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形变碳纳米管选择通过性的分子动力学研究

徐葵 王青松 谭兵 陈明璇 缪灵 江建军

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形变碳纳米管选择通过性的分子动力学研究

徐葵, 王青松, 谭兵, 陈明璇, 缪灵, 江建军

Molecular dynamic of selectivity and permeation based on deformed carbon nanotube

Xu Kui, Wang Qing-Song, Tan Bin, Chen Ming-Xuan, Miao Ling, Jiang Jian-Jun
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  • 本文采用分子动力学方法, 研究了基团修饰后形变碳纳米管的水分子通过性和离子选择性. 结果表明, 形变碳纳米管的短径与修饰基团的种类、修饰率及修饰位置有关. 不同粗细碳纳米管均存在临界短径, 小于临界短径的形变碳纳米管具有对氯离子和钠离子的选择性, 同时水分子通过速率与本征碳纳米管相比未明显变小. 分析系统平均力势表明, 离子选择性来源于不同短径碳纳米管管口的通过势垒. 对于实际制备中较宽孔径分布的碳纳米管, 可以通过基团修饰等方法调控其短径, 提高其离子选择性.
    Extensive molecular dynamics simulations of water permeation and ion selectivity of the single-walled carbon nanotubes with the radial deformation are presented. The simulated results indicate that there is a close relationship between the minor axis of deformed carbon nanotubes and the variety, density as well as the position of functional groups. The critical minor axis of different diameter carbon nanotubes exists, and the carbon nanotube whose minor axis is less than the critical minor axis owns the selectivity of chlorine and sodium ions. Meanwhile, compared with intrinsic carbon nanotubes, the deformed nanotubes do not obviously reduce the permeation of water. The analysis of the potential of mean force reveals that the selectivity and the permeation of ions come from the pass potential barrier of carbon nanotubes with various minor axises. Furthermore, our observations of modifying functional groups may have significance for controlling the minor axis and improving the selectivity and permeation of ions in real manufacture of some large nanotubes.
    [1]

    Hummer G, Rasiah J C, Nowortya J 2001 Nature 414 188

    [2]

    Kalra A, Garde S, Hummer G 2003 Proc. Natl. Acad. Sci. 100 10175

    [3]

    Kolesnikov A I, Zanotti J M, Loong C K 2004 Phys. Rev. Lett. 93 035503

    [4]

    Cambre S, Schoeters B, Luyckx S, Goovaerts E, Wenseleers W 2010 Phys. Rev. Lett 104 207401

    [5]

    Qin X C, Yuan Q Z, Zhao Y P, Xie S B, Liu Z F 2011 Nano. Lett. 11 2173

    [6]

    Hinds B J, Chopra N, Rantell T, Andrews R, Gavalas V, Bachas L G 2003 Science 303 62

    [7]

    Holt J K, Noy A, Huser T, Eaglesham D, Bakajin O 2004 Nano. Lett. 2 2245

    [8]

    Majumder M, Chopra N, Andrews R, Hinds B J 2005 Nature 438 44

    [9]

    Falk K, Sedlmeier F, Joly L, Netz R R, Bocquet L 2010 Nano. Lett. 10 4067

    [10]

    Joseph S, Aluru N R 2008 Nano. Lett. 8 452458

    [11]

    Jia Y X, Li H L, Wang M, Wu L Y,Hu Y D 2010 Separation and Purification Technology 75 55

    [12]

    Sun Y J, Guo H X 2010 Nano 5 351

    [13]

    Duan W H, Wang Q 2010 Nano 4 2338

    [14]

    Corry B 2008 J. Phys. Chem. B 112 7642

    [15]

    Leung K, Rempe S B 2009 J Compu. Theor Nano. Sci. 6 1948

    [16]

    Yuan Q Z, Zhao Y P 2009 JACS 131 6374

    [17]

    Fornasiero F, Park H G, Holt J K, Stadermann M, Grigoropoulos C P, Noy A, Bakajin O 2008 Pnas 105 17250

    [18]

    Goldsmith J, Martens C C 2010 J. Phys. Chem. Lett. 1 528

    [19]

    Gong X J, Li J C, Xu K, Wang J F, Yang H 2010 J. Am. Chem. Soc 132 1873

    [20]

    Corry B 2011 Energy Environ Sci. 4 751166

    [21]

    Chen Q W, Meng L Y, Li Q K, Wang D, Guo W, Shuai Z G, Jiang L 2011 Small x 1---7

    [22]

