orientation and Structure of Ionic Liquid Cation at Air/[bmim][BF4] Aqueous Solution Interface

The watermiscible room temperature ionic liquid 1butyl3methylimidazolium tetrafluorob orate （[bmim] [BF4]） is a model system for studying the interactions between ionic liquid and water molecules. In this work the orientational structure of the low concentrated aqueous solution of [bmim] [BF4] at the air/liquid interface was investigated by sum frequency gener ation vibrational spectroscopy. It has been found that at very low concentrations, the butyl chain exhibited a significant gauche defect, indicating a disordered conformation; and the cation ring oriented with a fairly small tilting angle at the surface. When the concentration increased, the cation ring tended to lie flat at the surface, and the gauche defects of the butyl chain decreased due to the intermolecular chainchain interactions and the consequent more ordered interfacial molecular arrangement. Additionally, the antisymmetric stretching mode in the PPP and SPS spectra exhibited a peak shift, showing that there exists more than one kind of orientation or chemical environment for the butyl CH3 group. These results may shed new light on understanding the surface behavior of watermiscible ionic liquids as well as the imidazolium based surfactants.     

径向电场对纳米管中水分子通量的影响

水分子在纳米通道中的运动对于生命活动、纳米器件的设计等都有着重要的意义. 现在已经证实, 在(6,6)的碳纳米管中, 水分子会以单分子水链的形式协同通过碳纳米管. 但是如何控制水分子的流量仍然是一个困难的课题. 本文研究了在径向电场作用下, 碳纳米管中水分子通量的变化趋势和碳纳米管的开关行为.发现在碳纳米管两端存在200 MPa的压力差时, 电场强度从1 V·nm^-1增加到3 V·nm^-1, 水分子通量线性减小. 当径向电场强度增加到3 V·nm^-1时, 碳纳米管处于关闭状态, 水分子无法通过碳纳米管. 进一步, 我们发现水偶极与碳纳米管管轴夹角的平均值的概率分布和翻转频率都与水分子在纳米管中的个数有很大关系.     

水在HfO2(111)和(110)表面的吸附与解离

运用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA-PW91)结合周期平板模型, 研究水分子在二氧化铪(111)和(110)表面不同吸附位置在不同覆盖度下的吸附行为. 通过比较不同吸附位的吸附能和几何构型参数发现:(111)和(110)表面铪原子(top 位)是活性吸附位. 水分子与表面的吸附能值随覆盖度的变化影响较小. 在(111)和(110)表面, 水分子都倾向以氧端与表面铪原子相互作用. 同时也计算了羟基、氧和氢在表面的吸附, Mulliken 电荷布居, 态密度及部分频率. 结果表明, 在两种表面羟基以氧端与表面铪相互作用, 氧原子与表面铪和氧原子同时成键, 而氢原子直接与表面氧原子相互作用形成羟基. 通过过渡态搜索, 水分子在(111)和(110)表面发生解离, 反应能垒分别为9.7和17.3 kJ·mol^-1, 且放热为59.9和47.6 kJ·mol^-1.     

水分子对α相CL-20热分解机理影响的分子动力学研究

研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)晶体不同晶型在不同温度下的反应机理, 对于深入认识含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火和爆轰过程等具有重要意义. 基于反应力场, 研究水分子在纯α相CL-20及其水合物的晶体结构中数量随时间的变换, 分析水分子对两种体系的初始分解和第二阶段的分解路径的影响. 计算结果表明: CL-20 分子的初始分解路径与水分子无关, 第二阶段的分解反应与水分子有关. 在低温(T<1500 K)下, 水分子对两种体系没有影响, 二者的初始分解路径均为N-NO₂键生成NO₂自由基; 在1500 K≤T≤2500 K时, 水分子作为反应物或与NO₂、、OH自由基等组成催化体系, 生成O₂、H₂O₂等产物, 加速水合物体系在高温下的第二阶段反应, 使得高温下水合物体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量比纯CL-20体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量大; 在T>2500 K时, 水分子的催化反应抑制CL-20初始分解反应, 使得在3000 K时纯CL-20体系的反应速率大于水合物体系中CL-20的反应速率.     

形变碳纳米管中水的输运行为研究

水分子通过碳纳米管的运输行为对认识生命的新陈代谢活动、海水淡化和纳米运输器件有着重要的参考作用.本文通过分子动力学的方法研究了水分子通过形变碳纳米管的运输行为,即椭圆柱状碳纳米管的离心率e对管内水分子输运的影响.结果发现椭圆柱状碳纳米管的离心率对管内水分子的偶极矩概率分布、径向函数分布和流量有重要的影响作用.分析认为碳纳米管的形变使管内水分子的偶极矩态及其运输状态发生变化;同时也发现在一定范围内通过改变碳纳米管的形状能起到分子开关的作用.     

碳纳米管阵列水渗透性质的研究

碳纳米管阵列组成的碳纳米管分子膜在生物学分子器件等方面有重要应用. 本文利用分子动力学方法计算研究水分子对(11, 11)碳纳米管阵列的渗透过程. 结果发现, 只有当阵列间隙面积大于57.91 Ų时, 水分子才能进入阵列间隙中, 并揭示了碳管内部、阵列间隙内水分子结构随相邻碳管间距变化的演化趋势以及管内外水分子电偶极矩的分布特性.     

水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理的密度泛函理论,主要以(6,6)Armchair型,(11,0)Zigzag型单壁碳纳米管为研究对象,研究了水分子链在碳纳米管内部吸附的稳定结构,以及结合能随其结构的变化.结果表明:当水分子链受限于碳纳米管内部时,引起碳纳米管直径收缩,这主要是由于水分子链与碳纳米管之间的氢键作用以及范德华弱相互作用所引起的.随着碳纳米管半径的增加,两种单体之间的结合能逐渐减小,但当碳纳米管半径增加至6.78时,其结合能又有所增加,这是由于在优化过程中,水分子链单体之间的氢键作用大于水分子链与碳纳米管之 关键词： 水分子链/单壁碳纳米管 密度泛函理论 结构稳定性     

Crystal Structure and Thermal Stability Properties of a New 1D Chain Cu（ll） Coordination Polymer with 2,3-Pyridinedicarboxylic Acid as the Ligand

A new 1D chain copper coordination polymer [CuE（H2L）2（C10HsN2）（HEO）2]n＇3n（H20） with 2,3-pyridinedi carboxylic acid （H2L） and 2,2＇-bipyridine （2,2＇-bipy） as ligands has been synthesized in the mixed ethanol and water solvents. Crystal data for this complex are as follows： monoclinic, space group P2Jc, a = 7.7713（7）, b = 27.478（3）, c = 13.2621（13）/1,, fl = 100.6940（10）, V= 2782.8（5） A3, Dc = 1.722 g/cm3, Z = 4, p = 1.61 mm-1, F（000） = 1472, the final R = 0.0363 and wR = 0.0933. In the crystal structure, the whole molecule consists of two cooper ions, two H2L, one 2,2＂-bipy molecule and six water molecules. Each central copper ion is coordinated with three oxygen atoms from two H2L and one water molecule, two nitrogen atoms from one 2,2＇-bipy molecule and two H2L, giving a distorted tetragonal pyramidal geometry. Thermal stability properties of the complex were investigated.