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Wettability of Tetrahexcarbon: MD, DFT, and AIMD Approaches
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-05-29 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c00750 Morteza Torabi Rad 1 , Masumeh Foroutan 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-05-29 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c00750 Morteza Torabi Rad 1 , Masumeh Foroutan 1
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Graphene and its allotropes have attracted attention due to their special electronic, mechanical, and thermal properties. Numerous studies investigate their wetting behavior. Tetrahexcarbon (THC) is a new carbon allotrope and is obtained from pentagraphene. This research, examines THC’s wettability properties using reactive molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT) simulations. The results of molecular dynamics simulation reveal that THC is a hydrophobic substrate with a contact angle of 113.4° ± 2.8°. Using molecular dynamics, this research also evaluates quantities such as contact diameter, dipole moment, and density profile of water droplet. In addition, hydrogen and oxygen atoms’ distribution functions, hydrogen bonds, path of the droplet’s center of mass, and potential energy surface are presented. According to the simulation results, the droplet’s structure on THC is slightly layered. Also, the water molecules’ orientations in the interface are such that they do not allow the hydrogen bonds to form between water molecules and the THC substrate. The results of MD show that there are two different behavioral patterns for the hydrogen bonds between and within the water droplet’s layers. Furthermore, this research utilizes DFT and AIMD in order to show how a water molecule interacts with THC. DFT exhibits that the water molecule’s hydrogen atoms are toward the substrate. But an opposite configuration happens in the droplet–THC interface. The results of the atoms-in-molecules (AIM) theory indicate that there is a weak interaction between the water molecules and the THC substrate. The thermochemical results reveal that water molecules’ adsorption is within the range of physical adsorption. Finally, NBO analysis shows that the THC’s carbon atoms have a permanent partial charge. These results confirm that the THC is a hydrophobic material.
中文翻译：
四六碳的润湿性：MD、DFT 和 AIMD 方法
石墨烯及其同素异形体由于其特殊的电子、机械和热学性质而备受关注。许多研究调查了它们的润湿行为。四六碳（THC）是一种新的碳同素异形体，是从五石墨烯中获得的。本研究使用反应分子动力学 (MD) 和密度泛函理论 (DFT) 模拟检查 THC 的润湿性。分子动力学模拟结果表明THC是一种疏水底物，接触角为113.4°±2.8°。利用分子动力学，该研究还评估了水滴的接触直径、偶极矩和密度分布等量。此外，还介绍了氢和氧原子的分布函数、氢键、液滴质心路径和势能面。根据模拟结果，THC 上的液滴结构略有分层。此外，水分子在界面中的取向使得它们不允许在水分子和 THC 底物之间形成氢键。MD 的结果表明，水滴层之间和内部的氢键有两种不同的行为模式。此外，这项研究利用 DFT 和 AIMD 来展示水分子如何与 THC 相互作用。DFT 显示水分子的氢原子朝向基板。但是在液滴-THC 界面中发生了相反的配置。分子中原子 (AIM) 理论的结果表明，水分子与 THC 底物之间存在弱相互作用。热化学结果表明水分子的吸附在物理吸附范围内。最后，NBO 分析表明 THC 的碳原子具有永久性部分电荷。这些结果证实 THC 是疏水性材料。
更新日期：2023-05-29
中文翻译：
四六碳的润湿性：MD、DFT 和 AIMD 方法
石墨烯及其同素异形体由于其特殊的电子、机械和热学性质而备受关注。许多研究调查了它们的润湿行为。四六碳（THC）是一种新的碳同素异形体，是从五石墨烯中获得的。本研究使用反应分子动力学 (MD) 和密度泛函理论 (DFT) 模拟检查 THC 的润湿性。分子动力学模拟结果表明THC是一种疏水底物，接触角为113.4°±2.8°。利用分子动力学，该研究还评估了水滴的接触直径、偶极矩和密度分布等量。此外，还介绍了氢和氧原子的分布函数、氢键、液滴质心路径和势能面。根据模拟结果，THC 上的液滴结构略有分层。此外，水分子在界面中的取向使得它们不允许在水分子和 THC 底物之间形成氢键。MD 的结果表明，水滴层之间和内部的氢键有两种不同的行为模式。此外，这项研究利用 DFT 和 AIMD 来展示水分子如何与 THC 相互作用。DFT 显示水分子的氢原子朝向基板。但是在液滴-THC 界面中发生了相反的配置。分子中原子 (AIM) 理论的结果表明，水分子与 THC 底物之间存在弱相互作用。热化学结果表明水分子的吸附在物理吸附范围内。最后，NBO 分析表明 THC 的碳原子具有永久性部分电荷。这些结果证实 THC 是疏水性材料。
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