纳米孔中电解质的蒙特卡洛模拟与Bazant--Storey--Kornyshev模型建模
Modeling electrolytes in nanopores by Monte Carlo simulations and the Bazant--Storey--Kornyshev model
- Norwegian University of Life Sciences（挪威生命科学大学）
- University of Pannonia（佩奇大学）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
AI总结：
本研究通过蒙特卡洛模拟和Bazant--Storey--Kornyshev模型建模纳米孔中电解质，发现该模型在特定条件下优于经典模型，但无法捕捉干燥、同号吸引及离子堆积效应。
AI中文摘要：
我们通过蒙特卡洛（MC）模拟和Bazant--Storey--Kornyshev模型研究了填充电解质的圆柱形纳米孔，考虑了不同的离子价态、尺寸、体相浓度、孔半径和表面电荷密度。我们的模型通过Stern层考虑有限离子尺寸，并利用de Souza和Bazant的力学平衡原理推导出外亥姆霍兹平面的边界条件。对于1:1电解质和中等表面电荷密度，我们发现经典的Poisson--Boltzmann--Stern（PB--Stern）模型和我们的Bazant--Storey--Kornyshev--Boltzmann--Stern（BSKB--Stern）模型都能很好地拟合MC数据——对于2:1和3:1电解质，BSKB--Stern模型优于PB--Stern模型。相反，在其他场景下BSKB--Stern模型对MC数据的拟合较差。首先，BSKB--Stern模型无法捕捉3:1电解质和小表面电荷密度下的干燥现象和表观同号电荷吸引。其次，BSKB--Stern模型仅对精细调节的离子直径拟合MC数据；对于其他离子直径，离子电荷密度出现振荡或扩展的近表面区域，这是由离子堆积和强库仑相互作用引起的，而BSKB--Stern模型无法捕捉这些现象。
英文摘要：
We study electrolyte-filled cylindrical nanopores through Monte Carlo (MC) simulations and the Bazant--Storey--Kornyshev model, for different ionic valencies, sizes, and bulk concentrations, pore radii and surface charge densities. Our model accounts for finite ion size through a Stern layer and we use de~Souza and Bazant's mechanical equilibrium principle to derive a boundary condition for the outer Helmholtz plane. For 1:1 electrolytes and moderate surface charge densities, we find that both the classical Poisson--Boltzmann--Stern (PB--Stern) and our Bazant--Storey--Kornyshev--Boltzmann--Stern (BSKB--Stern) model fit MC data well---for 2:1 and 3:1 electrolytes, the BSKB--Stern outperforms the PB-Stern model. Conversely, the BSKB--Stern model poorly fits MC data in other scenarios. First, BSKB--Stern does not capture drying and apparent like-charge attraction in 3:1 electrolytes and small surface charge densities. Second, BSKB--Stern only fits MC data for finely-tuned ionic diameters; for other ionic diameters, the ionic charge densities show oscillations or extended near-surface regions caused by ionic packing and strong Coulomb interactions, not captured by the BSKB--Stern model.
