بررسي و مطالعه ي خواص ساختاري، ديناميكي و طيفي مايعات يوني دوكاتيوني با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكولي از اساس (AIMD)

دكتري

در اين مطالعه، به منظور دستيابي به درك عميق تري از خواص مختلف مايعات يوني دوكاتيوني مبتني بر ايميدازوليوم در سطح مولكولي، شبيه سازي هاي ديناميك مولكولي از اساس (AIMD) بر روي مايعات يوني دوكاتيوني [C1(mim)2][PF6]2 و [C3(mim)2][NTF2]2 براي محاسبه ي خواص مختلف ساختاري، ديناميكي و طيفي آن ها انجام شد. در بخش اول اين پژوهش، ويژگي‌هاي مختلف طيفي، ساختاري، سطحي و ديناميكي نانوقطرات (خوشه ها) با اندازه‌هاي مختلف مايع يوني دوكاتيوني ([C1(mim)2][PF6]2)، با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي از اساس مورد تجزيه و تحليل قرارگرفت و با خواص سيستم فاز توده مقايسه گرديد. براي درك برهم كنش ها و جهت گيري يون ها، خواص ساختاري قطرات، مانند انباشتگي π-π، توابع توزيع شعاعي، فاكتور ساختار، توابع توزيع تركيبي و توابع توزيع زاويه اي بررسي شد. ويژگي‌هاي ارتعاشي و قدرت پيوند هيدروژني قطرات با محاسبه ي طيف‌هاي مادون قرمز و هم چنين، سهم انواع مختلف پيوندهاي هيدروژني در هر مد ارتعاشي، با استفاده از طيف پاور تعيين گرديد. نتايج نشان داد، طيف مادون قرمز محاسبه شده مطابقت كلي خوبي با نتايج تجربي دارد. خواص سطحي قطرات و جهت گيري يون هاي آنها با استفاده از آناليزهاي پروفايل چگالي و سطح در معرض هر قطره مطالعه شد. نتايج نشان داد كه در همه ي سيستم‌هاي موردمطالعه، كاتيون‌ها و آنيون‌ها تقريبا به طور مساوي در لايه‌هاي داخلي و خارجي قرار دارند و كاتيون‌ها تمايل دارند به سمت مركز قطرات با زواياي منفرجه قرارگيرند. علاوه براين، با برون‌يابي چگالي قطرات، چگالي فاز توده با انحراف كمتر از 2 درصد پيش‌بيني شد. خواص ديناميكي مانند پيوندهاي هيدروژني، ميانگين مربع جابجايي و توابع همبستگي وان-هوف كاتيون‌ها و آنيون‌ها نيز موردبررسي قرارگرفت. نتايج نشان داد كه هيچ روند منظمي در خواص ديناميكي قطرات با افزايش اندازه¬ي سيستم وجود ندارد. در بخش دوم اين پژوهش، ميدان نيروي OPLS-VSIL، به مايع يوني دوكاتيوني ([C3(mim)2][NTF2]2) توسعه يافت و توانايي ميدان هاي نيروي مختلف مبتني بر OPLS يعني OPLS2009IL، 0.8*OPLS-2009IL و OPLS-VSIL در پيش‌بيني خواص مختلف مايع يوني موردمطالعه با مقايسه نتايج آنها با شبيه‌سازي ديناميك مولكولي از اساس و نتايج تجربي ارزيابي گرديد. براي دستيابي به اين هدف، شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي با سه ميدان نيروي مبتني بر OPLS و هم چنين شبيه‌سازي AIMD براي مايع يوني [C3(mim)2][NTF2]2 انجام شد و خواص ساختاري، ديناميكي، طيفي و حجمي آن بررسي گرديد. خواص ساختاري مانند توابع توزيع شعاعي، فاكتور ساختار و شبكه ي پيوند هيدروژني نشان داد كه در مقايسه با ميدان نيروي 0.8*OPLS-2009IL، توافق بسيار خوبي بين نتايج ميدان هاي نيروي OPLS-2009IL و OPLS-VSIL با نتايج شبيه سازي AIMD. وجود دارد. از سوي ديگر، نتايج خواص ديناميكي مانند ميانگين مربع جابجايي، توابع همبستگي وان-هوف و هم¬چنين ديناميك پيوند هيدروژني، جفت يون و قفس يوني نشان داد كه در هر دو ميدان نيروي 0.8*OPLS-2009IL و OPLS-VSIL، ديناميك سيستم تقريباً مشابه است و در مقايسه با ميدان نيرويOPLS-2009IL ، توافقات بهتري با نتايج تجربي وجود دارد. بنابراين، مي توان مشاهده كرد كه اگرچه كاهش بار مايع يوني موردمطالعه به ميزان 20 درصد منجربه افزايش ديناميك سيستم مي شود، اما نوع توزيع بارهاي جزئي روي هر اتم تأثير قابل توجهي بر ديناميك سيستم ندارد. طيف مادون قرمز و پاور محاسبه‌شده نشان داد كه ويژگي‌هاي ارتعاشي مايع يوني موردمطالعه در سه ميدان نيروي مبتني بر OPLS عمدتاً يكسان است و كاهش بار كل و نحوه ي توزيع بارهاي جزئي تأثير معني‌داري بر ويژگي هاي ارتعاشي سيستم موردمطالعه ندارد. علاوه براين، در خواص حجمي، ميدان نيروي OPLS-VSIL تا حدودي مطابقت بهتري با نتايج تجربي نشان مي‌دهد. به طور كلي، ارزيابي خواص مختلف ساختاري، ديناميكي، ارتعاشي و حجمي مايع يوني [C3(mim)2][NTF2]2 نشان مي‌دهد كه ميدان نيرويOPLS-VSIL ممكن است بهترين انتخاب در بين سه ميدان نيروي OPLS موردمطالعه باشد.

229648

دانشگاه اصفهان

شيمي - شيمي فيزيك

مجيد موسوي