碳纳米管膜分离Li+/Mg2+的分子动力学模拟

doi:10.7503/cjcu20120760

高等学校化学学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (4): 925.doi: 10.7503/cjcu20120760

碳纳米管膜分离Li⁺/Mg²⁺的分子动力学模拟

李红曼¹, 杨登峰², 刘清芝², 胡仰栋¹

1. 中国海洋大学化学化工学院, 青岛 266100;
2. 青岛农业大学化学与药学院, 青岛 266109

收稿日期:2012-08-20 出版日期:2013-04-10 发布日期:2013-03-20
通讯作者: 胡仰栋,男,博士,教授,博士生导师,主要从事过程系统工程和膜分离过程系统优化设计研究.E-mail:ydhuhd@ouc.edu.cn E-mail:ydhuhd@ouc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号:21076202)资助.

Molecular Dynamics Simulation of Carbon Nanotube Membrane Separating Li⁺/Mg²⁺

LI Hong-Man¹, YANG Deng-Feng², LIU Qing-Zhi², HU Yang-Dong¹

1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China;
2. College of Chemistry and Pharmaceutical Sciences, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China

Received:2012-08-20 Online:2013-04-10 Published:2013-03-20

摘要/Abstract

摘要：

采用"扶手椅"型碳纳米管建立了连续的碳纳米管膜模型, 利用分子动力学模拟方法研究了Li⁺和Mg²⁺在膜中的传导行为. 模拟研究了不同管径的碳纳米管CNTs(7,7), (8,8), (9,9), (10,10), (11,11)对Li⁺和Mg²⁺的通透性, 检测了两种离子进入管内时的平均力势, 探索了两种离子在碳纳米管内的径向、轴向密度分布, 观测了个别离子在管内的运动轨迹. 结果表明, 模拟中CNTs(9,9)用于有效分离Li⁺和Mg²⁺的效果较好. 管径不同, 导致Li⁺和Mg²⁺通量不同, 平均力势(PMF)差值不同, 同时离子的轨迹和径向、轴向密度分布也有所差异. 总之, 碳纳米管是一种可将Li⁺和Mg²⁺分离的潜在材料.

关键词: 锂, 碳纳米管, 分子动力学模拟

Abstract:

Armchair-type carbon nanotubes(CNTs) were used to construct a continuous nanotube membrane model. The conductivity behaviors of Li⁺and Mg²⁺ in the nanotubes were examined via molecular dynamics simulation. In the simulation, the permeability of Li⁺and Mg²⁺ in CNTs (7,7),(8,8),(9,9),(10,10), (11,11) with different diameters were investigated. The potentials of mean force(PMF) for ions entering the nanotubes, radial and axial ions density distributions, and the trajectories of individual ions transporting in tubes were explored. The results indicate that CNTs (9,9) is effective in separating Li⁺ and Mg²⁺ in the simulation. With different nanotube diameters, the conductance, PMF difference, trajectories, radial and axial density distributions of Li⁺and Mg²⁺ are different. In short, the carbon nanotube is a potential material for separating Li⁺and Mg²⁺.

Key words: Lithium, Carbon nanotube, Molecular dynamics simulation

中图分类号:

O645

TrendMD:

李红曼, 杨登峰, 刘清芝, 胡仰栋. 碳纳米管膜分离Li⁺/Mg²⁺的分子动力学模拟. 高等学校化学学报, 2013, 34(4): 925.

LI Hong-Man, YANG Deng-Feng, LIU Qing-Zhi, HU Yang-Dong. Molecular Dynamics Simulation of Carbon Nanotube Membrane Separating Li⁺/Mg²⁺. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(4): 925.

参考文献

[1] Fu Y., Zhong H., Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2010, (2), 30—31(付烨, 钟辉. 矿产综合利用, 2010, (2), 30—31)

[2] Sun X. L., Chen B. Z., Xu H., Shi X. C., J. Cent. South Univ., Natural Science Edition, 2007, 38(2), 262—268(孙锡良, 陈白珍, 徐徽, 石西昌. 中南大学学报, 自然科学版, 2007, 38(2), 262—268)

[3] Chen Z. Y., Gu W. L., Chen F. Z., Xiao N., Qiu S. Y., Kan S. R., Xu W. J., Chin. J. Rare Metals, 1999, 23(2), 95—99(陈正炎, 古伟良, 陈富珍, 肖宁, 仇世源, 阚素荣, 许文江. 稀有金属, 1999, 23(2), 95—99)

[4] Iijima S., Nature, 1991, 354, 56—58

[5] Song C., Corry B., Phys. Chem., 2009, 113(21), 7642—7649

[6] Whitby M., Cagnon L., Thanou M., Quirke N., Nano Lett., 2008, 8(9), 2632—2637

[7] Holt J., Park H., Wang Y., Stadermann M., Artyukhin A., Grigoropolous C., Noy A., Bakajin O., Science, 2006, 312, 1034—1037

