基于分子动力学模拟研究咪唑鎓离子液体对聚砜分子结构转变的影响

《ChemPhysChem》：Effects of Imidazolium-Based Ionic Liquids on Molecular Structural Transitions of Polysulfone Using Molecular Dynamics Simulations

　　

摘要

聚砜（PSF）与离子液体（ILs）的复合材料在开发先进的超滤膜方面具有巨大潜力。因此，了解PSF与IL之间的分子级相互作用至关重要。在本研究中，通过分子动力学模拟研究了含有两种阳离子——1-丁基-3-甲基咪唑铵([BMIM]⁺)和1-乙基-3-甲基咪唑铵([EMIM]⁺)以及六种阴离子组合（[NO₃]^?、[FRM]^?、[ACT]^?、[BF₄]^?、[TFS]^?和[BEZ]^?）的PSF的结构及分子间性质。通过回转半径(R_g)分析了PSF链的构象结构，该数值会随着阴离子尺寸的增加而增大。径向分布函数显示，[EMIM]⁺与PSF之间存在较强的相互作用。空间分布函数则表明，与较大阴离子相比，较小阴离子会更倾向于聚集在PSF单体周围。降低密度梯度法则揭示了无论是大阴离子还是小阴离子，都存在范德华力和空间排斥力的共同作用。过量摩尔体积($$)和溶剂可及表面积则反映了随着阴离子尺寸的增加，聚合物的结构特性及其与ILs之间的相互作用情况。除[BF₄]^?外，ILs的自扩散系数在PSF存在的情况下几乎不受影响。总体而言，这些研究结果为阴离子-阳离子组合如何调控聚合物结构及其在特定环境中的相互作用提供了系统的理论框架。

图表摘要

离子液体的强度、所处的环境以及不同离子组合的性质，都会直接影响PSF链的柔韧性以及PSF与离子之间的相互作用。其中，[BMIM]⁺阳离子与较小阴离子结合时，PSF与离子液体的亲和力最强。不过，[EMIM]⁺在覆盖PSF表面的能力上要优于[BMIM]⁺。[EMIM][BF₄]是一种极具潜力的候选材料，它具有良好的溶解性、分散性和传输性能，非常适合用于制备膜材料。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性说明

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