Nanoconfined, dynamic electrolyte gating and memory effects in multilayered graphene-based membranes
在各个片之间掺入电解质的多层石墨烯基纳米多孔膜是一种独特的纳米异质结构系统，其中石墨烯中的纳米限制电子和片之间限制的离子在整个膜中紧密耦合。与电解质门控不太可能出现在多层石墨烯堆叠中的一般概念相反，在这项工作中证明了单层石墨烯中的电解质门控效应可以转移到其相应的多层多孔膜。通过限制在纳米孔中的电解质在每个单独的石墨烯片上呈现的这种门控效应提供了用于探测纳米限制的双电层的复杂动力学的实时电方法。这使得能够观察超级电容器中的离子记忆效应，并对超级电容器的充电动力学产生新的见解。这些发现可能会刺激新型纳米离子器件的设计。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Molecular dynamics simulations of metal-electrolyte interfaces under potential control
该综述针对电势控制下的金属-电解质界面，分类梳理了分子动力学模拟中该类带电界面的不同建模方案，分析了方法间的相似性与电化学量层面的概念关联，可为新方法开发及模块化模拟方案构建提供指导。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci 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
Exploring nonlinear ion dynamics in polymer electrolytes from the perspective of hopping models
本研究利用分子动力学模拟探究聚合物电解质的离子非线性动力学，结合跳跃模型揭示弱场、高场区域的不同物理机制，提取的有效跳跃距离、势垒高度等参数与结构分析及模型解析解相符。
2025-03-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effects of a Flexible Ion Gel as an Active Outer-Layer when in Contact with a Metallic Electrode
在这项工作中，离子凝胶外层粘在ITO/PBT/Sn器件的顶部的效果进行了研究，其对电气性能的影响。当该外部电解质膜与任何顶部可渗透电极接触时，其产生自偏置效应并改变载流子注入特性。外层促进的情况下，输出电流增加到两个数量级和其他的输出电流减少一个数量级相比，相同的样品没有it. Admittance光谱测量和建议的等效电路模型表明，界面的电性能占主导地位的电荷注入面对的散装属性时，外层是存在的。这里观察到的所有变化在离子凝胶分离和更换后都是可逆的，表明离子不会扩散到活性层中。观察到的结果可以有助于提高某些三明治结构中的电流密度，以及通知，电解质外膜可以作为一个活性层，促进三明治装置的电气变化，并可以扩展到电解质膜用作基板的情况下。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoscale Imaging of Lithium Ion Distribution During In Situ Operation of Battery Electrode and Electrolyte
开发新电池材料的一个主要挑战是了解它们的基本工作机制和降解机制。他们的微观不均匀的性质要求表征工具，提供操作和本地化的信息，从个别晶粒和颗粒。在这里，我们描述了一种方法，图像的纳米级分布的离子在电池电化学充电过程中的透射电子显微镜液流电池。我们使用价态能量损失光谱跟踪溶剂化和嵌入离子，与电子结构指纹的溶剂化离子使用从头算非线性响应理论确定。配备了新的电化学电池支架，纳米光谱和理论，我们已经能够在电化学充电和放电过程中以纳米级分辨率实时确定LiFePO4电极和周围水性电解质的锂化状态。我们跟踪电极和电解质之间的锂转移，并观察阴极中各个颗粒之间的充电动力学。该技术代表了在广泛的电能存储系统中的电化学活性离子的操作纳米级成像的一般方法。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Steric effects in the dynamics of electrolytes at large applied voltages: II. Modified Poisson-Nernst-Planck equations
在涉及大电位或表面电荷的情况下，泊松玻尔兹曼（PB）方程有缺点，因为它忽略了离子-离子相互作用和空间效应。这已经被电化学界广泛认可，导致各种替代模型的发展，从而产生不同的“修改的PB方程”，其至少在预测平衡离子分布方面取得了定性的成功。另一方面，文献是稀缺的，在这些制度的浓度动态的描述。在这里，调整策略，修改PB方程，我们提出了一个简单的修改广泛使用的泊松-能斯特-普朗克（PNP）方程的离子传输，这至少定性占空间效应。我们分析这些MPNP方程的数值解的模型问题的充电的一个简单的电解质电池，并比较的结果，标准的PNP方程。最后，我们重复Bazant，Thornton和Ajdari（2004）对这个新方程组的渐近分析，以进一步证明第一部分中介绍的更简单的等效电路模型对此类问题的有效性的兴趣和限制。
2006-11-23 physics.chem-ph
