Reversible Pore Gating in Aqueous Mixtures via External Potential
我们研究理论上多孔膜在含水混合物。我们发现，大的膜孔可以可逆地门控从“关”（共溶剂丰富，离子和其他溶质的不良导体）到“开”（水丰富，良好的导体）状态的外部电位。用于切换的转变电压或电荷取决于膜的亲水性/疏水性、盐含量、盐离子的优先溶剂化和温度。这些参数还确定填充过渡是突然的还是渐进的。
2016-05-30 cond-mat.soft
Huge Seebeck coefficients in non-aqueous electrolytes
在T=30 ℃至T=45 ℃的温度范围内测量非水电解质硝酸四丁基铵、溴化四辛基鏻和硝酸四十二烷基铵在1-辛醇、1-十二烷醇和乙二醇中的Seeebeck系数。对于无机离子的水溶液，塞贝克系数通常为几百微伏/开尔文的量级。在这里，我们报告了在1-十二烷醇中的四丁基硝酸铵在0.1M浓度下的7 mV/K的巨大值。这些惊人的结果打开了一个问题，意想不到的大kosmotrope或“结构制造”的影响，四烷基铵离子的醇的结构。
2011-02-11 cond-mat.soft
Aggregation in Dilute Aqueous Solutions of Hydroxypropyl Cellulose with Salt Ions
本文通过光散射实验和引入界面能量密度的Cahn-Hilliard方程模拟，研究了含碱金属盐离子的羟丙基纤维素稀溶液热聚集行为，发现疏水作用增强会导致聚集体尺寸增大。
2025-04-07 cond-mat.soft
A mode-coupling theory analysis of the rotation driven translational motion of aqueous polyatomic ions
与简单的单原子碱金属离子和卤素离子相比，复杂的多原子离子如硝酸根、乙酸根、亚硝酸根、氯酸根等尚未被详细研究。实验表明，多原子离子的扩散表现出许多显著的反常现象，其中值得注意的是尺寸相近的多原子离子扩散系数值相差很大。这一事实在科学讨论中引起的兴趣相对较少。在这里，我们表明，模式耦合理论（MCT）可以提供一个物理上有意义的解释的多原子离子在水中的异常扩散，包括平移摩擦的贡献的旋转跳跃。这里讨论的两个系统，即硝酸根离子水溶液和乙酸根离子水溶液，虽然具有相似的离子半径，但由于它们的旋转跳跃运动速率的差异，表现出很大程度上不同的扩散率值。我们进一步验证了模式耦合理论的形式主义，通过比较它与实验和模拟结果，吻合良好的理论预测。
2017-08-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Absence of anomalous underscreening in highly concentrated aqueous electrolytes confined between smooth silica surfaces
最近的实验和随后的一系列理论研究表明，在高浓度电解质溶液中普遍欠屏蔽的发生。我们使用各种碱金属的氯化物盐以及混合的浓缩盐溶液（涉及一价和二价阳离子和阴离子）对浓度范围为1 mM至5 M的盐水溶液进行了一组系统的原子力光谱测量，所述混合的浓缩盐溶液模拟地质构造中通常遇到的浓缩盐水。实验使用平坦的基底和亚微米尺寸的胶体探针进行，该探针由光滑的氧化硅制成，浸入pH值为6和9的盐溶液中，温度为25 ° C和45 ° C。虽然观察到最小尖端-样品分离的强排斥力，但所探索的条件均未显示出宏观云母表面所报告的异常长程静电力的任何迹象。相反，力普遍占主导地位的有吸引力的范德华相互作用在尖端样品分离$\approx$ 2 nm及以上的盐浓度为1 M和更高。基于经典密度泛函理论的原始模型的补充计算支持这些实验观察，并显示出一致的屏蔽长度随着离子浓度的增加而减少。
2022-01-24 cond-mat.soft
Carbon Dioxide, Bicarbonate and Carbonate Ions in Aqueous Solutions at Deep Earth Conditions
我们调查的压力，温度和酸度的组合物上的水富碳流体的热力学条件下，对应于地球的深地壳和上地幔的影响。我们的第一性原理分子动力学模拟提供了对二氧化碳、碳酸氢盐和碳酸根离子的水合壳层的机理性洞察，以及在水溶液中将这些碳物种相互转化的酸/碱反应的途径。在1000 K和更高的温度下，我们的模拟可以对这些酸/碱反应的化学平衡进行采样，从而使我们能够估计稀释的二氧化碳和碳酸氢根离子的化学组成，作为酸度和热力学条件的函数。我们发现，特别是在最高温度下，溶液的酸度是必不可少的，以确定二氧化碳，碳酸氢根和碳酸根离子的稳定域。
2020-02-06 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.geo-ph
Temperature and pH driven association in uranyl aqueous solutions
研究了铀酰离子在水溶液中的缔合行为。为此，进行了一组全原子分子动力学模拟。在模拟过程中，铀酰离子的分数参与二聚体和三聚体的形成进行了监测。伴随分数统计，还收集了表征二聚体和三聚体缔合物的平均时间的分布。考虑了影响铀酰缔合的两个因素：温度和pH。正如人们所预料的那样，温度的升高降低了形成缔合物的铀酰能力，从而降低了结合分数/时间，反之亦然。pH值的影响是通过向“中性”溶液中加入H^+或OH^-离子来模拟的。氢氧根离子OH^-的加入有利于缔合物的形成，从而增加了结合时间和结合分数。溶液中多余的H^+离子会产生相反的作用，从而降低铀酰的缔合能力。我们还对所有观察到的缔合物进行了结构分析，揭示了铀酰离子的相互取向。
2012-12-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Charged colloids in an aqueous mixture with a salt
