Homogeneous nucleation mechanism of NaCl in aqueous solutions
本文采用分子动力学模拟方法研究了NaCl晶体在溶液中的成核过程。模拟结果表明，NaCl在水中的溶解行为与离子浓度有关。随着NaCl浓度的增加，溶解的Na $^+$和Cl $^-$离子倾向于在溶液中聚集。结合我们最近的研究，溶解溶质的聚集主要归因于疏水相互作用。热力学上，溶质聚集体的形成不需要克服势垒。这与两步成核机制不同。与经典成核理论（CNT）相比，由于溶质的聚集，降低了成核的势垒高度，影响了NaCl晶体在水中的成核机理。
2018-11-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Towards Rechargeable Zinc-Air Batteries with Aqueous Chloride Electrolytes
本文介绍了一种结合理论和实验研究的近中性水溶液电解质的氯化物盐为基础的可充电锌空气电池（ZABs）。近中性氯化物电解质在空气中的弹性可以延长ZAB的寿命，但基于理论的模拟预测，这种电解质容易受到其他挑战，包括pH值不稳定和混合氢氧化锌氯化物产物的不必要沉淀。在这项工作中，我们结合了基于理论的模拟与实验方法，如全电池循环，operando pH测量，非原位XRD，SEM和EDS表征，以研究ZABs与水性氯化物电解质的性能。近中性ZAB电池的实验表征观察到预测的pH不稳定性，并确认了最终放电产物的组成。提出了促进更大的pH稳定性和控制排放产物沉淀的步骤。
2019-02-12 physics.chem-ph
Nucleation in aqueous NaCl solutions shifts from 1-step to 2-step mechanism on crossing the spinodal
在这项工作中，我们使用大规模的分子动力学模拟耦合到自由能计算，以确定第一次的稳定性限制（spinodal）和在NaCl水溶液中的成核机制的变化。这是一个具有相当大的大气、地质和技术意义的系统。我们发现，过饱和的亚稳NaCl溶液达到其极限的稳定性在足够高的盐浓度，所示的盐化学势的组成依赖性，表明通过调幅分解相分离的过渡。然而，NaCl溶液的亚稳极限不对应于结晶的调幅分解。我们发现，超出此调幅，液体/无定形分离发生在水溶液中，从而离子首先形成无序的集群。我们称这些簇为“无定形盐”。我们还确定了从一个过渡到两步结晶机制驱动的spinodal。特别地，从NaCl水溶液中结晶超过旋节线是两步过程，其中离子首先相分离成无序的无定形盐簇，然后在无定形盐相中结晶离子。相比之下，在浓度低于亚稳线的NaCl水溶液中，结晶通过一步过程发生，因为离子直接聚集成晶核。随着过饱和度的增加，机制的变化强调了准确测定相分离驱动力的重要性。这项研究具有更广泛的影响机制，从解决方案在高过饱和度的晶体成核。
2018-12-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Hybrid aqueous/ionic liquid electrolyte for high cycle stability and low temperature adaptability lithium-ion battery
水性可充电电池具有安全性高、环境友好、易于组装等优点，是一种很有前途的储能装置。然而，它们的循环稳定性和低温性能受到窄的电化学稳定性窗口和水性电解质的高凝固点的限制。本文以EMIMDep为添加剂，研制了一种具有宽电化学窗口（2.15V）和低凝固点（-60 ℃）的混合电解质。疏水性的EMIM+在带负电荷的电极上积累并排斥水分子，从而抑制水裂解。同时，亲水性Dep-与水形成强氢键，从而降低电解质的凝固点。此外，EMIMDep 20-H2O 80电解质中的混合1 M LiNO 3由于与其他有机添加剂相比EMIMDep的不可燃性、不挥发性和低毒性而表现出高安全性和高稳定性。由于水性/EMIMDep电解质的优点，具有LiTi $_2$（PO $_4$）$_3$阳极和LiMn $_2$ O $_4$阴极的全电池提供1.6 V的平均电压和120 mAh/g的比容量，在1C下500次循环后容量保持率为80%。此外，在-35 ° C下工作的全电池的比容量是室温下的60%。
2022-06-16 physics.chem-ph
Forward Flux Sampling Calculation of Homogeneous Nucleation Rates from Aqueous NaCl Solutions
我们使用分子动力学模拟和被称为前向通量采样的路径采样技术，研究在298 K和1 bar的过饱和水溶液中的NaCl晶体的均匀成核。成核率得到了一系列的盐浓度的Joung-Cheatham NaCl力场结合SPC/E水模型。计算的成核速率显着低于现有的实验测量。在这项工作中的成核率的估计不依赖于经典的成核理论，但在模拟中观察到的途径表明，成核过程是更好地描述经典的成核理论比替代解释的基础上Ostwald的步骤规则，在一些以前的模拟相关的模型。除了NaCl核的大小，我们发现，一个新生的集群的结晶度起着重要的作用，在成核过程中。具有高结晶度的核被发现具有更高的生长概率和更长的寿命，可能是因为它们较少暴露于水合水。
2017-11-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
PyEquIon: A Python Package For Automatic Speciation Calculations of Aqueous Electrolyte Solutions
