多孔碳孔隙吸附水溶液离子求助

yang2020

Sob老师、各位前辈大家晚上好，请问可以用什么方法能够表征多孔碳内大，中孔隙的孔径、孔容积、孔的形状这些参数对水溶液中离子的吸附影响？看过一些文献，似乎是涉及到分子模拟这一块，即将可以报名的分子动力学GROMACS班中有涉及到这方面的研究吗？另外，GROMACS这个软件是不是得需要在Linux系统上才能操作？目前小弟只有一些Gaussian软件和量化知识的薄弱基础，对Linux系统也不够熟悉，不知道这个时候想入门学习分子动力学和GROMACS是否合适。

wzkchem5

你所谓的大，中孔隙是多大？如果比如说有好几十nm大，那估计很难直接模拟

yang2020

wzkchem5 发表于 2021-3-29 21:17
你所谓的大，中孔隙是多大？如果比如说有好几十nm大，那估计很难直接模拟

请问老师，孔径大约为10nm范围可以模拟吗

wzkchem5

yang2020 发表于 2021-3-29 21:27
请问老师，孔径大约为10nm范围可以模拟吗

这个还行。然后另一个问题是，你要吸附的是什么离子？如果是碱金属、碱土金属，或者简单的低价阴离子，那就还好，高价离子或者过渡金属离子会很麻烦，可能需要QM/MM。
再有就是你知道孔内壁的原子水平的结构吗？除非孔小到比如1nm以下，否则孔内壁的原子组成、官能团分布之类的比孔径、孔容积、孔的形状影响大得多，或者可能孔径、孔容积、孔的形状只起到影响比表面的作用，你不做模拟也知道结论。换句话说，比如你的多孔碳是高温煅烧出来的，不同温度下烧出不同孔径，然后测出来吸附能力有差别，你以为是因为孔的大小和形状，其实搞不好是孔内壁的氧化状态有一点区别，但是动力学模拟必须知道原子水平的细节，所以如果不知道孔内壁的氧化状态，你就没法模拟

yang2020

wzkchem5 发表于 2021-3-29 22:03
这个还行。然后另一个问题是，你要吸附的是什么离子？如果是碱金属、碱土金属，或者简单的低价阴离子，那 ...

十分感谢老师的详细、耐心回答！
我目前做的吸附的离子是磷酸盐如磷酸根。多孔碳是高温热解得到的。
小于1nm的微孔我是在原子尺度上用量子化学知识考察。比如假设将碳的微孔展开构建成类似于石墨烯的平面碳骨架结构，用Gaussian优化、算单点，算一下碳骨架与磷酸根之间的结合能，然后用Multiwfn分析一下相互作用等等。这些计算都没有考虑到大、中孔孔隙这一参数给磷酸根吸附带来的的影响，所以接下来我想怎么能考察这一方面的影响，这样的话能够最大程度地和实验现象相结合。

sobereva

动力学研究方向、体系五花八门，不可能一个培训把所有零七八碎的情况全都覆盖。培训讲的是计算原理、计算思想、程序使用方法和经验技巧，以及常见类型体系的模拟，有了这些知识后，稍加变通、结合一些特定类型问题模拟的文献就可以模拟任何gromacs适合模拟的问题。没有这些底子和必备知识，是不可能成功模拟一个复杂体系的。

GROMACS有windows版：
GROMACS的原生Windows版的编译和安装方法（支持GPU加速）
http://sobereva.com/458（http://bbs.keinsci.com/thread-11848-1-1.html）
而且你还可以在windows下用虚拟机跑linux版GROMACS

根据往届的8届培训，基本没有学员在linux方面会遇到障碍。学员可能遇到的一切障碍在培训里都已充分考虑。

wzkchem5

yang2020 发表于 2021-3-29 22:20
十分感谢老师的详细、耐心回答！
我目前做的吸附的离子是磷酸盐如磷酸根。多孔碳是高温热解得到的。
小 ...

我感觉你这个思路有问题，大孔和中孔明显比小孔更接近石墨烯。如果你连1nm微孔都可以近似成石墨烯，那就意味着大孔和中孔更可以近似成石墨烯了。
磷酸根可能只有不到0.5nm左右大的样子，如果吸附到1nm的微孔里，磷酸根可能会同时和两侧的孔壁相互作用，这时你近似成石墨烯肯定是不成立的。但是当孔径大到比如说10nm的时候，在磷酸根看来这个孔的孔壁已经很平了，和石墨烯基本没区别了。当然这不一定意味着大孔、中孔和石墨烯结果没有区别，但是如果即使大孔和中孔都不能用石墨烯近似，那你的微孔结果完全不能信。
我建议你先建立微孔的模型，研究微孔的吸附，这个用半经验可能都可以做，比GROMACS这种基于分子力场的程序要准。

yang2020

wzkchem5 发表于 2021-3-30 02:59
我感觉你这个思路有问题，大孔和中孔明显比小孔更接近石墨烯。如果你连1nm微孔都可以近似成石墨烯，那就 ...

谢谢老师的详细解答！
            我之前看到过一篇文献中探究 SO2分子在不同形状孔隙内的吸附及聚集形态，采用巨正则系综蒙特卡罗（GCMC）方法构建了典型的碳基狭缝型孔结构和圆柱形孔结构，研究了常温下（298K）两种孔结构内SO2 分子的吸附行为。受于这个思路启发，我觉得离子在孔道内输运的过程中，也是会受到孔的形状等参数对其输运性的影响。大孔，中孔的形成我理解的是把微孔表面卷曲、折叠从而形成狭缝孔或者圆形孔。
           请问老师说的构建微孔模型计算，是我前面提到的用Gaussian计算类石墨化的碳骨架和磷酸根复合物优化，算单点，结合能吗？

wzkchem5

yang2020 发表于 2021-3-30 10:27
谢谢老师的详细解答！
            我之前看到过一篇文献中探究 SO2分子在不同形状孔隙内的吸附及聚集形 ...

对，如果高斯跑DFT跑不动，可以用xtb跑半经验计算。
受孔的形状影响不假，但是微孔的卷曲程度明显比大孔、中孔更大，因而和石墨烯的偏差也更大。我不怀疑你需要去模拟孔的形状，我有疑问的是你为什么大孔、中孔想模拟孔的形状，微孔反倒认为可以近似成平面的石墨烯。

yang2020

wzkchem5 发表于 2021-3-30 15:09
对，如果高斯跑DFT跑不动，可以用xtb跑半经验计算。
受孔的形状影响不假，但是微孔的卷曲程度明显比大孔 ...

       我的理解应该是有点问题。原本我觉得若在分子、原子尺度上模拟多孔碳吸附离子，首先要考虑到大孔、中孔对离子的输运性影响，这一步涉及到离子在大中孔的赋存形态、孔的不同区域对离子吸附倾向性。下一步顺利进入大中孔孔道后被微孔上的活性位点所吸附固定。所以我在构建模型时，是类石墨烯的碳骨架，活性位点碳骨架上C原子会被其他原子取代或者边缘碳原子不饱和等等。因此我以为，这些类石墨烯模型的吸附是能够体现微孔对吸附造成的影响。