氢键流体中Janus粒子的过量熵

doi:10.7503/cjcu20230443

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 20230443.doi: 10.7503/cjcu20230443

氢键流体中Janus粒子的过量熵

陈晴晴¹, 李江涛¹, 黄欣蓉¹, 顾芳¹(), 王海军¹^,²^,³()

^1.河北大学化学与材料科学学院
^2.河北省化学生物学重点实验室
^3.药物化学与分子诊断教育部重点实验室, 保定 071002

收稿日期:2023-10-16 出版日期:2024-02-10 发布日期:2023-11-15
通讯作者: 顾芳 E-mail:fanggu@hbu.edu.cn;whj@hbu.edu.cn
作者简介:王海军, 男, 博士, 教授, 主要从事高分子凝聚态理论研究. E-mail: whj@hbu.edu.cn
基金资助:
河北省中央引导地方科技发展资金项目(236Z7601G);河北省自然科学基金(B2022201050);河北大学多学科交叉研究项目(DXK202112)

Excess Entropy of Janus Particles Immersed in Hydrogen Bonding Fluids

CHEN Qingqing¹, LI Jiangtao¹, HUANG Xinrong¹, GU Fang¹(), WANG Haijun¹^,²^,³()

^1.College of Chemistry and Material Science
^2.Chemical Biology Key Laboratory of Hebei Province
^3.Key Laboratory of Medicinal Chemistry and Molecular Diagnosis，Ministry of Education，Hebei University，Baoding 071002，China

Received:2023-10-16 Online:2024-02-10 Published:2023-11-15
Contact: GU Fang E-mail:fanggu@hbu.edu.cn;whj@hbu.edu.cn
Supported by:
the Central Guidance on Local Science and Technology Development Fund of Hebei Province, China(236Z7601G);the Natural Science Foundation of Hebei Province, China(B2022201050);the Interdisciplinary Research Program of Natural Science of Hebei University, China(DXK202112)

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摘要/Abstract

摘要：

Janus粒子在结构和性质上的特殊性使其在不同溶剂中呈现出丰富的聚集态结构和相态结构, 这与其在溶液中的过量熵密切相关. 本文以Janus粒子与氢键流体的稀溶液体系为例, 利用经典流体的密度泛函理论研究了氢键流体中Janus粒子的过量熵. 首先在极稀条件下给出Janus粒子外氢键流体中的局域密度分布, 由此得到Janus粒子与氢键流体的二体分布函数, 进而计算了不同情况下的过量熵. 在此基础上, 阐明了Janus粒子与氢键流体间的相互作用、氢键流体的体相密度、氢键强度和氢键官能度等因素对过量熵的影响. 本研究旨在揭示这些因素对过量熵的调控机制, 在定量水平上明确Janus粒子在溶液中组装的驱动力, 从而为深入研究其聚集态结构提供可借鉴的理论线索.

关键词: Janus粒子, 氢键流体, 过量熵, 经典密度泛函理论

Abstract:

Rich aggregation states and phase behavior of Janus particles can be observed in various solvents because of its characterized features， which is closely related to its excess entropy in solution. For the mixture of Janus particles immersed in a hydrogen-bonding（HB） fluid， we presented the excess entropy of a Janus particle in the limit of dilute solution. This investigation was performed by means of the density functional theory for classical fluids. With the aid of local density profiles of HB fluid around the Janus particle under various conditions， the pair correlation functions were given and then were employed to calculate the excess entropy. Furthermore， the effect of interactions between Janus particle and HB fluid， bulk density of HB fluid， HB strength and HB functionality on the excess entropy was elucidated. An attempt was made to find the dependence of the excess entropy on these factors such that the driving force of the assembly of Janus particles can be quantitatively presented. As a result， it is expected that such an effort can provide useful clues to investigate aggregation of Janus particles.

Key words: Janus particle, Hydrogen bonding fluid, Excess entropy, Classical density functional theory

中图分类号:

O631

TrendMD:

陈晴晴, 李江涛, 黄欣蓉, 顾芳, 王海军. 氢键流体中Janus粒子的过量熵. 高等学校化学学报, 2024, 45(2): 20230443.

CHEN Qingqing, LI Jiangtao, HUANG Xinrong, GU Fang, WANG Haijun. Excess Entropy of Janus Particles Immersed in Hydrogen Bonding Fluids. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(2): 20230443.

图/表 7

Fig.1 Schematic illustration of a Janus particle with diameter σJ immersed in a hydrogen bonding(HB) fluid of A2D2 type

Fig.2 Density profile of HB fluid of A2D2 type around a Janus particle calculated under conditions of λ=2, γ=0, ρσ3=0.5 and βεHB=6

Fig.3 Density profiles ρ(0, z) of HB fluid of A2D2 type around a Janus particle under various bulk density ρσ3(A) γ=0.5; (B) γ=-0.5.

Fig.4 Density profiles ρ(0, z) of HB fluid of A2D2 type around a Janus particle under various HB strength βεHB(A) γ=0.5; (B) γ=-0.5.

Fig.5 Excess entropy of a Janus particle immersed in a HB fluid of A2D2 type under various bulk density ρσ3 and HB strength βεHB(γ=-1)

Fig.6 Excess entropies SH(red) and SL(blue) for H and L sides of a Janus particle immersed in a HB fluid of A2D2 type under various bulk density ρσ3 and HB strength βεHB(γ=-1)

Fig.7 Excess entropy of a Janus particle immersed in HB fluids of A1D1, A1D2 and A2D2 types at various bulk density ρσ3 under βεHB=6, λ=2 and γ=-0.5

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氢键流体中Janus粒子的过量熵

Excess Entropy of Janus Particles Immersed in Hydrogen Bonding Fluids

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