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水在 2D 纳米通道的 xy 和 z 方向上的运动:完全不同但紧密耦合
Nano Research ( IF 9.5 ) Pub Date : 2023-02-27 , DOI: 10.1007/s12274-023-5451-2
Shouwei Liao , Qia Ke , Yanying Wei , Libo Li

与传统膜相比,基于二维 (2D) 材料的膜分离因其良好的性能而受到越来越多的关注。然而,仍然缺乏对这种受限纳米通道中水传输行为的深入了解,这阻碍了二维纳米片膜的发展。在此,我们通过分子动力学 (MD) 模拟研究了限制在石墨烯或 MoS 2纳米通道中的水,发现水的扩散系数总是与其沿z方向的均方位移线性变化(<Δz 2〉)当系统变量(例如,水分子数、通道高度、非键合相互作用参数和约束水的 z 坐标的谐波势)发生变化时。这种线性相关适用于不同的水模型和不同的通道壁力场 (FF)(例如,不同的 Lennard-Jones 参数甚至灵活的 FF),无论水分子是否形成 3 层、2 层或准 2 层纳米通道中的结构。这表明,虽然水分子沿z方向的运动(z波动,限制在 1 nm 以内)和xy平面上的运动(xy扩散)完全不同,但它们是紧密耦合的:剧烈的z波动会产生更多的瞬态空隙到促进xy-扩散,这与散装水截然相反,散装水在x、yz方向上的运动是对称的,但相互独立。我们的工作可以帮助设计高性能二维纳米通道,并在纳米流体和膜分离领域发现更多新原理。





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更新日期:2023-02-27
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