Effects of Surface Trapping and Contact Ion Pairing on Ion Transport in Nanopores

纳米孔 离子 化学物理 离子运输机 分子动力学 俘获 化学 反离子 纳米技术 材料科学 表面电荷 计算化学 物理化学 有机化学 生态学 生物
作者
Zhongwu Li,Yinghua Qiu,Yan Zhang,Min Yue,Yunfei Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:123 (24): 15314-15322 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.9b02972
摘要

Ion transport in highly confined space is important to various applications, such as biosensing and seawater desalination with nanopores. All-atom molecular dynamics simulations are conducted to investigate the transport of Na+ and Cl– ions through nanopores with the diameter below 6 nm. It is found that the formation of the contact ion pair plays a critical role in reducing the ion mobility inside a nanopore without surface charges. The mobility for both cations and anions decreases with the reduced pore size because it is easier to form the contact ion pairs inside the neutral nanopore with a smaller diameter. Inside a charged nanopore, besides the contact ion pair formation, the surface charges also play a significant role in reducing the counterion mobility through surface trapping. It is uncovered that the mobility of Na+ ions increases first and then decreases with the surface charge density, while Cl– ions have the opposite trend. A modified first-passage time model is proposed to take into account the ion pair formation and the trapped ions inside a nanopore, which provides a clear picture in describing ion transport through a nanopore.
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