Excess Entropy of Janus Particles Immersed in Hydrogen Bonding Fluids

doi:10.7503/cjcu20230443

Abstract

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

CLC Number:

O631

TrendMD:

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

Figures/Tables 7

References 47

1	Wang M. L.， Yu D. G.， Bligh S. W. A.， Appl. Mater. Today， 2023， 31， 101766
2	Rozynek Z.， Mikkelsen A.， Dommersnes P.， Fossum J. O.， Nat. Commun.， 2014， 5（1）， 3945
3	Yan L. L.， Yang X. B.， Zhang Y. Q.， Wu Y. D.， Cheng Z. J.， Darling S. B.， Shao L.， Mater. Today， 2021， 51， 626—647
4	Liang F. X.， Yang Z. Z.， Acta Polym. Sin.， 2017， 48（6）， 833—892
	梁福鑫，杨振忠. 高分子学报. 2017， 48（6）， 883—892
5	Wu Z. F.， Wang Y.， Dong L. L.， Chen M. Q.， Shi D. J.， Compos. Commun.， 2023， 40， 101574
6	Wang D. D.， Shen X. Y.， Song Y. Y.， Wang S. T.， Acta Chim. Sin.， 2023， 81（9）， 1187—1195
	王端达，沈欣怡，宋永杨，王树涛. 化学学报， 2023， 81（9）， 1187—1195
7	Du Y. P.， Wen J.， Deng K.， Zou L.， Liu X. S.， Liu P.， Liu B. Y.， Lv X. B.， Tian W.， Ji J. Y.， Sep. Purif. Tech.， 2023， 322， 124312
8	Chen H. M.， Liu G. P.， Jin W. Q.， Membr. Sci. Tech.， 2023， 43（1）， 1—12
	陈慧敏，刘公平，金万勤. 膜科学与技术， 2023， 43（1）， 1—12
9	Gao P. C.， Sun S.， Wang Y.， Wei Y. Y.， Jiang Y.， Chem. Eng. J.， 2022， 428， 131284
10	Yu Y， Lin R. F.， Yu H. Y.， Liu M. C.， Xing E. Y.， Wang W. X.， Zhang F.， Zhao D. Y.， Li X. M.， Nat. Commun.， 2023， 14（1）， 4249
11	Xue Z. H.， Su H.， Yu Q. Y.， Zhang B.， Wang H. H.， Li X. H.， Chen J. S.， Adv. Energy Mater.， 2017， 7（12）， 1602355
12	Cui D. H.， Shi B. F.， Xia Z. N.， Zhu W. J.， Lv C. L.， ACS Appl. Nano Mater.， 2022， 5（4）， 5660—5669
13	Zhang X.， Fu Q. R.， Duan H. W.， Song J. B.， Yang H. H.， ACS Nano， 2021， 15（4）， 6147—6191
14	Li M. M.， Li Z. W.， Lyu Q. Q.， Peng B. L.， Zhong R.， Zhao M. R.， Xiong B. J.， Yi G. R.， Zhang L. B.， Zhu J. T.， Macromolecules， 2022， 55（18）， 8345—8354
15	Hu F. F.， Sun Y. W.， Zhu Y. L.， Huang Y. N.， Li Z. W.， Sun Z. Y.， Nanoscale， 2019， 11（37）， 17350—17356
16	Torrenegra⁃Rico J. D.， Arango⁃Restrepo A.， Rubí J. M.， J. Chem. Phys.， 2022， 157（10）， 104103
17	Liu Y.， Wang X. Z.， He Y. R.， Particuology， 2023， 76， 165—175
18	Yi G. R.， Pine D. J.， Sacanna S.， J. Phys.： Condens. Matter， 2013， 25（19）， 193101
19	Denton A. R.， Davis W. J.， J. Chem. Phys.， 2021， 155（8）， 084904
20	Huang Z. H.， Dong B. J.， Chen P. Y.， Yang Y.， Zhu G. L.， Yan L. T.， Acta Polym. Sin.， 2016， 47（8）， 979—991
	黄子涵，董伯骏，陈鹏宇，杨烨，朱国龙，燕立唐. 高分子学报， 2016， 47（8）， 979—991
21	Dyre J. C.， J. Chem. Phys.， 2018， 149（21）， 210901
22	Yan L. T.， Entropy⁃Control Strategy of Soft Matter Systems， Science Press， Beijing， 2021， 94—110
23	Chen S. S.， Yong X.， Langmuir， 2019， 35（46）， 14840—14848
24	Rosenfeld Y.， Phys. Rev. Lett.， 1989， 63（9）， 980—983
25	Roth R.， Evans R.， Lang A.， Kahl G.， J. Phys.： Condens. Matter， 2002， 14（46）， 12063—12078
26	Yu Y. X.， Wu J. Z.， J. Chem. Phys.， 2002， 117（22）， 10156—10164
27	Yu Y. X.， Wu J. Z.， J. Chem. Phys.， 2002， 116（16）， 7094—7103
28	Cheng J.， Xu J. P.， Yang J.， Lv W. J.， Lian C.， Liu H. L.， Chem. Eng. Sci.， 2022， 261， 117957
29	Chang Q. H.， Jiang J.， Macromolecules， 2022， 55（3）， 897—905
30	Chang Q. H.， Qing L. Y.， Jiang J.， Sci. Sin. Chim.， 2023， 53（4）， 638—650
	常秋慧，卿乐英，江剑. 中国科学：化学， 2023， 53（4）， 638—650
31	Gu F， Wang H. J.， Fu D.， Sci. Sin. Chim.， 2013， 43（1）， 55—62
	顾芳，王海军，付东. 中国科学：化学， 2013， 43（1）， 55—62
32	Gu F.， Wang H. J.， Li J. T.， Sci. China Chem.， 2012， 55（6）， 1160—1166
33	Roth R.， Evans R.， Dietrich S.， Phys. Rev. E， 2000， 62（4）， 5360—5377
34	Roth R.， Evans R.， Europhys. Lett.， 2001， 53（2）， 271—277
35	Lekkerkerker H. N. W.， Tuinier R.， Colloids and the Depletion Interaction， Springer Netherlands Press， Berlin， 2011，57—97
36	Wang H. J.， Hong X. Z.， Gu F.， Ba X. W.， Sci. China Chem.， 2006， 49（6）， 499—506
37	Segura C. J.， Chapman W. G.， Mol. Phys.， 1995， 86（3）， 415—442
38	Jeffrey G. A.， An Introduction to Hydrogen Bonding， Oxford University Press， Oxford， 1997， 33—97
39	Ben⁃Naim A.， Molecular Theory of Solutions， Oxford University Press， Oxford， 2006， 112—131
40	Xu W. S.， Douglas J. F.， Sun Z. Y.， Macromolecules， 2021， 54（7）， 3001—3033
41	Xu W. S.， Sun Z. Y.， Chin. J. Polym. Sci.， 2023， 41（9）， 1329—1341
42	Baranyai A.， Evans D. J.， Phys. Rev. A， 1989， 40（7）， 3817—3822
43	Baranyai A.， Evans D. J.， Z. Naturforsch. A， 1991， 46（1/2）， 27—31
44	Giaquinta P. V.， Giunta G.， Physica A， 1992， 187（1/2）， 145—158
45	Laird B. B.， Haymet A. D. J.， J. Chem. Phys.， 1992， 97（3）， 2153—2155
46	Andersen H. C.， Weeks J. D.， Chandler D.， Phys. Rev. A， 1971， 4（4）， 1597—1607
47	Mountain R. D.， Raveché H. J.， J. Chem. Phys.， 1971， 55（5）， 2250—2255