我们计算了胶体颗粒周围的离子和成分分布在水溶液中的混合物，占优先吸附，静电相互作用，离子和极性分子之间的选择性溶剂化，和成分依赖的电离。在胶体表面，我们预测的沉淀过渡诱导的强烈偏好的亲水性离子的水和弱和强的吸附和电离之间的预润湿过渡。这些过渡线在相互作用参数χ（或温度）和平均溶剂组成的平面中远离溶剂共存曲线延伸。表面上的这些相变极大地改变了胶体相互作用。特别是，在沉淀线上方形成的润湿层桥接时，相互作用被放大得多。根据平均溶剂组成，这种润湿层可以完全或部分覆盖胶体表面。
2011-10-20 cond-mat.soft
Chloride ions as integral parts of hydrogen bonded networks in aqueous salt solutions: the appearance of solvent separated anion pairs
在过去的50年里，与氯离子的氢键经常被讨论。尽管如此，这种二级分子间键合相互作用在氢键网络中的可能作用还没有被详细研究。在这里，我们认为计算机模型的浓缩氯化锂水溶液和计算通常的氢键网络特性，如集群的大小和环状实体的分布，无论是模型，考虑和不考虑氯离子。在氢键环的分析过程中，在高LiCl浓度下检测到大量的“溶剂分离阴离子对”。它表明，考虑到卤素阴离子的氢键网络的有机成分，使结构细节的解释显着更有意义的比只考虑水分子。最后，我们比较模拟的结构产生的“好”和“坏”的潜在集的基础上，在这里开发的工具，并表明，这种新的概念，确实，也有助于区分合理和无意义的结构模型。
2020-05-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Behavior of water and aqueous LiCl solutions confined in cylindrical silica pores: A wide temperature range molecular dynamics simulation study
通过分子动力学模拟揭示LiCl水溶液在1.6 nm二氧化硅孔中的动力学交叉机制，发现LiCl和受限作用破坏氢键网络、降低扩散活化能，从而解释低温下LiCl加速受限水的实验现象。
2025-04-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Low density interior in supercooled aqueous nanodroplets expels ions to the subsurface
水滴中的水和离子之间的相互作用在大气和人造气溶胶的化学反应中起着关键作用。在这里，我们报告的直接计算证据表明，在过冷的水nanodroplets的四面体协调水的低密度核心驱逐宇宙性离子的密度和更无序的地下。相反，在室温下，取决于离子的性质，液滴核心中的径向分布几乎是均匀的或朝向中心升高。我们分析了一个参考静电模型的单离子的空间分布。分析模型中系统的能量表示为可变形液滴的静电能和表面能之和。该模型预测，离子是受一个谐波电位集中在液滴的质心。我们将这种效应称为“静电约束”。该模型的预测是一致的模拟结果为一个单一的离子在室温下，但不是在过冷。我们预计这项研究是调查的过冷（电）喷雾液滴的结构，用于保存来自本体溶液的大分子的构象的起点。
2021-08-10 cond-mat.soft physics.atm-clus
Effect of magnesium ions on dielectric relaxation in semidilute DNA aqueous solutions
用介电谱研究了Mg ~（2+）对半稀释DNA水溶液介电弛豫的影响。De Gennes-Pfeuty-Dobrynin半稀释溶液相关长度是足够低浓度的添加盐的相关基本长度尺度，描述了Mg-DNA溶液的集体性质。在低DNA浓度下没有检测到导致暴露的疏水核心结垢的DNA变性气泡的松弛指纹，因此表明与Na-DNA溶液的情况相比，Mg-DNA溶液中的双链构象的稳定性增加。在与单分子DNA性质有关的基本长度尺度的行为中检测到一些变化，反映了Odijk-Skolnick-Fixman类型的修改的静电屏蔽效应。所有结果一致地表明，Mg 2+离子与DNA以与Na 1+离子类似的方式相互作用，它们的作用主要通过增强筛选来描述。
2013-11-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Ion Hydration and Associated Defects in Hydrogen Bond Network of Water: Observation of Reorientationally Slow Water Molecules Beyond First Hydration Shell in Aqueous Solutions of MgCl$_2$
通过经典的分子动力学模拟，使用两个众所周知的非极化水模型的离子的存在下，在中等到高浓度，对水分子的动力学性质的影响进行了研究。模拟结果表明，氯化镁（MgCl $_2$）的存在下诱导扰动的氢键网络的水，导致形成散装状域与\textquoteleft缺陷网站\textquoteright-在这样的域的边界上：在这样的缺陷网站的水分子具有比那些在散装水的氢键数量较少。计算了不同离子浓度下缺陷水分子偶极矢量的重取向自相关函数，并与纯水体系进行了比较。早期的实验和模拟研究表明，在许多溶解离子的第一水化壳层中，水分子的重取向动力学存在显着差异。这项研究的结果表明，缺陷水分子，这是超出了第一水合壳的离子，也经历了显着放缓的重定向时间作为浓度的函数的情况下，氯化镁$_2$。然而，向水中加入氯化铯（CsCl）即使在较高浓度下也不会显著干扰水的氢键网络。MgCl $_2$和CsCl之间的这种行为差异与众所周知的Hofmeister系列一致。
2014-12-18 cond-mat.soft
Selective solvation in aqueous mixtures: Interface deformations and instability