Theory of linear sweep voltammetry with diffuse charge: unsupported electrolytes, thin films, and leaky membranes
线性扫描和循环伏安技术是电化学工作者的重要工具，在工程中有着广泛的应用。伏安法通常用Randles-Sevcik方程处理，该方程假设电中性支持电解质。在本文中，我们提供了一个全面的数学理论伏安法在电化学电池与无支撑电解质和其他情况下，扩散电荷效应发挥作用，并提出了分析和模拟解决方案的时间依赖性泊松-能斯特-普朗克（PNP）方程与广义Frumkin-Butler-Volmer（FBV）边界条件为1：1电解质和一个简单的反应。使用这些解决方案，我们构建的理论和模拟的电流-电压曲线的液体和固体薄膜，膜与固定的背景电荷，和细胞与阻断电极。考虑了无量纲参数的全部范围，包括无量纲德拜屏蔽长度（缩放到电极分离）、达姆科勒数（特征扩散和反应时间的比率）和无量纲扫描速率（缩放到每扩散时间的热电压）。分析的重点是耦合的法拉第反应和扩散电荷动力学，虽然电容充电的双电层（EDL）也进行了研究，在反应性电极和非反应性阻断电极的早期瞬态。我们的工作突出的情况下，扩散电荷效应是很重要的伏安法的背景下，并说明哪些制度可以近似使用简单的解析表达式，需要更仔细的考虑。
2017-01-16 physics.chem-ph
Ion Transport in an Electrochemical Cell: A Theoretical Framework to Couple Dynamics of Double Layers and Redox Reactions for Multicomponent Electrolyte Solutions
电化学装置通常由多组分电解质溶液组成。两个过程影响这些设备的整体动力学：双电层的形成和由于氧化还原反应的化学转化。然而，由于存在多个长度和时间尺度，直接从Poisson-Nernst-Planck方程模拟这两个过程是具有挑战性的。因此，常见的建模方法忽略其中一个过程，假设这两个过程是独立的，或者从无反应系统中推断结果。为了克服这些局限性，我们制定和推导出一个渐近模型，通过求解泊松-能斯特-普朗克方程的任意数量的离子在薄双层限制。我们的分析表明，在系统中有两个不同的时间尺度：双层充电和体扩散。我们的模型显示出良好的定量协议与直接数值模拟。此外，我们的方法是计算效率和数值稳定，即使是大的潜力。我们研究了二元电解质和三离子体系的充电动力学，发现氧化还原反应在短时间内影响双层充电过程，而在长时间内改变双层电容。总的来说，所提出的理论框架提高了我们模拟包含多个离子的电化学设备的能力，并为该领域的未来研究提供了机会。
2022-06-16 cond-mat.soft 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
Electrical Double Layer Properties of Spherical Oxide Nanoparticles
纳米粒子的双电层特性的准确表征对于优化其物理化学性质以用于特定的生物技术和生物医学应用具有根本的重要性。在这篇文章中，我们使用经典的溶剂化密度泛函理论和表面络合模型来研究pH值和纳米颗粒尺寸对包围球形二氧化硅纳米颗粒的电解质溶液的结构和静电性质的影响。该制剂特别适用于确定在各种pH水平和纳米颗粒尺寸下支配离子驱动力的主导相互作用。作为一个结果，显示之间的静电势，离子-离子相关性和粒子拥挤效应的纳米粒子表面滴定，丰富的，非平凡的离子密度分布和平均静电势行为之间的相互作用已被发现。
2016-12-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
DFT study of ionic liquids adsorption on circumcoronene shaped graphene
本研究利用密度泛函理论方法，探讨了高浓度离子液体在环绕冠烯模型碳表面的吸附作用，发现色散相互作用显著增强了碳-离子相互作用，并重点关注了在超级电容器和太阳能电池中具应用前景的卤化物阴离子的吸附。
2017-11-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Asymmetric rectified electric and concentration fields in multicomponent electrolytes with surface reactions
本文通过正则摄动分析求解多组分电解质中的 Poisson-Nernst-Planck 方程，发现表面电化学反应可在离子扩散率相等时单独产生非对称整流电场和浓度场，并推导其解析表达式，为胶体组装和电化学器件中的电解质输运提供了新机制解释。
2023-08-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Fluctuating hydrodynamics of dilute electrolyte solutions: systematic perturbation calculation of effective transport coefficients governing large-scale dynamics
