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水分子对18-冠6醚离子识别在水溶液中的辅助作用
Journal of Molecular Liquids ( IF 5.3 ) Pub Date : 2022-12-23 , DOI: 10.1016/j.molliq.2022.121127 Xueling Pan , Qiutian Wang , Zihao Ma , Yao Qin , Xiaohua Lu , Wanqin Jin , Yudan Zhu
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更新日期:2022-12-23
Journal of Molecular Liquids ( IF 5.3 ) Pub Date : 2022-12-23 , DOI: 10.1016/j.molliq.2022.121127 Xueling Pan , Qiutian Wang , Zihao Ma , Yao Qin , Xiaohua Lu , Wanqin Jin , Yudan Zhu
18-Crown-6醚由于其出色的离子识别性能,作为仿生或智能纳米材料的功能单元,在膜分离、化学传感和吸附等方面受到越来越多的关注。大多数异常现象都指向离子识别与水溶液环境之间的密切关联。然而,水分子在 18-crown-6 醚离子识别中的具体作用解释得很少。在这项工作中,我们选择了不同的单一离子系统(K +、Na +、Li +、Mg 2+和 Fe 2+)和共存离子系统(K + /Na +和 K + /Mg 2+) 通过分子动力学模拟研究水分子对 18-冠 6 醚离子识别性能的潜在机制。结果表明,离子识别遵循K + > Na + > Li + > Fe 2+ > Mg 2+的顺序。此外,在 Mg 2+的存在下,K +识别的选择性比 Na +更高。详细的微观结构分析表明,水分子氢键网络结构的变化在识别中起着重要的辅助作用。对于 K +, 仅存在第一水化层, 水分子可以很容易地从中去除。然而,Fe 2+或Mg 2+与水分子之间的强静电相互作用确保了第一水化层中水的取向不受其他水化层的影响。此外,与Na +共存离子相比, Mg 2+更强的竞争性导致冠醚孔附近K +水合作用的减弱和除水所需的能量更低。
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