我们简要地回顾了离子在水溶液中的选择性溶剂化效应，其中离子密度和组成波动是强耦合的。然后，我们研究了离子存在下液-液界面的表面张力γ。我们发现，由于界面附近的静电和溶剂化相互作用，γ可以急剧下降。我们计算自由能是如何改变的，由于小的表面起伏的存在下的双电层。当γ为负值时，表面不稳定性发生，这在溶剂临界附近的拮抗离子对中很容易实现。三维模拟显示了如何诱发表面不稳定性。
2012-02-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A unified picture of roto-translational dynamics in aqueous polyatomic ions
模式耦合理论提供了多原子离子转动和平移动力学的统一描述。这些分子离子不同于通常的离子扩散模型，例如K+、Cl-等，并且也不同于通常在介电连续模型中建模为点偶极子的偶极分子的旋转动力学。这两种方法对于多原子离子都是站不住脚的。在这里，旋转和平移动力学是如此强烈地耦合在一起，以至于人们通过将它们一起处理来获得更连贯的描述。我们对一系列著名的多原子离子，即硫酸根、硝酸根和乙酸根离子进行了理论和计算研究。三种离子都表现出不同的旋转扩散系数，硝酸根离子的旋转扩散系数明显大于其他两种离子。它们都违反了流体力学的大小依赖定律。对离子周围局部结构的研究为这些差异的起源提供了有价值的见解。我们进行了详细的研究，这些离子的旋转扩散广泛的计算机模拟和使用的理论方法的介电摩擦开发的Fatuzzo梅森（FM）和Nee-Zwanzig（新西兰），随后由Alavi和Waldeck推广。我们开发了一个自洽模式耦合理论（SC-MCT）的形式主义，有助于阐明这些离子的平移和旋转运动之间的耦合作用。事实上，这两个运动自洽地决定了彼此的值。基于RISM的MCT给出了力矩-力矩和力-力-时间关联函数之间的有趣关系，其比例常数由多原子分子的几何形状和电荷分布决定，指出了偶极液体中离子的平移摩擦和旋转摩擦计算理论之间的若干相似性.
2018-03-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Precipitation in aqueous mixtures with addition of strongly hydrophilic or hydrophobic solute
我们研究相分离的水溶液中的混合物，由于优先溶剂化与低密度溶质（亲水性离子或疏水性颗粒）。对于亲水性离子，优先溶剂化可以稳定富含离子的水域。这种沉淀发生在温度和平均组成的宽范围内，高于临界溶质密度$n_p$，其中混合物溶剂将处于没有溶质的单相状态。当平均溶质密度$\bar n$降低到$n_p$或当相互作用参数$χ$降低到临界值$χ_p$时，析出畴的体积分数趋于零。如果我们从具有${\bar n}>n_p$或$χ>χ_p$的单相状态开始，沉淀通过均匀成核或通过非均匀成核进行，例如，在悬浮的胶体周围。在后一种情况下，胶体颗粒被厚的润湿层包裹。我们还预测了一个一阶预湿转变为$\bar n$或$χ$略低于$n_p$或$χ_p$。
2010-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Understanding the Anomalous Diffusion of Water in Aqueous Electrolytes Using Machine Learned Potentials
本文利用基于密度泛函理论训练的机器学习原子势函数进行分子动力学模拟，成功重现了水溶液电解质中水的反常扩散现象，并揭示了CsI和NaCl溶液中离子对水扩散率产生不同影响的微观机制。
2023-07-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Impacts of surface chemistry and adsorbed ions on dynamics of water around detonation nanodiamond in aqueous salt solutions
Water near detonation nanodiamonds (DNDs) forms a Hydrogen Bond (HB) network, whose strength influences DNDs' fluorescence intensity and colloidal stability in aqueous suspensions. However, effects of dissolved ions and DND's surface chemistry on dynamics of water that manifest in rupture and formation of HBs still remain to be elucidated. Thus, we carried out molecular dynamics simulations to investigate the aforementioned effects in the aqueous salt (any of KCl, NaCl, CaCl\_2, or MgCl\_2) solution of DND functionalized with any of -H, -NH\_2, -COOH, or -OH groups. We observed the specific ca…
2021-02-26 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Quadrupolar $^{23}$Na$^{+}$ NMR Relaxation as a Probe of Subpicosecond Collective Dynamics in Aqueous Electrolyte Solutions