本文从波动流体力学方程出发，研究了稀电解质溶液的输运性质，波动流体力学方程是一组关于离子密度和流速的非线性Langevin方程。朗之万方程的非线性通常导致平均离子密度和流速的确定性动力学的有效动力学系数;有效系数通常不同于朗之万方程中的对应物，并且是频率依赖的。使用路径积分形式主义，涉及辅助领域，我们进行系统的扰动计算的有效动力学系数的离子扩散，剪切粘度，和电导率，其中管理的大长度尺度上的动态。作为新的贡献，我们研究的频率依赖性的粘度和电导率的单回路近似。关于有限频率下的电导率，我们推导出所谓的电泳部分，除了弛豫部分，其中后者已获得德拜和Falkenhagen;据预测，这两个部分的组合引起的频率$ω_{\rm max}$成比例的盐密度，在该频率下的电导率的实部表现出最大值。电导率和剪切粘度的零频率极限与德拜、法尔肯哈根和昂萨格以不同方式导出的稀溶液的经典极限定律相一致。对于大尺度慢离子扩散的有效动力学系数，我们直接计算得到了阳离子和阴离子之间的交叉动力学系数。此外，我们还讨论了将本研究扩展到更浓溶液的可能性。
2022-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Stochastic density functional theory for ions in a polar solvent
针对现有电解质随机密度泛函理论忽略溶剂极性的问题，研究从微观原理推导了适用于极性溶剂中离子的显式SDFT理论，计算相关可观测量并明确了各因素对电解质动力学的影响，为理解离子与环境涨落的耦合提供支撑。
2025-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
The electric double layer has a life of its own
使用分子动力学模拟与最近开发的重要性抽样方法，我们表明，模型离子液体为基础的双层电容器的微分电容表现出异常依赖于所施加的电势。这样的行为是定性不相容的标准平均场论的双电层，但与实验中的观察是一致的。异常响应是由于离子液体的界面区域中诱导的结构变化引起的，因为它产生电荷密度以屏蔽电极表面上诱导的电荷。这些结构变化强烈地受到电解质的面外分层的影响，并且是多方面的，包括吸附在电极表面的平面中的离子的突然的局部排序、分子离子的重新取向以及靠近电极表面的电解质的不同层之间的离子的自发交换。局部有序表现出一阶相变的特征，这将表明在宏观极限下的奇异电荷密度转变。
2014-08-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Mapping electrostatic potential in electrolyte solution
本研究利用相对论电子束的液体电子散射实验，实现了埃尺度下电解质溶液静电势分布的测量，明确了德拜屏蔽长度的浓度依赖规律，为离子效应相关争论提供了关键依据，并为研究特殊离子效应的静电起源提供了新途径。
2024-02-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
The role of surface material properties on the behavior of ionic liquids in nanoconfinement: A critical review and perspective
本综述批判性分析了表面材料性质对纳米限域中离子液体行为的影响，指出限域材料性质此前常被忽视，并提出了未来研究方向，以推动限域离子液体研究新方法的发展。
2024-10-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
A molecular perspective on induced charges on a metallic surface
了解金属固体表面对外部电场源的响应对于表征电极-电解质界面至关重要。连续统静电学提供了电极表面感应电荷密度的简单描述。然而，这种简单的描述没有考虑与固体的原子结构以及溶剂和溶解离子的分子性质相关的特征。为了说明这样的效果和评估的能力，连续静电描述的诱导电荷分布，我们调查的行为与固定在不同位置的钠或氯离子的金电极，在真空中或在水中，使用全原子恒电位经典分子动力学模拟。我们的分析突出了这两种方法之间的重要相似之处，特别是在真空条件下，当离子离表面足够远时，以及连续描述的一些局限性，即忽略了由吸附的溶剂分子引起的电荷和当离子靠近表面时溶剂的屏蔽效应。虽然电荷分布的详细特征是系统特定的，但我们期望我们关于感应电荷密度的一些通用结论适用于其他离子、溶剂和电极表面。除了这个特定的情况下，本研究还说明了这种分子模拟的相关性，作为电极-电解质界面的改进的隐式溶剂模型的设计的参考。
2021-10-21 physics.chem-ph
Tutorial on the chemical potential of ions in water and porous materials: transport, isotherms, and electrical double layer theory
本教程系统阐述水中及带电纳米多孔材料内离子的化学势，涵盖输运、等温线及双电层模型，并分析离子体积与库仑相互作用等关键贡献因素。
2025-06-23 physics.chem-ph
Moment-Tensor-Based Constant-Potential Modeling of Electrical Double Layers
针对经典恒电位分子动力学模拟忽略电极量子效应、低估双电层电容的问题，提出基于矩张量的恒电位方法mCPM，可捕捉电子结构变化，其模拟的Au(111)电极双电层电容、界面水振动频移等与实验相符，还揭示了双电层形成的时间尺度特性。
2024-01-30 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