在一些工业应用中，如结晶、污染控制和流动保证，对电解质水溶液的准确理解至关重要。电解质平衡计算通过提供重要信息（如物质浓度、溶液pH值和固体形成的可能性）而有助于工艺的设计和优化。在这项工作中，开发了一个基于BSD-3许可证的纯Python库，用于计算水电解质平衡。该软件包将给定溶液的进料组分作为输入，并自动识别其组成离子和所涉及的化学反应，以计算平衡条件。此外，没有建立广泛的操作条件下的电解质活度系数模型。因此，在该软件包中，内置的活度系数模型以模块化的方式构建，因此可以通过用户提供的函数执行非理想计算，这允许对该主题进行进一步研究。研究人员可以使用该软件包以用户友好的语言轻松识别平衡反应和可能的固相。
2021-05-10 physics.chem-ph
Study on the free corrosion potential at an interface between an Al electrode and an acidic aqueous NaCl solution through density functional theory combined with the reference interaction site model
采用密度泛函理论结合有效屏蔽介质和参考相互作用位点模型（ESM-RISM），研究了酸性条件下Al电极与NaCl水溶液（NaCl（aq））界面处的自腐蚀电位.首先，从宏观电位分布得到阳极和阴极腐蚀反应的电极电位，作为界面处电子化学势的函数。此后，我们使用Tafel外推法确定了自由腐蚀电位。自由腐蚀电位的测定结果与以往的实验数据相一致。通过控制NaCl水溶液的pH值，测定了自腐蚀电位随pH值的变化规律，结果与实验结果吻合较好。结果表明，ESM-RISM方法能准确描述酸性溶液的环境效应，并能准确测定自由腐蚀电位。因此，该方法的应用提供了一种有效的方法来计算各种反应的自由腐蚀电位。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Direct calculation of the planar NaCl-aqueous solution interfacial free energy at the solubility limit
该研究借助Mold Integration技术，采用JC-SPC/E模型首次直接计算了常温常压下饱和NaCl溶液与四种晶面的界面自由能，证实其高度各向异性，结果与成核研究外推值吻合，填补了相关领域的空白。
2023-01-31 cond-mat.soft physics.chem-ph
Ionic structure around polarizable metal nanoparticles in aqueous electrolytes
金属纳米颗粒由于其独特的物理和化学性质而受到越来越多的科学关注，这些性质使其适用于各种领域的广泛应用，例如电化学，生物化学和纳米医学。它们的高金属极化率是决定它们在各种电解质溶液中的静电特性的关键因素。在这里，我们介绍了一个基于连续介质的模型，在不同种类的电解质的存在下，具有显式极化率的金属纳米粒子。我们采用了几个，各种复杂的，理论的方法，证实了蒙特卡罗模拟，以阐明基本的静电学原理的模型。我们研究了不同类型的离子之间的不对称性如何导致非平凡的现象，如电荷分离和所谓的零表面电荷双层的建立。
2020-10-07 physics.chem-ph
Glasslike Behavior in Aqueous Electrolyte Solutions
当盐加入水中时，粘度通常会增加，这表明离子增加了水的氢键网络的强度。然而，对电解质溶液的红外泵浦-探测测量发现，离子对水分子的旋转动力学没有影响，这意味着没有增强或破坏氢键网络。在这里，我们报告了光学克尔效应和介电弛豫光谱测量，这使我们能够区分水分子旋转和过渡运动的影响。这些数据表明，电解质溶液表现得像一个过冷液体接近玻璃化转变，其中旋转和平移分子运动是解耦的。现在可以在一张统一的图片中理解以前相互矛盾的粘度数据、核磁共振弛豫和超快红外光谱。
2009-04-04 physics.chem-ph
An equation for the isosbestic point wavelength in aqueous solutions of electrolytes
强电解质溶液中H2O分子的OH键振动带中存在等吸光点，但其物理意义直到最近才被解读为两种水分子之间的平衡点，其中水-离子或水-水相互作用分别占主导地位。因此，等吸光点提供了有用的信息，在溶质存在下的水分子的体积位移。在这里，我们表明，等吸光点的发生是准确地描述了一个方程依赖于平衡的离子和它的反离子的静电力。此外，其波长还与密度与溶质浓度的斜率有关。这支持了这样的观点，即溶质的作用几乎不能在几个水化壳内调节。
2019-04-01 physics.chem-ph
Designing Aqueous Organic Electrolytes for Zinc-Air Batteries: Method, Simulation, and Validation
水性锌空气电池（ZAB）是一种低成本，安全和可持续的固定能量存储技术。与传统的碱性ZAB相比，具有pH缓冲的近中性电解质的ZAB具有更长的寿命，这是由于在非碱性pH值下碳酸盐的吸收较慢。然而，现有的近中性电解质通常含有卤化物盐，其具有腐蚀性并且威胁到作为主要放电产物的ZnO的沉淀。本文提出了一种设计无卤化物的ZAB电解质水溶液的方法，使用热力学描述符计算筛选组件。采用一种先进的连续介质模拟方法，对一种可能的基于有机盐的无卤水电解质的ZAB的动态性能进行了模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证。Zn电极的XRD、SEM和EDS测量表明ZnO是主要的放电产物，并且操作pH测量证实了电池循环期间电解质pH的稳定性。进行长期全电池循环测试，并且RRDE测量阐明ORR和OER的机制。我们的分析表明，含有有机盐的水性电解质可能是一个有前途的研究领域的锌基电池，由于其锌$^{2+}$螯合和pH缓冲性能。我们讨论了剩余的挑战，包括电解质组分的电化学稳定性。
2020-04-03 physics.chem-ph physics.comp-ph