核磁共振弛豫法是一种提取动态信息的有力工具。然而，对于通过四极机制弛豫的许多离子，获得与分子运动的联系是具有挑战性的，所述四极机制由电场梯度波动介导并且缺乏详细的微观描述。对于钠离子在电解质水溶液中，我们结合从头算计算来解释电子云效应与经典的分子动力学采样长时间的波动，并获得在宽的浓度和温度范围内与实验吻合良好的弛豫速率。我们证明，四极核弛豫对以前基于水重新取向或团簇旋转的模型未捕获的亚皮秒动力学敏感。虽然离子影响整体的水阻滞，实验趋势主要是解释动力学的前两个溶剂化壳钠，其中主要含有水。因此，这项工作铺平了道路，定量了解电解质和生物电解质系统中的四极松弛。
2022-12-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Structure and energetics of solvated ferrous and ferric ions: Car-Parrinello molecular dynamics in the DFT+U formalism
我们实现了一个旋转不变的哈伯德U扩展的密度泛函理论的Car-Parrinello分子动力学框架，使DFT+U方法的精度有限温度模拟的目标，特别是对于液体或固体含有过渡金属离子。首先，我们研究了Hubbard U对六水合亚铁离子和三价铁离子的静力平衡结构的影响，以及六水合亚铁离子和三价铁离子之间电子转移反应的内球重组能。结果表明，六水合亚铁离子的铁氧键间距增加，使铁氧键的重组能增加。其次，我们进行了第一性原理分子动力学研究的两个水溶液的亚铁和三价铁离子的溶剂化结构。Hubbard项被发现改变Fe-O径向分布函数的亚铁离子，而具有一个可以忽略不计的影响，在水溶液中的铁离子。此外，Fe和氧原子之间的第一溶剂化壳层的振动频率被证明是不受哈伯德修正的亚铁和三价铁离子。
2007-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Enhanced and Efficient Extraction of Uranyl Ions from Aqueous Waste through Graphene/CNT-PAMAM Nanocomposites
本研究通过分子动力学模拟与实验验证，发现石墨烯/碳纳米管功能化的PAMAM树枝状聚合物能高效吸附铀酰离子，且高代树枝状聚合物吸附容量更大，为铀污染修复提供了新方案。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluid dynamics alters liquid-liquid phase separation in confined aqueous two-phase systems
本文提出一个包含浮力、表面张力和热致相分离的流体动力学计算模型，揭示流体动力学显著改变受限ATPS的演化与平衡，其中浮力驱动新月形形态、剪切流使颗粒形成加速十倍，为优化结构化微粒制造提供依据。
2023-10-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Kinetic and ion pairing contributions in the dielectric spectra of electrolyte aqueous solutions
了解介电谱可以揭示从偶极弛豫时间到电子弛豫时间的溶剂和溶质动力学的重要信息。在20世纪70年代后期，哈伯德和昂萨格预测，向极性溶液中加入盐离子将导致介电常数降低，这是由于溶剂偶极子意外倾向于与施加的电场相反。到目前为止，这种效果已经逃脱了实验验证，主要是因为伴随出现的介电饱和的Hubbard-Onsager减量不能很容易地分开。在这里，我们开发了一种新的非平衡分子动力学模拟的方法来确定这个衰减准确的第一次。使用热力学一致的全原子力场，我们表明，对于含有氯化钠约4.8摩尔/升的水溶液，这种效果占总介电常数的12%。如果使用不太精确的离子力场，介电衰减可以显著不同。使用广泛的GROMOS参数，我们实际上观察到介电常数的{ \it增量}而不是减量。我们可以表明，这种增量是由离子配对引起的，由过低的色散力引入，并澄清了长寿命离子对之间的微观联系和溶液介电谱中特定特征的出现。
2014-04-03 cond-mat.soft
Steric effect of water molecule clusters on electrostatic interaction and electroosmotic transport in aqueous electrolytes: a mean-field approach
我们从理论上研究了水分子团簇的尺寸效应，不仅对水溶液中两个带电表面之间的静电相互作用，而且对纳米流体通道中的电渗传输。应用自由能为基础的平均场的方法占不同大小的离子和水分子团簇，我们推导出一组耦合方程来计算带电表面之间的静电和电渗性能。我们验证了水簇的尺寸越小，纳米流体通道中的电渗传输越强。此外，我们发现，水簇的大小的增加会导致相似或相反电荷的平面表面之间的静电相互作用强度降低。
2022-02-09 cond-mat.soft
Ion clustering in aqueous salt solutions near the liquid/vapor interface
采用分子动力学模拟研究了NaCl、KCl、NaI和KI水溶液中盐对液/气界面性质的影响。模拟使用的模型，其中包括电荷转移和极化效应。配对和形成较大的离子团簇发生在体和表面区域，具有降低的倾向，在界面附近形成较大的簇。对表面粗糙度的分析表明，氯化物盐靠近表面的倾向较小，其粗糙度小于纯水，而碘化物盐具有较大的表面亲和力，其粗糙度较大。这表明远离表面的离子和靠近表面的离子以相反的方式影响界面。
2016-03-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
Discrete aqueous solvent effects and possible attractive forces
