阳离子-阴离子混合捕收剂在石英表面协同吸附机制的多尺度模拟研究：密度泛函理论与分子动力学联合探索

本研究通过密度泛函理论（DFT）与分子动力学（MD）多尺度模拟，系统揭示了阳离子-阴离子混合捕收剂（DDA/NaOL/CTAB）在石英界面的协同吸附机制。结果表明混合体系通过氢键、静电与疏水作用增强吸附稳定性，显著降低吸附能（ΔE），优化比例（DDA:NaOL=2:16，CTAB:NaOL=9:9）可精准调控界面疏水性，为低品位石英浮选分离提供理论依据。

　　

Frontier orbital analysis

前沿轨道分析

反应物最高占据分子轨道（HOMO）与另一反应物最低未占分子轨道（LUMO）之间的绝对能差（ΔE）反映了二者相互作用的强度。ΔE越小通常表明相互作用越有利[41,42]。为进一步阐明分子间吸附活性位点与反应性，我们计算了吸附分子与α-石英（101）表面之间的前沿轨道能差。

Conclusion

结论

(1) 通过DFT与MD模拟的综合分析，本研究证明混合阳离子/阴离子捕收剂在石英表面的吸附强度显著优于单一捕收剂。混合捕收剂间的协同效应是增强吸附能力的关键因素。协同吸附源于互补的分子间相互作用：NaOL的羧酸基通过氢键与静电作用强效锚定表面氧原子，而DDA/CTAB的烷基链通过疏水缔合与范德华力扩展界面疏水层。这种分子级配位与空间协作显著降低了吸附体系的吉布斯自由能，形成致密稳定的复合吸附层。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明

陈宇朱（Chenyu Zhu）： 原始稿件撰写，形式化分析。刘春富（Chunfu Liu）： 稿件审阅与编辑，方法论设计，基金获取，概念化。王涵（Han Wang）： 验证。卢鹏（Peng Lu）： 数据整理。高树浩（Shuhao Gao）： 调研。彭晨亮（Chenliang Peng）： 可视化，方法论。刘凌云（Lingyun Liu）： 稿件审阅与编辑。闵凡飞（Fanfei Min）： 稿件审阅与编辑，研究监督。

Declaration of competing interest

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，且上述因素未对本研究产生实质性影响。

Acknowledgement

致谢

本研究获国家自然科学基金（No. 52104243）、安徽理工大学研究生创新基金（2024cx2087）及安徽省大学生创新创业训练计划项目（S202410361023与S202510361165）资助。作者对上述机构的财务支持表示感谢。