    Dimitrakakis G K, Tylianakis E, Froudakis G E 2008 Nano Lett 8 3

    [23]

    Zhu F Q, Tajkhorshid E, Schulten K 2002 Biophys. J. 83 154

    [24]

    Hilder T A, Gordon D, Chung S H 2009 Small 19 2183

    [25]

    Beu T A 2010 J. Chem. Phys. 132 164513

    [26]

    Chen L J, Lu Z Y 2005 J. Chem. Phys. 122 104907

    [27]

    Sun H 1998 J. Phys. Chem. B 102 7338

    [28]

    Chang Y W, Aluru N R 2009 Chemical Physics Lett. 478 185

    [29]

    Alexiadis A, Kassinos S 2008 Mol. Simul. 34 671

    [30]

    Thomas J A, McGaughy A J H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 184502

    [31]

    Liu H M, Murad S 2006 J. Chem. Phys. 125 084713

    [32]

    Park J H, Sinnott S B Aluru N R 2006 Nanotechnology 17 895

  • [1]

    Hummer G, Rasiah J C, Nowortya J 2001 Nature 414 188

    [2]

    Kalra A, Garde S, Hummer G 2003 Proc. Natl. Acad. Sci. 100 10175

    [3]

    Kolesnikov A I, Zanotti J M, Loong C K 2004 Phys. Rev. Lett. 93 035503

    [4]

    Cambre S, Schoeters B, Luyckx S, Goovaerts E, Wenseleers W 2010 Phys. Rev. Lett 104 207401

    [5]

    Qin X C, Yuan Q Z, Zhao Y P, Xie S B, Liu Z F 2011 Nano. Lett. 11 2173

    [6]

    Hinds B J, Chopra N, Rantell T, Andrews R, Gavalas V, Bachas L G 2003 Science 303 62

    [7]

    Holt J K, Noy A, Huser T, Eaglesham D, Bakajin O 2004 Nano. Lett. 2 2245

    [8]

    Majumder M, Chopra N, Andrews R, Hinds B J 2005 Nature 438 44

    [9]

    Falk K, Sedlmeier F, Joly L, Netz R R, Bocquet L 2010 Nano. Lett. 10 4067

    [10]

    Joseph S, Aluru N R 2008 Nano. Lett. 8 452458

    [11]

    Jia Y X, Li H L, Wang M, Wu L Y,Hu Y D 2010 Separation and Purification Technology 75 55

    [12]

    Sun Y J, Guo H X 2010 Nano 5 351

    [13]

    Duan W H, Wang Q 2010 Nano 4 2338

    [14]

    Corry B 2008 J. Phys. Chem. B 112 7642

    [15]

    Leung K, Rempe S B 2009 J Compu. Theor Nano. Sci. 6 1948

    [16]

    Yuan Q Z, Zhao Y P 2009 JACS 131 6374

    [17]

    Fornasiero F, Park H G, Holt J K, Stadermann M, Grigoropoulos C P, Noy A, Bakajin O 2008 Pnas 105 17250

    [18]

    Goldsmith J, Martens C C 2010 J. Phys. Chem. Lett. 1 528

    [19]

    Gong X J, Li J C, Xu K, Wang J F, Yang H 2010 J. Am. Chem. Soc 132 1873

    [20]

    Corry B 2011 Energy Environ Sci. 4 751166

    [21]

    Chen Q W, Meng L Y, Li Q K, Wang D, Guo W, Shuai Z G, Jiang L 2011 Small x 1---7

    [22]

    Dimitrakakis G K, Tylianakis E, Froudakis G E 2008 Nano Lett 8 3

    [23]

    Zhu F Q, Tajkhorshid E, Schulten K 2002 Biophys. J. 83 154

    [24]

    Hilder T A, Gordon D, Chung S H 2009 Small 19 2183

    [25]

    Beu T A 2010 J. Chem. Phys. 132 164513

    [26]

    Chen L J, Lu Z Y 2005 J. Chem. Phys. 122 104907

    [27]

    Sun H 1998 J. Phys. Chem. B 102 7338

    [28]

    Chang Y W, Aluru N R 2009 Chemical Physics Lett. 478 185

    [29]

    Alexiadis A, Kassinos S 2008 Mol. Simul. 34 671

    [30]

    Thomas J A, McGaughy A J H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 184502

    [31]

    Liu H M, Murad S 2006 J. Chem. Phys. 125 084713

    [32]