研究了离子水溶液中两个平行带电表面相互作用的离散溶剂效应。考虑到这些影响，通过添加一个双线性非局部项的自由能的泊松-玻尔兹曼理论。我们研究数值的两个板之间的离子的密度分布，以及由此产生的板间压力。在大的板分离的两个板去耦和离子分布的特征可以是一个有效的泊松-玻尔兹曼电荷小于标称电荷。因此，相对于泊松-玻尔兹曼预测，压力降低了。在低于约2 nm的板分离下，由于系统中离子之间的溶剂介导的短程吸引力，压力显著改变。对于高表面电荷，这种贡献可以克服平均场排斥，从而产生板之间的净吸引力。
2000-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modified Debye-Hückel-Onsager Theory for Electrical Conductivity in Aqueous Electrolyte Solutions. Account of Ionic Charge Nonlocality
本文扩展经典Debye-Hückel-Onsager理论，将离子特异性效应纳入均场框架，通过调整单一参数描述非局域电荷分布，在宽浓度和温度范围内准确计算了水溶液电解质的电导率。
2024-09-26 cond-mat.soft
Charge regulation of colloidal particles in aqueous solutions
研究了胶体粒子在电解质水溶液中的电荷调节。为了稳定胶体悬浮液，防止沉淀，胶体颗粒在其表面上合成有酸性或碱性基团。这些表面基团与水接触时发生质子转移反应，产生胶体表面电荷。电荷由溶液内部和胶体表面的水合氢离子之间的局部化学平衡条件决定。我们使用的Baxter粘性球模型明确计算的平衡解离常数，并构建一个理论，它是能够定量预测的有效电荷的胶体颗粒与酸性或碱性表面基团。理论预测的模型被发现是在良好的协议与蒙特卡罗模拟的结果。该理论进一步扩展到处理胶体颗粒的酸性和碱性表面基团的混合物。
2020-08-31 cond-mat.soft
CO2-induced Drastic Decharging of Dielectric Surfaces in Aqueous Suspensions
研究空气中CO2对水相悬浮液中聚合物胶乳颗粒表面电荷的剧烈放电影响，结合电导实验与PBC模型计算，揭示了CO2通过提高表面基团有效pKa抑制解离的机制。
2024-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Charge and Synthesis Modification in PMMA-PDMS Copolymer Model Colloids
非极性介质中的胶体电荷不如其水性对应物那么好理解，并且由于范德华力，其研究在高度受限的系统中特别具有挑战性，另一方面，在水性介质中大量的长程静电排斥被严重屏蔽。从视频显微镜的证据，提出了一个模型系统与表面活性剂介导的充电是由空间稳定剂的具体化学。
2012-11-13 cond-mat.soft
Comparison of structure making/breaking properties of alkali metal ions Na+, K+ and Cs+ in water
电解质水溶液中的碱金属离子对水通过氢键形成的周围网络结构有很强的影响。离子对水结构的扰动程度取决于单个离子的性质和溶质浓度。实验技术，如中子衍射，X射线衍射，拉曼光谱，同位素替代研究，粘度测量和相关的理论或模拟研究，以了解这些解决方案的结构变化的特性特征。最近对NaCl、KCl和CsCl水溶液的超声波研究表明，从极稀到饱和极限，随着浓度（c）的增加，速度（v）的变化出现异常变化。本文结合实验观察和已有的理论或模拟研究，对Na ~+、K ~+和Cs ~+离子在水中的结构形成/破坏特性及其对声速变化的影响进行了比较研究。
2019-09-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of Added Salts on the Interfacial Dynamics of Monovalent Metal Ions and Model Water-Soluble Polymers
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Wesleyan University（卫斯理安大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示单价盐对水溶性聚合物界面水合层动力学的影响，发现纳米尺度动态水合层迁移率梯度遵循通用函数形式，为理解离子特异性效应提供重要进展。
2026-10-06 cond-mat.soft
Speciation and hydration forces in sodium carbonate/bicarbonate aqueous solutions nanoconfined between mica sheets
研究了云母片间纳米受限空间中碳酸盐/碳酸氢盐溶液的物相与水化力，发现碳酸氢盐的存在导致云母表面电荷变化及水化力特征。
2025-12-03 cond-mat.soft
Interfacial solvation explains attraction between like-charged objects in aqueous solution
在过去的几十年里，实验文献一直报道了溶液中带相同电荷的胶体颗粒和大分子之间的吸引力。实例包括本体溶液中和约束下的核酸和胶体颗粒，以及生物液-液相分离。这一观察结果与粒子间斥力随距离单调衰减的直觉预期不符。虽然在强耦合体系中，带电粒子之间的吸引力在理论上是合理的，例如，在存在多价反离子的情况下，但在含有低离子强度的单价离子的水溶液中，长程吸引力的反复出现的账户已经提出了一个公开的难题。在这里，我们表明，分子水在界面上的行为-传统上被忽视的连续静电的图片，提供了一种机制来解释之间的吸引力在一个广泛的实验带电荷的物体。这一基本原则将有重要的影响，在不断寻求更好地了解分子间相互作用的解决方案。