[1]	LI Honghong,GENG Keying,TIAN Fuyue,GU Fang,WANG Haijun. Regulation of Phase State of Dipolar Janus Particles and Its Application ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(5): 1042.
[2]	WANG Yanhui,ZOU Qingzhi,ZHU Youliang,FU Cuiliu,HUANG Yineng,LI Zhanwei,SUN Zhaoyan. Simulation Study on the Self-assembly of Softtriblock Janus Particles^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(5): 1037.
[3]	WANG Gang,WANG Keliang,LU Chunjing,WANG Ying. Preparation and Foam Properties of Janus Particles^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(5): 990.
[4]	YANG Pinghui, ZHU Jiafeng, SUN Wei, ZHOU Wanrong. Self-assembly Behavior of Amphiphilic Janus Particles in the Acting Process of Breath Figure Method^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(4): 678.
[5]	LI Jiangtao, LIU Shujing, GU Fang, WANG Haijun. Adsorption-desorption of Hydrogen Bonding Fluid Confined in a Spherical Cavity: the Role of Surface Regulation^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(9): 1710.
[6]	CHEN Qin-Hui, CHEN Bao-Ling, ZHENG Long-Hui, LIN Jin-Huo. Preparation of Polyaniline/Polystyrene Janus Composite Particles [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(7): 1788.
[7]	WANG Chao-Yang*, YANG Rui, CHEN Yun-Hua, TONG Zhen. Janus Particles Prepared by Pickering Emulsion Template [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2010, 31(5): 864.