Spectroscopic Evidence for the Specific Na+ and K+ Interactions with the Hydrogen-bonded Water Molecules at the Electrolyte Aqueous Solution Surfaces
水分子在NaF和KF水溶液表面的和频振动光谱显示出明显不同的光谱特征和不同的浓度依赖性。这一结果是第一次直接观察到的简单的碱金属阳离子，这被认为是从水的表面耗尽，在电解质溶液表面的水分子的氢键结构的阳离子效应。这些观测结果为理解气/水界面离子的基本现象提供了重要线索。
2008-12-14 cond-mat.other physics.chem-ph
Terahertz-induced local-field dynamics and transient birefringence in aqueous electrolytes
University of Paderborn（帕德博恩大学）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
结合太赫兹驱动非平衡分子动力学与超极化率增强的偶极-诱导-偶极模型，揭示了水溶液太赫兹克尔效应信号中的分子尺度水合动力学与局部场效应。
2026-05-25 physics.chem-ph
Integral equation theory for the electrode-electrolyte interface with the central force water model. Results for an aqueous solution of sodium chloride
用积分方程方法研究了氯化钠水溶液在平面电极上的结构。与中心力水模型的含水电解质被建模为钠离子和氯离子和部分带电的氢原子和氧原子通过有效的球对称对电位相互作用的混合物。体关联函数由Ornstein-Zernike方程得到。用Wertheim-Lovett-Mou-Buff方程计算了不带电和带电电极上的密度分布。不同尺寸的离子和电极附近的冰状水结构之间的空间相互作用主导离子分布。这种模型电解质对电极上的相反电荷也有不同的反应。
1995-01-25 chem-ph 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
Ionic Behavior in Highly Concentrated Aqueous Solutions Nanoconfined between Discretely Charged Silicon Surfaces
通过考虑表面原子热振动的分子动力学模拟，研究了硅表面间NaCl溶液中离子的行为.发现双电层结构对表面电荷的密度和分布敏感。由于表面电荷的离散性，出现了轻微的电荷反转，这取决于表面电荷密度、体浓度和约束。在0.2M ~ 4.0M浓度范围内，Na+和Cl-离子的聚集层位置保持稳定，但峰值增大。浓度越高，电荷反转越明显。在4.0 M NaCl溶液中，Na+和Cl-呈明显的交替层状分布，这可能与实验中发现的凝固现象相对应。通过改变表面间距，约束对离子分布有很大的影响。当两个表面相互靠近时，许多离子和水分子被挤出了密闭的空间。离子或水分布曲线中的两个相邻层可以被迫彼此靠近并合并在一起。离子水化分析表明，高受限空间中Na+离子的配位数远低于体相中的配位数。
2017-04-05 physics.chem-ph
Solvation Structures and Ion Dynamics of CaCl$_2$ Aqueous Electrolytes Using Metadynamics and Machine Learning Molecular Dynamics Simulations
本研究结合从头算与深度学习势分子动力学模拟，揭示CaCl₂水系电解质中Ca²⁺周围多种溶剂化结构共存的规律，明确离子配对对溶剂化水及离子动力学的影响，且模拟扩散系数与实验一致。
2023-07-18 physics.chem-ph
Screened Coulombic Orientational Correlations in Dilute Aqueous Electrolytes
利用液体物理中的Ornstein-Zernike积分方程方法，定量地解释了最近在二次谐波散射实验中观察到的，并在大尺度分子动力学模拟中得到证实的离子诱导的水分子间长程取向有序.这种一般效应，不特定于氢键溶剂，是由电中性条件，偶极相互作用和介电+离子屏蔽控制。正如预期的那样，所有的数值理论都恢复了40年前建立的著名的解析表达式。
2018-03-28 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Predicting Activities in Aqueous Electrolyte Solutions with Hybrid Machine Learning
Laboratory of Engineering Thermodynamics, RPTU Kaiserslautern（工程热力学实验室，凯撒斯劳滕工业大学）
研究利用混合机器学习模型，结合Bromley模型与矩阵补全方法，预测水电解质溶液活度。通过对478种电解质实验数据训练，得到参数矩阵，可预测9296种电解质活度，扩展Bromley模型适用性并保持高精度。
2026-09-24 cs.LG physics.chem-ph
Electroneutrality Breakdown and Specific Ion Effects in Nanoconfined Aqueous Electrolytes Observed by NMR