2019-11-11 cond-mat.soft
Hydration interactions: aqueous solvent effects in electric double layers
提出了一个离子间存在短程吸引对相互作用的离子溶液模型。短程相互作用是占通过添加一个二次非本地项的Poisson-Boltzmann自由能。该模型被用来研究溶剂在平面双电层的影响。反离子密度被发现增加附近的带电表面，与泊松-玻尔兹曼理论相比，并减少在更大的距离。分析研究了在板附近的离子分布仅由反离子占主导地位的情况下的离子密度分布。在远离板的地方，密度分布可以用泊松-玻尔兹曼理论来描述，其有效表面电荷小于实际电荷。
2000-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
NMR relaxation rates of quadrupolar aqueous ions from classical molecular dynamics using force-field specific Sternheimer factors
四极核的核磁共振（NMR）弛豫受其位置处的电场梯度（EFG）涨落的控制。在经典的分子动力学（MD）中，电子云对EFG的贡献可以通过Sternheimer近似包括在内，其中可以使用量子DFT计算的核处的完整EFG被认为与外部经典电荷分布所产生的EFG成比例。在这项工作中，我们系统地评估的Sternheimer近似的质量，以及在无限稀释的水四极离子的NMR弛豫速率的经典力场（FF）的影响。特别是，我们比较使用从头算参数化的可极化FF，最近开发的经验FF与缩放的离子电荷和一个简单的经验非可极化FF与正式的离子电荷获得的速率。令人惊讶的是，所有三个FF认为产生良好的值的速率较小和较不极化的溶质，提供了一个模型特定的斯特恩海默参数化。然而，极化和缩放电荷FF产生更好的估计二价和更极化的物种。我们发现，量子和经典的EFG之间的线性关系持有以及在所有的情况下考虑，但是，这样的近似往往会导致相当大的误差，在所得的EFG方差，这是直接成比例的计算速率。我们试图通过包括一阶非线性校正的EFG，以减少错误，但没有明显的改善所产生的方差已经found.The后者的结果表明，更精细的方法，用于确定在离子位置的EFG，特别是那些考虑到周围的离子的瞬时原子环境，可能是必要的，以系统地提高在经典MD的NMR弛豫速率估计。
2021-09-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
A computational approach to calculate the heat of transport of aqueous solutions
热梯度在碱金属卤化物溶液中引起浓度梯度，并且盐根据溶液的平均温度向热或冷区域迁移。这种效应已被解释为使用热的运输，这提供了一条路线，以合理化热泳现象。早期的理论提供了无限稀释时的热传递的估计。这些值用于解释热扩散（Soret）和热电（Seebeck）效应。然而，在有限的浓度下，获得单个离子的传输热仍然是一个悬而未决的问题，无论是理论上还是实验上。在这里，我们讨论了一种计算方法来计算在有限浓度下的水溶液的传输热，并应用我们的方法来研究浓度为$>0.5$ ~M的氯化锂溶液。锂离子$^+$和氯离子$^-$的迁移热显著不同，与无限稀释时的预期不同。我们发现的理论证据存在的最小值的Soret系数的LiCl，在那里的热量的运输的幅度最大化。从离子热的运输得到的塞贝克系数随温度和浓度显着变化。我们确定的热力学条件导致水溶液的热电响应的最大化。
2017-01-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Giant thermoelectric response of confined electrolytes with thermally activated charge carrier generation
本文通过理论与模拟研究狭缝中热激活电解质的巨热电响应，识别两种竞争机制，并发现合适活化能可产生巨热电响应，解释纳米多孔介质实验。
2023-10-12 cond-mat.soft
On the molecular mechanism of surface charge amplification and related phenomena at aqueous polyelectrolyte-graphene interfaces
在这篇文章中，我们举例说明了最近报道的一种新现象，即表面电荷放大（SCA）（最初被称为过充电（OC））。和Lozada-Cassou M. J. Phys. Chem. B，2004，108，7286]，通过电解质水溶液的分子动力学模拟，该电解质水溶液涉及与带电石墨烯壁接触的多价阳离子和短链聚苯乙烯磺酸锂的存在，其中溶剂水用现实分子模型明确描述。我们表明，SCA在这些系统中的发生，在原始模型中观察到的相反，既不涉及接触共吸附的带负电荷的大离子，也不涉及二价阳离子的大尺寸和电荷不对称的情况下，所需的隐式溶剂。事实上，SCA现象围绕着具有平均偶极取向的水（相对于水合离子）的优先吸附，使得水的氢和氧位点的电荷在表面电荷密度的有限范围内诱导放大而不是屏蔽带正电的石墨烯表面。
2012-02-20 cond-mat.soft
Effects of Counterions on Nano-confined DNA Thin Films
DNA分子旋涂在无定形石英基板上，形成稳定的薄膜。沿膜深度的电子密度分布（EDPs）表明，从DNA的水溶液制备的膜表现出分层的分子在三个堆栈平行于基板，而从counterweight添加的溶液制备的膜没有分层，但具有较小的厚度和增强的表面粗糙度，虽然这两种膜具有“液体样”的高度高度的相关性。我们解释了这些结果由一个模型的膜的“液体”包括棒状分子在液体中的反离子浓度决定的杆长。
2014-04-03 cond-mat.soft
