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Enregistrement W2337689064 · doi:10.1149/ma2016-01/45/2179

Molecular Solvation Theory of Liquid Interfaces and Electric Interfacial Layers in Nanosystems

2016· article· en· W2337689064 sur OpenAlexaff
Andriy Kovalenko

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueElectrochemical Analysis and Applications
Établissements canadiensNational Institute for NanotechnologyUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSolvationImplicit solvationMolecular dynamicsChemistryChemical physicsMoleculeMolecular orbital theoryComputational chemistryOrganic chemistryMolecular orbital

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Solvation is critical for a broad range of chemistry, renewable energy, and bionanomaterials. At present, there is a need of theoretical solvation models that adequately include solvent molecular structure and predict solvation effects, in particular, in local confinement of nanosystems. Such theoretical models are of great demand to extend the capabilities of molecular simulations by far not sufficient to address the whole spectrum of scales from fast to very slow in large nanosystems of interest. Ornstein-Zernike type integral equation theory of liquids which is based on the first principles of statistical mechanics enables predictive microscopic modelling of chemical species, nanoparticles, and biomolecules in solution. In particular, the 3D-RISM-KH molecular theory of solvation1-3 yields 3D maps of correlation functions of solvent molecules site at a solute (supra)molecule or nanoparticle and then solvation free energy (SFE) analytically. With an input of a classical molecular force field of interaction potentials between explicit solute and solvent molecules (same as in molecular simulation), it accurately predicts the solvation structure, SFE, and electrochemistry of chemical and biomolecular species in solution and soft matter.1-5 3D-RISM-KH consistently accounts for effects of chemical specificities on solvation properties in complex nanosystems, problematic for molecular simulations and continuum solvation models. Analytical route to the solvation free energy allows multiscale coupling of the 3D-RISM-KH molecular theory of solvation with the KS-DFT, CASSCF, and FMO methods of quantum chemistry, MM, MD, and DPD simulations.1-3 The 3D-RISM-KH theory has been applied to evaluate the solvation structure, thermodynamics, and electric interfacial layer of modified cellulose nanocrystals (CNC) in ambient aqueous NaCl solution at concentration 0.0–0.25 mol/kg.4 Analysis of the 3D maps of Na+ density distributions shows the molecular structure and effect of the electric interfacial layer on effective interactions between charged CNC particles. The method readily treats provides structural models and modeling procedure to study effective forces and phase ordering of CNC suspensions in electrolyte solution. The 3D-RISM-KH theory was employed to study and validate against experiment the molecular recognition between kaolinite clay and a series of heterocyclic aromatic compounds (HAC) representative of N- and S-containing moieties in bitumen asphaltene macromolecules in toluene solvent.5 From the 3D site density distributions, SFE, and 3D-SFE density, 3D-RISM-KH predicts the arrangement and thermodynamics of adsorption of HAC and toluene on the kaolinite surface. The calculated adsorption enthalpy and loading ratio of phenanthridine-acridine were correlated to experimental Langmuir constant and adsorption loading. This provides insights into the specific interactions of clays, bitumen, and solvents components. Finally, the replica RISM-KH-VM molecular theory of solvation in nanoporous material reveals the mechanism of sorption and electrochemistry of electrolyte solution in nanoporous electrodes.2,3 The latter is drastically different from a planar electrode interface due to substantial distortion electric interfacial layer of electrolyte ions and solvent molecules by nanoporous confinement and surface functionalities. This interplay of nanoporous confinement and chemical specificities results in solvent-specific wetting and water depletion in hydrophobic nanopores, asymmetry in solvation and adsorption of cations and anions, desalination in hydrophobic nanopores and its reversal with external voltage, and specific adsorption in functionalized nanopores. The method reveals that specific capacitance of nanoporous electrodes is determined by a chemical balance in the Nernst-Planck equation comprising 4 electric interfacial layers, rather than 2 layers for a planar electrochemical capacitor. This includes the potential drop across the Stern layer at the surface of nanopores and the Gouy-Chapman layer averaged thermally and statistically over the nanoporous material, the osmotic term due to a difference in the ionic concentration in the electrodes and bulk solution, and the chemical potentials of sorbed solvated ions statistically averaged over the nanoporous material. [1] Molecular Theory of Solvation. Hirata, F., ed. Kluwer, Dordrecht, 2003. [2] (a) Kovalenko, A. Pure Appl . Chem . 2013, 85, 159. (b) Kovalenko, A. Condens. Matter Phys. 2015, 18, 32601. [3] Kovalenko, A. Multiscale modeling of solvation. In: Springer Handbook of Electrochemistry, Breitkopf, C.; Swider-Lyons, K., Eds. Springer, 2016. [4] Lyubimova, O.; Stoyanov, S. R.; Gusarov, S.; Kovalenko, A. Langmuir, 2015, 31, 7106. [5] Huang, W.-J.; et al. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 23821.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: Théorique ou conceptuel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,225
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2016
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