界面附近的水电解质中的离子分布在电化学、生物和胶体系统中起着关键作用，并且预计在纳米限制区域内特别重要。在解决由不带电的疏水表面纳米限制的水性电解质的离子分布中，通常假定纳米限制区域内的总电荷的电中性是先验的，没有直接的实验验证。在这里，我们使用定量的核磁共振的方法来研究纳米限制在类石墨纳米多孔碳的水性电解质的性质。大量的电中性击穿nanocolinated区域和非常不对称的阳离子和阴离子的nanocolinating表面的充电的响应进行观察。的电中性击穿强烈地依赖于对水-碳界面的阴离子的倾向，这样的离子特异性的响应一般如下的Hofmeister系列的阴离子排名。实验观测结果进一步支持数值计算使用广义泊松玻尔兹曼方程
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Experimental and molecular dynamics study of the ionic conductivity in aqueous LiCl electrolytes
氯化锂LiCl被广泛用作研究强离解1-1电解质溶液的原型体系。在这里，我们结合实验测量和经典的分子动力学模拟来研究该系统中的离子导电。在20 $^\circ$ C和50 $^\circ$ C下从实验报告离子电导率，并与来自分子动力学模拟的结果进行比较。本工作的主要发现是Li $^+$和Cl $^-$的迁移数在高浓度下变得相当。这种现象是独立的模拟中所采用的力场，并可能导致从离子特定的浓度依赖性的迁移率。
2019-05-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water, not salt, causes most of the Seebeck effect of nonisothermal aqueous electrolytes
本文通过分子动力学模拟发现，非等温水溶液电解质的塞贝克效应主要由电极附近水分子的分层与取向引起的温度依赖性表面电势差决定，而非离子的热扩散。
2023-09-14 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Osmotic transport at the aqueous graphene and hBN interfaces: scaling laws from a unified, first principles description
在nanofolined水性电解质中的渗透运输为水脱盐和“蓝色能量”收获提供了新的场所;纳米流体系统的渗透响应由所谓的双电层（EDL）中的水和电解质溶液的界面结构控制，但是在很大程度上仍然缺乏EDL的分子水平的图片。特别是，在电解质/表面相互作用的描述中没有考虑电子结构的作用。在这里，我们报告增强的采样模拟从头算分子动力学的基础上，旨在解开的自由能吸附在水石墨烯和hBN界面的原型离子，其后果nanofluidic渗透运输。具体而言，我们预测zeta电位，扩散渗透迁移率和扩散渗透电导率为广泛的盐浓度从从头算水和离子的空间分布通过一个分析框架的基础上斯托克斯方程和修改的Poisson-Boltzmann方程。我们观察到浓度依赖性的标度律，以及两个界面之间的渗透运输的巨大差异，包括hBN上的扩散-渗透流动和电流反转，但不在石墨烯上。我们可以合理化的三个渗透反应的结果与一个简单的模型的基础上的特征长度尺度的离子和水的吸附在表面上，这是非常不同的石墨烯和hBN。我们的工作提供了第一原理的见解的结构和二维材料上的水电解质的渗透输运，并探索新的途径，有效的水脱盐和渗透能量转换。
2021-08-31 physics.chem-ph
Capacitance Performance of Sub-2-nm Graphene Nanochannels in Aqueous Electrolyte
采用分子动力学模拟对宽度小于2 nm的短石墨烯纳米通道中双电层电容的起源和性质进行了解释。结果解释了先前报道的电容与沟道宽度的非单调依赖性的实验结果。在这里，由于反离子在纳米通道中的宽度依赖的径向位置，和有限的共离子的数量的机制，在子-1-nm的孔径的电容的异常增加。通道宽度的减小降低了共离子的数量，并使抗衡离子更靠近通道壁。对于宽度范围为1至2 nm的纳米通道，共离子被允许进入纳米通道，并且两种类型的离子呈现交替的分层分布，导致电容的降低。电压是另一个控制参数，其允许理解石墨烯纳米通道中的电容。随着电压的增加，由于带电表面附近的空间有限，更多的抗衡离子需要位于纳米通道的中心，导致电容进一步降低。
2017-04-05 physics.chem-ph
Atomic scale insights into NaCl nucleation in nanoconfined environments
本工作采用结合机器学习反应坐标的增强采样分子动力学模拟，研究了纳米受限环境下NaCl水溶液的成核过程，发现纳米受限可稳定固相并提高熔点，强调了水、离子聚集及各向异性介电行为在驱动成核中的关键作用，为理解该过程提供了分析框架。
2024-07-13 physics.chem-ph
Probing Aqueous Electrolytes with Fourier Spectrum Pulse-Echo Technique
本文研究了室温（250 ℃）下，在1 MHz和2 MHz波频下，NaCl、KCl和CsCl水溶液中的超声波声速（v）和衰减常数（α）随浓度（c）的变化规律。傅立叶频谱脉冲回波（FSPE）技术用于实现更高的测量精度，特别是用于α测量。在NaCl和KCl中，在特定的溶液浓度下注意到v和α值的突然变化，而对于CsCl，在频率1和2 MHz的整个浓度范围内观察到v几乎平滑的变化。在这些解决方案中的v和α的变化的性质进行了分析，鉴于其他光谱研究。众所周知的Jones-Dole方程解释了许多电解质溶液中粘度（η）的变化，该方程提供了对实验速度变化与样品的参数值特征的满意拟合。
2018-07-27 cond-mat.other physics.chem-ph
Bridging atomistic simulations and thermodynamic hydration models of aqueous electrolyte solutions