Non-Additive Ion Effects on the Coil-Globule Equilibrium of a Generic Polymer in Aqueous Salt Solutions
Shiv Nadar Institution of Eminence（Shiv Nadar卓越学院）
通过通用聚合物的原子模拟，发现非特异性聚合物-离子和聚合物-水相互作用足以再现弱水合和强水合阴离子混合溶液中的非加和性盐效应。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular-Scale Hydrophilicity Induced by Solute: Molecular-thick Charged Pancakes of Aqueous Salt Solution on Hydrophobic Carbon-based Surfaces
我们直接观察到分子厚的盐水溶液煎饼在疏水石墨表面的环境条件下，采用原子力显微镜。该观察结果表明盐溶液在石墨表面上具有意想不到的分子级亲水性，这不同于液滴在石墨表面上的宏观润湿性质。有趣的是，煎饼自发地表现出强烈的正电荷行为。理论研究表明，这种带正电荷的煎饼的形成归因于水溶液中的Na+离子与石墨表面上的芳环之间的阳离子-π相互作用，促进了水分子与阳离子一起吸附到石墨表面上;即，Na+离子作为介质，在一侧通过阳离子-π相互作用吸附到石墨表面，同时在另一侧通过水合相互作用在分子尺度上与水分子键合。这些发现表明，关于碳基石墨表面的实际相互作用，包括石墨烯、碳纳米管和生物炭的相互作用，可能与现有理论有显著不同，它们为控制表面润湿性、相互作用和相关的物理、化学和生物过程提供了新的见解。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Dissociation of NaCl in supercritical aqueous fluids of moderate and high concentrations: A molecular dynamics study
Institute of Precambrian Geology and Geochronology, Russian Academy of Sciences（前寒武纪地质与年代学研究所，俄罗斯科学院）
通过分子动力学模拟，研究了超临界水溶液中NaCl在不同盐浓度下的解离行为，发现解离度随浓度非单调变化，最大解离出现在xNaCl=0.06-0.10。
2026-06-23 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
Granular aqueous suspensions with controlled inter-particular friction and adhesion
本研究通过碱性水解制备具有刺激响应表面的PMAA-Na颗粒，结合转鼓测试与AFM表征，揭示了离子价态、pH调控颗粒表面相互作用进而改变悬浮液摩擦与粘附特性的机制，为颗粒悬浮液流变研究提供了灵活平台。
2024-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capillary Flow of Oil in a Single Foam Microchannel
当使用适当的表面活性剂时，油和水性泡沫可以紧密混合而不破坏泡沫。在这封信中，我们表明，一个泡沫，最初没有油，可以吸引一个油滴的毛细管力的作用下，并通过水网络拉伸它。我们专注于一个单一的水平泡沫通道，称为高原边界的石油吸入。在这种受限通道中，吸胀动力学由毛细作用和粘度之间的平衡控制。然而，我们的系统的标度律不同于在多孔介质，如含水泡沫的经典吸胀。这是由于液体通道的特殊几何形状：充满发泡溶液的平台边界总是凹的，而充满油时它们可以是凸的或平的。最后，局限在高原边界的油段塞在膜破裂后碎裂成液滴。
2013-12-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonlinear conductivity of aqueous electrolytes: beyond the first Wien effect
本文通过分子动力学模拟和随机密度场理论，揭示了中等浓度水相电解质中电场诱导的水分子取向排列会抑制第一维恩效应，并阐明了各向异性介电响应及其对离子电导率修正的机制。
2024-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disjoining Pressure of an Electrolyte Film Confined between Semipermeable Membranes
我们考虑一种电解质溶液，该溶液由与无盐溶剂接触的半透膜限制。膜是不带电的，但由于小的反离子泄漏到无限的无盐水库，我们观察到一个距离依赖的膜电位，产生排斥静电分离压力。我们得到的电位和离子的分布，并推导出明确的公式的分离压力，这是通过计算机模拟验证。我们预测一个强大的短期幂律排斥，和一个较弱的长期指数衰减。我们的研究结果还表明，膜之间的相互作用强烈依赖于筛选长度，电解质溶液的化合价，和膜间膜厚度。最后，我们的分析可以直接扩展到更复杂的情况和一些生物学问题的研究。
2014-07-29 cond-mat.soft
Poisson-Boltzmann thermodynamics of counter-ions confined by curved hard walls
我们考虑一组相同的移动点状电荷（反离子）被限制在具有弯曲硬壁的域中，该域具有均匀的固定表面电荷密度，该系统作为一个整体是电中性的。三个域的几何形状被认为是：一对平行板，圆柱体和球体。假设处于热平衡的粒子系统可用非线性Poisson-Boltzmann理论描述。虽然有效的1D板和2D柱已经解决了，3D球问题是不可积的。结果表明，带电表面上颗粒的接触密度由第二类一阶阿贝尔微分方程决定，该方程是引力和燃烧/爆炸临界理论中Enig方程的对应方程。该方程使我们能够构造接触密度在小和大表面电荷密度区域的精确级数解。在平均场泊松-玻尔兹曼框架内，形式主义提供了带电球体（无盐系统）内反离子的完整热力学。
