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摘要
受限在二维纳米孔道的盐溶液的研究对离子输运与筛分、超级电容等领域具有重要意义,而分子动力学（MD）模拟已成为其中重要的手段.但通常MD模拟力场却很难准确描述石墨烯等二维材料与离子之间的离子-π相互作用;溶剂效应对离子在材料表面吸附的调控作用也缺乏深入研究.针对Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-离子与石墨烯材料,本文基于平均力势（PMF）发展了模拟它们之间相互作用的力场参数.使用该力场模拟的（溶液中）石墨烯表面离子吸附自由能与量子化学计算结果一致,验证了其准确性.进一步发现离子水合半径、离子接近石墨烯时水合数的拐点、 PMFwat（溶剂对离子吸附在石墨烯表面PMF的贡献）极小值位置及石墨烯表面水层位置之间有明显关联.在此基础上阐明了离子脱水及石墨烯表面水层状分布对PMFwat的调控作用.模拟了1 mol/L盐溶液/石墨烯界面体系.以上体系使用通常力场参数模拟时,离子在石墨烯表面吸附都很微弱,这表明离子-π相互作用对准确模拟盐溶液-石墨烯体系不可或缺.
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