溶剂和溶质活动的化学热力学模型预测水溶液的平衡行为。然而，这些模型是半经验的。它们代表微尺度离子和溶剂行为，使用少量参数控制宏观性质，这些参数的值通过拟合本体溶液测量的吉布斯能的活性和其他偏导数获得。我们已经进行了电解质水溶液（氯化镁和氯化钙）的原子模拟，以确定水的热力学水合模型的参数。我们实现了一个协同水合模型，将电解质溶液中的水分子分为不同的亚群。电解质特定参数k的值由具有去除水分子的自由能的最低绝对值的受离子影响的亚群确定。另一个与第一水化度有关的平衡常数参数K_1由水化团簇在溶液中的水化自由能计算得到。水化数，h，从水亚群的重定向动态分析相比，散装样的行为。将这些参数的计算值插入Stokes & Robinson（Journal of Solution Chemistry 1973，2，173-191）和Balomenos（Fluid Phase Equilibria 2006，243，29-37）模型中，将其应用于评估MgCl 2溶液的渗透系数。这种方法消除了依赖于实验数据的可用性，并可能导致水的热力学模型能够估计的溶质和溶剂的活动，热和体积性质的广泛的组合物和浓度的值。
2021-11-08 cond-mat.other physics.chem-ph
Study of Interfacial Tension between an Organic Solvent and Aqueous Electrolyte Solutions Using Electrostatic Dissipative Particle Dynamics Simulations
采用静电耗散粒子动力学（DPD）模拟方法研究了有机溶剂与电解质水溶液界面性质的改变。本文考虑了Flory-Huggins \c{hi}参数与电解质浓度和种类的关系，利用活度系数计算了电解质组分的DPD排斥参数aij的参数化。进而，使用实验数据获得电解质的活度系数作为其浓度的函数，以估计\c{hi}参数，然后估计aij系数。我们通过研究正十二烷和水的混合物中的界面张力来验证这种参数化，改变不同无机盐（NaCl，KBr，Na 2SO 4和UO 2Cl 2）的浓度。还分析了正十二烷/水混合物中HCl的情况，并给出了结果。我们的模拟再现的实验数据与以前的工作很好的协议，表明使用的活动系数，以获得的排斥DPD参数aij作为浓度的函数是一个很好的替代这些类型的系统。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.chem-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
The Association of Zn$^{2+}$-SO$_4^{2-}$ and Mg$^{2+}$-SO$_4^{2-}$ in Aqueous MgSO$_4$/ZnSO$_4$ Hybrid Electrolytes: Insights from All-Atom Molecular Dynamics Simulations Molecular Dynamics Simulations
本文通过全原子分子动力学模拟研究MgSO₄/ZnSO₄混合电解液中Zn²⁺与Mg²⁺同SO₄²⁻的离子缔合和溶剂化结构，发现提高MgSO₄浓度会削弱Zn²⁺自缔合但增强Mg²⁺缔合，且Zn²⁺对SO₄²⁻具有更强亲和力。
2024-10-20 physics.chem-ph
An electro-chemo-mechanical framework for predicting hydrogen uptake in metals due to aqueous electrolytes
我们提出了一个理论和数值方案，使量化氢进入金属中的任意环境和缺陷的几何形状。这是通过明确解决电解质的电化学行为，氢和腐蚀反应，表面吸附的动力学，以及氢的吸收，扩散和捕获在机械变形的固体。这个新的框架是用来产生的地图，与所施加的电位，试样的几何形状和流体速度的吸收氢。我们还提出了我们的广义模型的简化版本，这些和其他现有的模型对广义电化学力学结果的基准预测，建立制度的有效性。
2022-09-18 cs.CE physics.app-ph physics.chem-ph
Charting the known chemical space for non-aqueous Lithium-air battery electrolyte solvents
锂空气电池是为未来的移动性提供动力的非常有前途的候选者，但为这项技术找到合适的电解质溶剂被证明是一个主要问题。我们提出了一个系统的计算调查可能的锂空气电解质溶剂的已知化学空间。结果表明，寻找更好的Li-Air电解质溶剂的问题不仅是-如前所述-关于最大化Li+和O2-溶解度，而且关于找到这些溶解度与溶剂粘度的最佳平衡。由于我们的研究结果还表明，已知的化学品的试错实验是不可能成功的，最有前途的化合物类的完整的化学子空间进行了研究，并提出了进一步的实验建议。所提出的筛选方法是可转移的和鲁棒的，并且可以容易地应用于优化其他电化学装置的电解质。它超越了目前最先进的宽度（考虑到筛选的化合物的数量和它们的选择方式），以及深度（考虑到所包括的属性的数量和复杂性）。
2015-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen uptake kinetics of cathodic polarized metals in aqueous electrolytes
本研究通过组合电化学技术探究铁、镍的析氢与氢吸收规律，发现反应以Volmer-Heyrovsky路径为主，结合新建理论与建模，为量化氢吸收、建立水电解质等效逸度提供了方法。
2024-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Molecular Dynamics simulations of concentrated aqueous electrolyte solutions