    Park J H, Sinnott S B Aluru N R 2006 Nanotechnology 17 895

  • [1] 秦成龙, 罗祥燕, 谢泉, 吴乔丹. 碳纳米管和碳化硅纳米管热导率的分子动力学研究. 物理学报, 2022, 71(3): 030202. doi: 10.7498/aps.71.20210969
    [2] 林旖旎, 马立, 杨权, 耿松超, 叶茂盛, 陈涛, 孙立宁. 径向压缩碳纳米管的电子输运性质. 物理学报, 2022, 71(2): 027301. doi: 10.7498/aps.71.20211370
    [3] 林旖旎, 马立, 杨权, 陈涛. 径向压缩碳纳米管的电子输运性质. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211370
    [4] 王亚洲, 马立, 杨权, 耿松超, 林旖旎, 陈涛, 孙立宁. 碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析. 物理学报, 2020, 69(6): 068801. doi: 10.7498/aps.69.20191298
    [5] 马玉龙, 向伟, 金大志, 陈磊, 姚泽恩, 王琦龙. 碳纳米管薄膜场蒸发效应. 物理学报, 2016, 65(9): 097901. doi: 10.7498/aps.65.097901
    [6] 温家乐, 徐志成, 古宇, 郑冬琴, 钟伟荣. 异质结碳纳米管的热整流效率. 物理学报, 2015, 64(21): 216501. doi: 10.7498/aps.64.216501
    [7] 杨成兵, 解辉, 刘朝. 锂离子进入碳纳米管端口速度的分子动力学模拟. 物理学报, 2014, 63(20): 200508. doi: 10.7498/aps.63.200508
    [8] 唐晶晶, 冯妍卉, 李威, 崔柳, 张欣欣. 碳纳米管电缆式复合材料的热导率. 物理学报, 2013, 62(22): 226102. doi: 10.7498/aps.62.226102
    [9] 王玥, 贺训军, 吴昱明, 吴群, 梅金硕, 李龙威, 杨福杏, 赵拓, 李乐伟. 碳纳米管薄膜周期结构的太赫兹表面等离子波特性研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107301. doi: 10.7498/aps.60.107301
    [10] 李姝丽, 张建民. Ni原子链填充碳纳米管的能量、电子结构和磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(7): 078801. doi: 10.7498/aps.60.078801
    [11] 侯泉文, 曹炳阳, 过增元. 碳纳米管的热导率:从弹道到扩散输运. 物理学报, 2009, 58(11): 7809-7814. doi: 10.7498/aps.58.7809
    [12] 华绍春, 王汉功, 汪刘应, 刘顾, 赵瑞星, 姚建勋. 微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合涂层的吸波性能研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6534-6541. doi: 10.7498/aps.58.6534
    [13] 欧阳玉, 彭景翠, 王 慧, 易双萍. 碳纳米管的稳定性研究. 物理学报, 2008, 57(1): 615-620. doi: 10.7498/aps.57.615
    [14] 柏 鑫, 王鸣生, 刘 洋, 张耿民, 张兆祥, 赵兴钰, 郭等柱, 薛增泉. 碳纳米管端口的场蒸发. 物理学报, 2008, 57(7): 4596-4601. doi: 10.7498/aps.57.4596
    [15] 廖庆亮, 张 跃, 黄运华, 齐俊杰, 高战军, 夏连胜, 张 篁. 碳纳米管阴极的短脉冲爆炸场发射与等离子体膨胀. 物理学报, 2008, 57(3): 1778-1783. doi: 10.7498/aps.57.1778
    [16] 夏明霞, 颜 宁, 李红星, 宁乃东, 蔺西伟, 谢 中. 外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究. 物理学报, 2007, 56(1): 113-116. doi: 10.7498/aps.56.113
    [17] 张助华, 郭万林, 郭宇锋. 轴向磁场对碳纳米管电子性质的影响. 物理学报, 2006, 55(12): 6526-6531. doi: 10.7498/aps.55.6526
    [18] 张 华, 陈小华, 张振华, 邱 明, 许龙山, 杨 植. 接枝羧基的有限长碳纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2986-2991. doi: 10.7498/aps.55.2986
    [19] 保文星, 朱长纯, 崔万照. 基于克隆选择的混合遗传算法在碳纳米管结构优化中的研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5281-5287. doi: 10.7498/aps.54.5281
    [20] 孙立涛, 巩金龙, 朱志远, 朱德彰, 何绥霞, 王震遐. 等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变. 物理学报, 2004, 53(10): 3467-3471. doi: 10.7498/aps.53.3467
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-10
  • 修回日期:  2012-05-10
  • 刊出日期:  2012-05-05

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