2015-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodiffusion in Aqueous Alkali Halide Solutions from Ambient to Supercooled Conditions: Ion-Specific, Structural, and Mass Effects
Imperial College London（帝国理工学院）
研究水合碱土卤化物溶液在240-300 K温度范围内热扩散行为，分析离子特异性、结构和质量效应，揭示热导率与Soret系数随温度变化的机制。
2026-04-20 cond-mat.soft
Electrolyte density, diffusivity and conductivity in graphene nanoconfinement predicted by separating interfacial from genuine confinement effects
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
本文提出界面亏损长度框架，将受限电解质的密度、扩散系数和电导率分解为界面与限域贡献，发现真实限域效应仅出现在狭缝高度小于1纳米时，并能预测不同高度和浓度下的性质。
2026-09-29 cond-mat.soft
Effects of Divalent Cations on Diffusion Dynamics of Biological Water Confined between Lipid Membranes
Global Science Research Center for Systems Chemistry (GCSC)（系统化学全球研究中心）；Department of Chemistry, Chung-Ang University（中央大学化学系）；Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院分子光谱与动力学中心）；Department of Chemistry, Korea University（韩国大学化学系）
通过分子动力学模拟和广义输运方程，研究了钙离子和镁离子浓度对脂质膜间纳米受限水分子扩散动力学的影响，发现Ca2+单调增加而Mg2+非单调改变扩散系数，归因于不同水合半径及界面结构动力学差异。
2026-05-23 cond-mat.soft
Molecular dynamics simulation of electrokinetic flow of an aqueous electrolyte solution in nanochannels
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了表面带负电荷的纳米通道中NaCl水溶液的电动力学流动。采用Green-Kubo方法，在线性状态下得到了反映弱电场和压力场响应的四个输运系数，即电流对电场（$M^{jj}$）和压力场（$M^{jm}$）的响应系数，以及质量流对相同场（$M^{mj}$和$M^{mm}$）的响应系数.显式外场的非平衡模拟也进行了，并直接获得的电流和质量流。这两种方法表现出良好的协议，即使是大的外部场强，和Onsager的倒数关系（$M^{jm} = M^{mj}$）在这两种方法的数值证实。还考虑了表面电荷密度对流动的影响。的传输系数的值被发现是较小的较大的表面电荷密度，因为强烈约束附近的通道表面的电荷和质量流干扰的反离子。对于非常高的表面电荷密度，发生流动电流和往复电渗流的反转，其中$M^{mj}$的符号由于过量的共离子而改变。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Properties of aqueous electrolyte solutions at carbon electrodes: effects of concentration and surface charge on solution structure, ion clustering and thermodynamics in the electric double layer
本研究利用恒化学势分子动力学模拟高浓度NaCl水溶液与带电石墨界面，揭示表面电荷和浓度对双电层结构、离子团簇、电容及活度系数的非对称影响。
2023-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ion specificity of confined ion-water structuring and nanoscale surface forces in clays
离子特异性和相关的Hofmeister效应，普遍存在于含水系统中，可以在水合粘土中产生壮观的后果，其中离子特异性纳米级表面力可以决定土壤和沉积物的大规模内聚，溶胀和收缩行为。我们已经使用了半原子的计算方法和检查钠，钙和铝抗衡离子限制与水之间的带电表面的粘土材料的代表，表明离子水结构在纳米级的限制是在粘土颗粒之间的表面力的起源本质上是离子特定的。当带电表面强烈约束离子和水时，净压力的振幅和振荡自然地从静电和空间效应的相互作用中出现，这不能被现有的理论捕获。增加限制和表面电荷密度促进离子-水结构，其越来越偏离离子的本体水合壳，是强烈的各向异性和持久性的，并且自组织成优化的、几乎固体状的组件，其中几乎没有任何游离水留下。在这些条件下，由于水的介电屏蔽大大减少和高度组织化的水离子结构，带电表面之间可能存在强烈的吸引力相互作用。通过解开这些纳米级相互作用的离子特异性的性质，我们提供的证据表明，离子特定的溶剂化结构确定的限制是在粘土中的离子特异性的起源，并可能在更广泛的范围内的封闭的含水系统。
2022-04-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
