توضیحات
عنوان فارسی: اثرات برهم کنش های دافعه بر روی لایه دوگانه الکتریکی از مایع یونی بر پایه ایمیدازولیوم توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی
عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:
Effects of repulsive interaction on the electric double layer of an imidazolium-based ionic liquid by molecular dynamics simulation
چکیده:
اثرات برهم کنش های دافعه در لایه دوگانه الکتریکی (EDL) و خازن دیفرانسیلی(Cd) از مایع یونی (IL) 1-بوتیل-3-متیل-ایمیدازولیوم هگزافلوئوروفسفات (–BMIM+/ PF6) در الکترود گرافیت توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) مورد بررسی قرار گرفته است. قدرت برهم کنش دافعه به صورت میزان سازی دستی با پارامتر لامبدا (λ) تنظیم شده است که با 1=λ برای برهم کنش نرمال لنارد جونز و λ کوچکتر برای دافعه قوی تر بین IL و الکترود مورد مطالعه قرار گرفته است. هنگامی که λ از 1 تا 25/0 تغییر می کند، وابستگی Cd در منحنی های پتانسیل (Cd-U) در دافعه های متفاوت به صورت نامتقارن شتر شکل با Cd بالاتر در قطبش منفی نسبت به قطبش مثبت به دلیل ضخامت موثر نازک تر EDL از جذب خاص + BMIM است. چنین روندی در مورد 05/0=λ برعکس خواهد بود. جدای از آن، حداکثر Cd در قطبش منفی ابتدا به طور یکنواخت با افزایش دافعه، کاهش می یابد. از سوی دیگر، حداکثر Cd در قطبش مثبت اول با افزایش دافعه، با توجه به غربالگری موثرتر از – PF6 با تضعیف جذب خاص + BMIM همچنانکه λ از 1 تا 75/0 تغییر می کند افزایش می یابد و سپس با افزایش دافعه کاهش می یابد.
1-مقدمه
به تازگی، مایعهای یونی در دمای اتاق (ILS)، که به عنوان ” حلال طراح ” در نظر گرفته می شوند، موضوع مطالعات متعدد هستند به دلیل آنکه خواص آنها را می توان با ترکیب های مختلف کاتیونهای آلی و آنیونهای آلی و غیر آلی، همچنین با ایجاد گروه های عاملی متفاوت برای یونها اصلاح کرد. تا به امروز، ILS توجه زیادی را به عنوان یک نوع الکترولیت جدید از ابرخازنها به دلیل نوسانات کم ، هدایت یونی بالا و خواص الکتروشیمیایی گسترده جلب کرده است، که می تواند دانسیته انرژی قابل مقایسه با یک باتری اسیدی سربی ارائه کند. درک خوب از لایه های دوگانه الکتریکی (EDL) از این نوع الکترولیت جدید یک پیش نیاز برای طراحی یک ابر خازن با عملکرد خوب است. تا کنون، ساختار دو فازی EDL با ساختار IL به صورت روش های تئوری و تجربی و محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است. خازن دیفرانسیل (Cd) که به صورت تجربی برای اندازه گیری های کمی از پاسخ ساختار EDL به تغییر در پتانسیل الکترود در دسترس است ، به طور گسترده برای بررسی خواص سطح IL / الکترود مورد استفاده قرار می گیرد.
مدل مرسوم هلمهولتز، با مقدارظرفیت خازنی ثابت، برای توصیف ساختار EDLاز سیستم IL / الکترود، نامناسب است، در حالی که تئوری گوی-چپمن با دیفرانسیل U شکل برای نمودارهای ظرفیت خازن-پتانسیل(Cd-U) برای الکترولیتهای رقیق نیز انتظار می رود قادر به توصیف ساختار دوفازی IL با توجه به ماهیت بدون حلال و محدودیت اندازه IL ها نباشد. با توجه به اندازه محدود یون ها در ILS ، چند تئوری تحلیل میدانی میانگین برای توصیف EDLs در سیستم های یونی متمرکز پیشنهاد شده اند. دو نوع از منحنی های Cd–U، یعنی، زنگوله ای شکل و منحنی های شتر شکل Cd–U، پیش بینی شده اند. علاوه بر این، دو منحنی مختلف Cd–U، در آزمایشات مشاهده شده است. با این حال، هنگامی که سطح IL / الکترود به دلیل تعامل پیچیده الکترود/ الکترولیت و همبستگی های یونی بسیارپیچیده است، از این دیدگاه، شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) یک روش قدرتمند برای مطالعه سطح /IL الکترود در سطح مولکولی خواهد بود.