使用经典的分子动力学模拟的算法和参数的模拟描述复杂的电动力学现象的浓缩电解质的传输特性进行了分析。电解质含有单价（KCl），二价（MgCl $_2$），混合物（KCl + MgCl $_2$），和三价（LaCl $_3$）阳离子的电解质的电导率和传输数已获得从电解质在不同大小的电场的模拟。不同的模拟参数所获得的结果进行了讨论，并与我们自己的实验测量和从文献中进行比较。在不同情况下的离子电流诱导的水分子的电渗流已计算和解释的帮助下提取的模拟的水合性能。
2010-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
NaCl salts in finite aqueous environments at the fine particle marine aerosol scale
我们研究了孤立的钠/氯化物水液滴在微观水平上，其中包括从约5 K至1 M的水分子，其盐浓度为0.2 $m$（半咸水）和0.6 $m$（海水），通过分子动力学模拟的基础上的\emph{ab initio}为基础的极化力场。我们最大的水滴的大小是在亚微米颗粒海洋气溶胶尺度。从我们的模拟中，我们研究了离子的空间分布，离子聚集体（大小，组成，寿命和分布），液滴表面电位和周围的水蒸气的液滴的密度。对于离子，它们在液滴内部形成从液滴边界延伸至2 nm的弱静电双电层。游离$\mathrm{Na^+}$和离子聚集体比游离$\mathrm{Cl^-}$更排斥边界。根据标准公式$A=A_\infty(1 - 2 δ/R) $，大多数液滴性质取决于液滴半径$R$，其中$A_\infty$是量$A$的体积大小，而$δ$是至多~nm尺度的长度。关于水蒸气密度，它们服从与托尔曼长度为负的表面张力对应的开尔文关系，并且在1~nm尺度上。这个长度大约比纯水滴大一个数量级，但是它足够弱，不足以支持标准开尔文项（基于平面界面表面张力和水密度）和相关的K{<$}lher方程的可靠性，以模拟亚微米含盐气溶胶。
2022-06-01 physics.chem-ph physics.flu-dyn
An Electrochemical Technique for Measurements of Electrical Conductivity of Aqueous Electrolytes
这里介绍的用于测量电导率的技术是基于电流会聚在小圆盘电极上的原理。因此，大部分欧姆电阻位于盘周围的狭窄区域内。如果参比电极保持在该区域之外，则工作电极和参比电极之间的电势差实际上包括溶液中发生的所有欧姆电位降。此外，该欧姆降可以通过由Newman导出的解析表达式与溶液的电导率相关。在足够高的过电位下，电荷转移的速率受到从本体溶液到电极的电流传导的限制。在这种情况下，电流随电极电位线性变化，溶液的电导率可以使用纽曼表达式从伏安图的斜率估计。用于测量盐溶液电导率的电化学反应是水的阴极还原，用于测量酸水溶液电导率的电化学反应是氢离子的阴极还原。该技术已被用于测量几种常见的水性电解质的电导率。一个很好的协议之间发现本技术和传统的技术的基础上交流阻抗分析。
2017-12-20 physics.app-ph physics.chem-ph
Recent Progress in Molecular Simulation of Aqueous Electrolytes: Force Fields, Chemical Potentials and Solubility
虽然电解质水溶液是最重要的解决方案之一，分子模拟的化学势，溶解度和活度系数的相互交织的性质一直是一个具有挑战性的问题，并吸引了相当大的最近的兴趣。在这篇观点综述中，我们重点讨论了环境条件下氯化钠水溶液的最简单情况，并讨论了阻碍进展的两个主要因素。首先是缺乏共识的适当方法力场（FF）的发展。我们研究如何最常用的FF已经开发，并强调区分“训练集属性”用于适应FF参数，和“测试集属性”，这是纯粹的预测额外的属性的重要性。第二个是溶解度结果之间的分歧，即使使用相同的FF和热力学条件。溶解度计算已接近使用热力学为基础的方法和直接分子动力学为基础的方法实现共存的溶液和固相。虽然收敛最近已经实现了基于前一种方法的结果之间，有尚未与基于后一种方法的模拟结果的一般协议。本文还提出了一种直接计算亨利-定律理想模型中电解质标准化学势的新方法。最后，我们提出建议，计算溶解度，化学势和活度系数，并概述了未来的进展的潜在途径。
2016-03-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrochemical double layer capacitor using a microemulsion electrolyte
在能量存储装置中使用水性电解质传统上受限于水在1.23 V下的电压稳定窗口。我们提出使用基于微乳液的电解质，尽管其按质量计主要是水，但具有高达5 V的电压稳定窗口。这允许水性电解质的成本和安全益处最终在高压系统中实现。使用该电解质构建的超级电容器能够在活性炭上实现并保持约40 F/g的电容和约40 Wh/kg的能量密度，库仑效率为99\%超过10，000次循环。
2020-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dielectric permittivity of aqueous solutions of electrolytes probed by THz time-domain and FTIR spectroscopy
尽管近二十年来在文献中发表了大量的论文，但液态水的基本模型仍然存在争议。我们已经测量了纯水和氯化物水溶液的介电常数在0.2至1.5太赫兹的范围内，我们已经发现，整体的介电行为可以令人满意地描述与两个单一的时间常数德拜函数的加权平均。这两种组分的重量已通过红外光谱分析获得，并与具有不同长程组织的两种水分子群体有关。由此产生的功能允许拟合的实验数据为纯水和溶液的氯化锂，氯化钾，氯化钠，氯化铯和预测的过量响应的高频率侧的松弛没有特设的校正项。这些发现表明，在常温常压下，液态水中存在两种流体。
