微尺度下碳基界面鹽水：水合離子-π作用的理論、實驗和應用

目錄
叢書序
前言
第1章 離子-π作用的理論與實驗方法 1
1.1 離子-π作用簡介 1
1.2 離子-π作用的理論研究 2
1.2.1 陽離子-π作用 2
1.2.2 陰離子-π作用 7
1.2.3 能量分解分析 9
1.3 離子-π作用的實驗測量 11
1.3.1 核磁共振和質(zhì)譜方法 11
1.3.2 紅外光譜和紫外光譜方法 12
1.4 離子-π作用的相關(guān)應用 13
1.4.1 離子-π作用在生物領(lǐng)域的相關(guān)應用 14
1.4.2 離子-π作用在材料科學領(lǐng)域的應用 15
1.4.3 離子-π作用在能源領(lǐng)域的應用 16
1.5 本章小結(jié) 17
參考文獻 18
第2章 水合離子-π作用 26
2.1 引言 26
2.2 理論計算水合離子-π作用 27
2.3 力場參數(shù)的開發(fā)及應用示例 31
2.4 本章小結(jié) 34
參考文獻 34
第3章 水合陽離子-π作用誘導的碳納米管堵塞 37
3.1 引言 37
3.2 基于水合陽離子-π作用的理論預言 37
3.3 實驗設計及理論分析 39
3.3.1 水合離子在碳納米管中的吸附能和勢函數(shù) 39
3.3.2 細碳納米管管口的堵塞效應 43
3.3.3 堵塞效應的解決方案 47
3.3.4 粗碳納米管的開/關(guān)轉(zhuǎn)變 52
3.4 本章小結(jié) 54
參考文獻 56
第4章 粗碳納米管對 (極) 稀鹽溶液中離子的高效收集 58
4.1 引言 58
4.2 極稀水溶液中碳納米管內(nèi)壁與溶液中陽離子作用的理論分析 58
4.2.1 密度泛函理論 59
4.2.2 分子動力學模擬計算 60
4.2.3 基于傳統(tǒng)化學平衡理論的理論分析 62
4.3 實驗觀測浸泡稀鹽溶液的粗碳納米管 65
4.3.1 實驗過程中碳納米管內(nèi)溶液的穩(wěn)定性 65
4.3.2 在鹽溶液中浸泡之后的 MWCNT-COOH 70
4.3.3 高強度電子輻照下 MWCNT-COOH 內(nèi)部高濃度 NaCl 聚集的演變 77
4.4 本章小結(jié) 78
參考文獻 78
第5章 離子對氧化石墨烯膜層間距的調(diào)控及其在離子篩分中的應用 82
5.1 引言 82
5.2 量化計算水合陽離子在氧化石墨烯片層之間的運動規(guī)律 83
5.2.1 模型簡介 83
5.2.2 能量分析 84
5.2.3 離子在石墨烯片層間的動力學分析 84
5.3 理論計算不同水合陽離子對氧化石墨烯膜層間距的影響 87
5.4 紫外吸收光譜驗證陽離子和氧化石墨烯膜之間的水合陽離子-π作用 88
5.5 實驗驗證基于水合陽離子-π作用對氧化石墨烯膜層間距的控制 89
5.5.1 不同陽離子控制氧化石墨烯膜的層間距 89
5.5.2 不同離子在氧化石墨烯膜上的吸附 93
5.5.3 陽離子控制氧化石墨烯膜的層間距穩(wěn)定性 95
5.6 基于水合陽離子-π作用控制間距的氧化石墨烯膜的滲透實驗 96
5.6.1 滲透實驗方法 96
5.6.2 基于水合陽離子-π作用的氧化石墨烯膜對離子的控制有效性 97
5.6.3 KCl 控制間距的氧化石墨烯膜對混合離子的滲透速率及離子篩選 100
5.7 不同濃度陽離子的水合陽離子-π作用對石墨烯膜層間距的控制 101
5.7.1 不同濃度 K+ 控制的氧化石墨烯膜的層間距 101
5.7.2 不同濃度 K+ 控制氧化石墨烯膜層間距的機理 102