در مطالعات محاسباتی و تجربی قبلی ما، نشان داده شده که جذب خاص کاتیون ایمیدازولیوم از برهم کنش π بین حلقه های آروماتیک IM- و سطح SP2 گرافیت وجود دارد. هدف از کار فعلی مطالعه تأثیرات متقابل دافعه بین سطح گرافیت و 1-بوتیل 3-متیل هگزافلوئوروفسفات ( –(BMIM+/ PF6 است که توسط پارامتر λ، در ساختار EDL و Cd با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مشخص شده است. مقدار Cd در سیستم گرافیت / –BMIM+/ PF6 هنگامیکه λ در محدوده 25/0-1 است، در قطبش منفی بالاتر از قطبش مثبت است. چنین روندی به علت ضخامت نازک تر از EDL، ناشی از نقش غالب جذب خاص از BMIM +، در مقایسه با تعاملات دافعه است در حالی که حالت برعکس خواهد بود زمانی که λ= 05/0 است. به غیر از آن، حداکثر Cd با افزایش دافعه در دو قطب منفی کاهش می یابد، که به افزایش ضخامت EDLنسبت داده می شود با این حال، حداکثر Cd در قطبش مثبت کمی پیچیده تر است. هنگامی که λ از 75/0 تا 1 تغییر می کند، حداکثر Cd کمی افزایش یافته است، و پس از آن با λ = 75/0 تا05 /0 و در مورد قطبش منفی کاهش می یابد. تجزیه و تحلیل دقیق از ساختار EDL بر اساس تشریح تعداد پروفایل های دانسیته و ترتیب اورینتیشنال، متعاقبا شرح داده خواهد شد. علاوه بر این، چگونگی اعمال برهم کنش های دافعه ای مختلف بین الکترودهای گرافیت و BMIM + / PF6– در روشهای محاسباتی شرح داده شده است.
2- روشهای محاسباتی
ما شبیه سازی های دینامیک مولکولی از BMIM+/ PF6– خالص بین دو الکترود با بار مخالف متشکل از لایه های گرافن منجمد در هر دو طرف سلول شبیه سازی انجام دادیم و جدایی بین دو لایه گرافن داخلی در A100 تنظیم شد، که اجازه می دهد EDL و خازن دیفرانسیلی در دو دیوار با بار مخالف به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گیرند. فرایند شبیه سازی مشابه کارهای قبلی ما است که به طور خلاصه، فازهای بالک BMIM+/ PF6– شامل جفت کاتیون-آنیون برای همه سیستم (یعنی تراکم تعداد کلی از تمام سیستم برای مقایسه دقیق تر یکسان بود) است، و این سیستم در K 450 و تحت فشار 1 بار اجرا شد. پارامترهای نیرو- میدان از کار Pa’dua و تعامل سطحی اتم های کربن گرافیت (0001) با BMIM+/ PF6– از طریق پتانسیل لنارد-جونز مربوط به اتم های کربن ترکیبی SP2 در میدان نیرو AMBER گرفته شده است. موکدا مدل کردن جذب خاص ناشی از بر هم کنش π با استفاده از پتانسیل کلاسیک لنارد-جونز نامناسب است. از سوی دیگر، قابل توجه است که نتایج شبیه سازی ما در توافق خوبی با ساختارهای جذب شده میکروسکوپی از همان مایع یونی در گرافن با استفاده از محاسباتAB ارائه شده توسط Ghatee و همکارانش است. بدین ترتیب،
برآورد نقش جذب خاص ناشی از برهم کنش π با مقیاس تعاملات لنارد جونز با شبیه سازی کلاسیک MD عملی خواهد بود. تعاملات واندروالس و فواصل قطع واقعی فضای الکترواستاتیک 12 Aتنظیم شده است، و الگوریتم هموار ذرات مش اوالد (SPME) طویل شده تا حدود700 آنگستروم در جهت z ( یعنی جهت عمود بر سطح الکترود گرافیت) برای بکار بردن در رنج گسترده ای از تعاملات الکترواستاتیک در فضای متقابل استفاده شده است، در حالی که یک تصحیح باریک در جهت z برای چنین سیستمهای تناوبی دوبعدی ضروری در امتداد جهت XY استنتاج می شود. برای هر سیستم، ترتیبهای MD 11 با چگالی بار ثابت σ در دو لایه درونی گرافن در داخل از 11- تا μC cm-2 11+ با افزایش μC cm-21 اجرا می شود. بارها باعلامت مخالف در سایت های کربن از دو لایه داخلی گرافن در تماس با – BMIM+/ PF6قرار گرفته اند. بنابراین، بار کل سیستم خنثی است. برای هر شبیه سازی، پس از آنیل اولیه از 1000 به T K در 20 nS، یک مسیر از 50 nS به تدریج در K 450 ایجاد شده، به همراه زنجیره ترموستات Nose´–Hoover برای تولید یک EDL همگرا چرا که دینامیک IL آرام است. زمان ادغام 2 FS یا الگوریتم SHAKE/RATTLE است که در محدوده همه باندهای C-H به کار رفته است. شبیه سازی با استفاده از بسته MDانجام شد ، و بارهای تصوری در کار فعلی در نظر گرفته نشده است. برای بررسی تعامل بین یون و الکترود، ما از پتانسیل لنارد-جونز r)6]31 4? [(σ / r) 12– λ (σ/ = U(R; L) قابل تنظیم با تغییر کنترل پارامتر λ استفاده می کنیم.
توجه:
- برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
- لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش ترجمه تخصصی مقالات خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش ترجمه مقاله
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.