2019-10-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Nanoscale heterogeneity at the aqueous electrolyte-electrode interface
使用分子动力学模拟，我们揭示了紧急性质的水合电极界面，而分子的起源是不可分割的系统的行为跨越长时间尺度和大的长度尺度。具体来说，我们描述了一个无序的和缓慢发展的吸附层的水的分子结构和动力学的电解质溶液相邻的它的影响。一般来说，我们发现，水和溶解的离子的密度和迁移率是空间上的异质性在平行于电极的平面超过纳秒的时间尺度。这些和其他最近的结果进行了分析，从表面科学和电化学的实验文献的背景下。我们推测这一新兴的微观图片的影响，对水合电极的催化能力，在纳米多相催化的研究提供了一个新的方向。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
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
Poisson-Fermi Modeling of Ion Activities in Aqueous Single and Mixed Electrolyte Solutions at Variable Temperature
数以万计的经验参数的组合爆炸对扩展的Debye-Hückel模型计算化学中最重要的盐的水溶液混合物的活度系数提出了巨大的挑战。参数的爆炸起源于德拜-休克尔理论的唯象扩展，该理论没有考虑离子和水的空间效应和相关效应。相比之下，近年来发展起来的泊松-费米理论将离子和水分子视为具有间隙空隙的任何尺寸的非均匀硬球，并包括离子-水和离子-离子相关性。我们提出了一个Poisson-Fermi模型和数值计算方法，用于计算在大范围的盐浓度和温度下具有任意数量的离子物种的电解质溶液的单个或平均活度系数。对于每一条活度-浓度曲线，我们证明了泊松-费米模型最多只需要三个不变的参数就能很好地拟合相应的实验数据。这三个参数是与玻恩半径的溶剂化能量的离子在电解质溶液中，盐浓度的变化在一个高度非线性的方式。
2017-12-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Computation of Electrical Conductivities of Aqueous Electrolyte Solutions: Two Surfaces , One Property
本研究采用标度电荷描述 PES、整数电荷描述 DMS 的双表面策略，结合 Madrid-Transport 力场与 Einstein-Helfand 方程，在全浓度范围内高精度预测了 NaCl 和 KCl 水溶液的电导率及其他输运性质。
2024-01-23 physics.chem-ph
Sodium Chloride interaction with solvated and crystalline cellulose : sodium ion affects the tetramer and fibril in aqueous solution
无机盐是生物质的天然组分，其对来自各种生物质转化过程的产物产率具有显著影响。了解它们在微观水平上对生物量的影响有助于发现它们的机械作用。我们提出了一个研究的影响水氯化钠（NaCl）的生物质，纤维素的最大组成部分，集中在热力学和结构上的钠离子对纤维素四聚体，和原纤维。纤维素四聚体的双交换分子动力学模拟揭示了许多优选的纤维素-Na接触和桥接位置。大规模的MD模拟模型纤维素原纤维上发现，Na+扰动羟甲基旋转状态的人口，从而破坏了“天然”的氢键网络。
2013-06-07 physics.chem-ph
Anomalous double-layer restructuring in water-in-salt electrolytes at graphitic interfaces governs capacitance
University of Manchester（曼彻斯特大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）
研究发现水-盐电解质中石墨界面的异常双电层重构由溶剂分离离子配对驱动，影响电容特性与稳定性。
2025-11-27 physics.chem-ph
Ion-Specific Anomalous Water Diffusion in Aqueous Electrolytes: A Machine-Learned Many-Body Force Field Study with MACE
Department of Physical and Chemical Sciences, University of L’Aquila（拉奎拉大学物理与化学科学系）
研究通过机器学习多体力场模拟揭示了水在电解质溶液中的离子特异性异常扩散现象，改进了NaCl溶液的模拟结果，揭示了离子水合壳层对水扩散的影响机制。
2026-06-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Opportunities and Challenges in Unsupervised Learning: The Case of Aqueous Electrolyte Solutions
本文以离子扰动水局部结构为例，采用SOAP描述符、本征维度和高维自由能景观评估无监督学习的超参数选择与物理解释挑战，并给出水溶液研究的方法路线图。
2025-07-25 physics.chem-ph physics.comp-ph