[8] Hummer G., Rasiah J., Nowortya J., Nature, 2001, 414, 188—190

[9] Striolo A., Nano Lett., 2006, 6, 633—639

[10] Waghe A., Rasalah J., Hummer G. J., Chem. Phys., 2002, 117, 10789—10795

[11] Mann D., Halls M., Phys. Rev. Lett., 2003, 90, 195503—195506

[12] Peter C., Hummer G., Biophys. J., 2005, 89, 2222—2234

[13] Liu H. M., Cynthia J. J., Sohail M., Mol. Simulat., 2008, 34(2), 169—175

[14] Corry B., Energy Environ. Sci., 2011, 4, 751—759

[15] Alessio A., Stavros K., Chem. Eng. Sci., 2008, 63, 2047

[16] Kalra A., Garde S., Hummer G., Proc. Natl. Acad. Sci., 2003, 100(8), 10175—10180

[17] Darve E., Rodríguez-Gómez D., Pohorille A., J. Chem. Phys., 2008, 128(14), 144120-1-144120-13

[18] Hénin J., Fiorin G., Chipot C., Klein M. L., J. Chem. Theory Comput., 2010, 6(1), 35—47

[19] Corry B., Phys. Chem., 2008, 112(5), 1427—1434

[20] Thomas M., Jayatilaka D., Corry B., Biophys. J., 2007, 93, 2635—2643

[21] Huang F. H., Chen H. S., Xin H. W., Chin. J. Chem. Phys., 1990, 3(1), 76—78(黄复华, 陈宏善, 辛厚文. 化学物理学报, 1990, 3(1), 76—78)

[22] Beu T. A., J. Chem. Phys., 2010, 132, 164513-1-164513-15

[23] Brovchenko I., Paschek D., Geiger A., J. Chem. Phys., 2000, 113, 5026—5036

[24] Sansom M. S., Kerr I. D., Breed J., Sankararamakrishnan R., Biophys. J., 1996, 70, 693—702

[25] Anishkin A., Sukharev S., Biophys. J., 2004, 86, 2883—2895

碳纳米管膜分离Li⁺/Mg²⁺的分子动力学模拟

Molecular Dynamics Simulation of Carbon Nanotube Membrane Separating Li⁺/Mg²⁺

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[1]	李威, 罗飘, 黄廉湛, 崔志明. 基于聚苯乙烯磺酸的锂金属负极界面保护层的设计[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220166.
[2]	贾洋刚, 邵霞, 程婕, 王朋朋, 冒爱琴. 赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃负极材料的制备及储锂性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220157.
[3]	韩付超, 李福进, 陈良, 贺磊义, 姜玉南, 徐守冬, 张鼎, 其鲁. CoSe₂/C复合电催化材料修饰隔膜对高载量锂硫电池性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220163.
[4]	赵润瑶, 纪桂鹏, 刘志敏. 吡咯氮配位单原子铜催化剂的电催化二氧化碳还原性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220272.
[5]	高志伟, 李军委, 史赛, 付强, 贾钧儒, 安海龙. 基于分子动力学模拟的TRPM8通道门控特性分析[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220080.
[6]	尹肖菊, 孙逊, 赵程浩, 姜波, 赵晨阳, 张乃庆. 单原子催化剂在锂硫电池中的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(5): 20220076.
[7]	高京, 何文涛, 王欣欣, 向宇姝, 龙丽娟, 秦舒浩. DOPO衍生物改性碳纳米管的制备及对聚乳酸阻燃性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210670.
[8]	闫文卿, 张则尧, 李彦. 碳纳米管透明导电薄膜的可控制备[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210626.
[9]	张诗昱, 何润合, 李永兵, 魏士俊, 张兴祥. 辐照交联制备低分子量聚丙烯腈纤维锂硫电池正极材料及其储硫机理[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210632.
[10]	李晓辉, 魏爱佳, 穆金萍, 何蕊, 张利辉, 王军, 刘振法. 磷酸钐包覆对高电压镍锰酸锂正极材料电化学性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210546.
[11]	胡波, 朱昊辰. 双层氧化石墨烯纳米体系中受限水的介电常数[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210614.
[12]	李伟辉, 李浩博, 曾诚, 梁昊樾, 陈佳俊, 李俊勇, 李会巧. 热压法构筑锂负极聚偏氟乙烯基双功能保护层的研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210629.
[13]	刘杰, 李金晟, 柏景森, 金钊, 葛君杰, 刘长鹏, 邢巍. 降低直接甲醇燃料电池浓差极化的含磺化碳管阻水夹层的构建[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220420.
[14]	丁钦, 张梓轩, 徐培程, 李晓宇, 段莉梅, 王寅, 刘景海. Cu, Ni, Co掺杂对Fe碳纳米管的结构及电催化性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220421.
[15]	侯从聪, 王惠颖, 李婷婷, 张志明, 常春蕊, 安立宝. N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220351.