5.7.3 不同濃度 K+ 控制的氧化石墨烯膜對 Mg2+ 滲透行為的影響 103
5.7.4 其他陽離子的濃度效應 104
5.8 本章小結(jié) 105
參考文獻 106
第6章 常溫常壓下具有反常化學計量比的二維 Na2Cl/Na3Cl 晶體 109
6.1 引言 109
6.2 實驗證實石墨烯基膜表面存在反?；瘜W計量比的二維 Na-Cl 晶體 109
6.2.1 XRD 的實驗結(jié)果 109
6.2.2 紫外光譜的實驗結(jié)果 111
6.3 經(jīng)典動力學模擬預測 NaCl 不飽和溶液在石墨烯表面形成二維晶體 112
6.3.1 模型簡介 112
6.3.2 模擬結(jié)果及分析 113
6.4 基于量化計算的石墨烯基底上反常化學計量比二維 Na-Cl 晶體的可能結(jié)構(gòu) 115
6.5 常溫常壓下得到的二維晶體的實驗驗證 119
6.5.1 XRD 實驗 119
6.5.2 TEM 電鏡實驗確定二維晶體的結(jié)構(gòu) 120
6.6 反常計量比 Na-Cl 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的理論分析 123
6.7 不同化學計量比的 Na-Cl 晶體的性能 126
6.8 常溫常壓與超高壓下得到的反常計量比晶體的結(jié)構(gòu)對比 127
6.9 常溫常壓下其他二維反常計量比材料 128
6.10 本章小結(jié) 129
參考文獻 130
第7章 水合陽離子-π作用誘導的分子尺度親水性 132
7.1 引言 132
7.2 宏觀尺度下固體表面的親疏水性質(zhì) 133
7.3 微觀尺度下固體表面的親疏水性質(zhì) 134
7.4 水合陽離子-π作用在疏水表面誘導的分子尺度親水性 135
7.4.1 水合陽離子-π作用誘導石墨表面的鹽溶液展現(xiàn)出分子尺度親水性的理論預言 135
7.4.2 石墨表面的 NaCl 溶液在宏觀尺度和分子尺度下具有不同親疏水性質(zhì)的實驗驗證 138
7.4.3 石墨表面的鹽溶液具有分子尺度親水性的理論解釋 139
7.5 誘導分子尺度親水性的其他因素 140
7.5.1 表面電荷在疏水表面誘導的分子尺度親水性 141
7.5.2 基團修飾在超親水表面誘導的分子尺度親水性 143
7.6 本章小結(jié) 146
參考文獻 147
第8章 二價金屬離子提升含芳香環(huán)分子的親水性 154
8.1 引言 154
8.2 水合陽離子-π作用與芳香性生物分子水溶性 155
8.2.1 銅 (II) 等金屬離子與 Trp 分子之間的陽離子-π作用 157
8.2.2 溶解度及相關(guān)實驗結(jié)果 159
8.2.3 陽離子-π作用的實驗表征 164
8.3 本章小結(jié) 169
參考文獻 170
第9章 離子控制含芳香環(huán)材料表面的 “咖啡環(huán)” 效應 173
9.1 引言 173
9.2 基于水合陽離子-π作用控制含芳香環(huán)碳基表面 “咖啡環(huán)” 效應的理論基礎 174
9.3 含鹽液滴控制芳香族碳基表面上 “咖啡環(huán)” 效應的實驗驗證 175
9.4 分子動力學和格子玻爾茲曼方法模擬石墨烯基底上含鹽液滴的沉積行為 178
9.4.1 水合陽離子-π作用對苯乙烯分子在石墨烯基底上沉積圖案影響的分子動力學模擬 178
9.4.2 水合陽離子-π作用對顆粒在石墨烯基底上沉積圖案影響的格子玻爾茲曼方法流體模擬 179
9.5 本章小結(jié) 180
參考文獻 181
索引 184