Specific Na+ and K+ Cation Effects on the Interfacial Water Molecules at the Air/Aqueous Salt Solution Interfaces Probed with Non-resonant Second Harmonic Generation (SHG)
在这里，我们报告的极化相关的非共振二次谐波产生（SHG）测量的界面水分子在以下盐的水溶液：氟化钠，氯化钠，NaBr，KF，KCl，和KBr。通过定量极化分析的SHG数据，取向参数D值和相对表面密度的界面水分子在这些水溶液表面的测定。从这些结果中，我们发现，添加的六种盐的每一个引起的界面水层的厚度在表面上的增加在一定程度上。阳离子和阴离子对界面水层厚度的影响大小顺序为：KBr > NaBr > KCl > NaCl ~ NaF > KF。由于这些变化不能分解为单个阴离子和阳离子的贡献，因此可能存在离子配对或缔合效应，特别是对于NaF的情况。我们还发现，界面水分子的取向参数D值的变化方向相反的三种钠盐的水溶液与三种钾盐的水溶液。这些发现清楚地表明了在水溶液表面的意想不到的特定Na+和K+阳离子效应。这些影响是没有预期从最近的分子动力学（MD）模拟结果，得出的结论是，Na+和K+阳离子可以被视为小的非极化硬离子，他们从水界面排斥。这些结果表明，电解质水溶液表面比目前流行的理论和实验的理解更复杂。
2008-12-14 cond-mat.other physics.chem-ph
Highly Heterogeneous Polarization and Solvation of Gold Nanoparticles in Aqueous Electrolytes
金纳米粒子（NPs）在应用中的性能关键取决于NPs-溶剂界面的结构，在该界面处，静电表面极化是影响水合、离子吸附和电化学反应的关键特征之一。在这里，我们展示了显式金属极化率对裸金纳米粒子在各种阴离子钠盐的电解质水溶液中的溶剂化和静电性质的显着影响（Cl $^-$、BF $_4$ $^-$、PF $_6$ $^-$、Nip $^-$（硝基酚盐）和3-和4-价六氰基铁酸盐（HCF）），使用经典的分子动力学模拟与金原子的可极化核壳模型。我们发现相当大的空间异质性的极化和静电电位的NP表面上，介导的界面水分子的高度小面依赖的结构。此外，离子特定的，面依赖的离子吸附导致大的改变的界面极化。与不可极化的NP相比，极化性仅轻微地改变水的局部偶极子密度，但对静电表面电势具有实质性影响，并导致NP表面上的离子的显著横向再分布。此外，对单个一价离子的界面极化效应在远场被抵消，有效的德拜-休克尔表面势基本上不受影响，正如连续统“像电荷”概念所预期的那样。因此，金属NP的明确电荷响应对于界面静电的准确描述和解释是至关重要的（例如，用于催化和电化学中的电荷转移和界面极化）。
2021-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Molecular Modelling of Aqueous Batteries
Uppsala University（乌普萨拉大学）
该研究综述了水系电池领域的分子模拟技术，重点介绍DFTMD及ML加速方法的动力学反应描述，覆盖生成式AI在材料设计的进展，并结合多种典型水系电池体系案例展开说明。
2024-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Image-based measurements of Tafel slopes in aqueous MV/4-HO-TEMPO Flow Batteries
本文在无膜微流控全有机水系 MV/4-HO-TEMPO 液流电池中，结合光谱电化学成像与解析建模，首次直接测量了正负极反应物的 Tafel 动力学和电荷转移电阻，为 RFB 模拟与优化提供参考数据。
2025-07-21 physics.chem-ph
Processes associated with ionic current rectification at a 2D-titanate nanosheet deposit on a microhole poly (ethylene terephthalate) substrate
钛酸盐纳米片的膜（约1.8-nm层厚度和200-nm尺寸）可以形成含有四丁基铵阳离子的电解质填充的半渗透通道。通过蒸发胶体溶液，很容易形成持久的沉积物，大约。在具有20微米直径微孔的6微米厚的聚（对苯二甲酸乙二醇酯）（PET）基底上形成10微米厚度的膜。当浸入水溶液中时，钛酸盐纳米片表现出p.z.c. -37 mV，与阳离子传导（半渗透）沉积物的形成一致。在含水电解质中具有足够低的离子强度的情况下，观察到离子电流整流（阳离子二极管行为）。电流可以被分解为（i）电解质阳离子运输，（ii）电解质阴离子运输和（iii）水异裂引起额外的质子运输。对于所有类型的电解质阳离子，观察到的水异解机制。对于Ca 2+和Mg 2+离子，水异裂导致离子电流阻断，可能是由于局部氢氧化物诱导的沉淀过程。含水NBu 4+显示反转二极管效应（从阳离子到阴离子二极管）。在脱盐和/或离子传感的应用潜力进行了讨论
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Grand-canonical molecular dynamics simulations powered by a hybrid 4D nonequilibrium MD/MC method: Implementation in LAMMPS and applications to electrolyte solutions
本研究将一种混合4D非平衡MD/MC巨正则模拟方法在LAMMPS中实现并配套Python接口，经电解质体系验证，可大幅提升离子交换模拟效率。
2023-07-21 physics.chem-ph physics.comp-ph
