关于电池体系中阴离子与电解质作用

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      各位老师好~我正在做一个电池体系，正极材料是碘单质和双层石墨烯，电池充放电过程中碘单质会和碘离子反应生成碘三离子，对应阳抗衡离子是锌离子，溶液环境是2M硫酸锌溶液。我的体系中还存在一种两性离子（即阴阳离子同时存在一个结构中），如图1所示。现在我需要将两性离子固定在电池正极石墨烯表面，看碘三离子在电池环境的电场作用下被吸附到两性离子层的N+离子上的过程（具体过程如图2：1，分子是舒展的。2，碘被吸过去。3 ，碘吸到N上，找个角度，柔性链像包裹在了I3-周围）。目前我做了几种尝试，一种是在双层石墨烯表面吸附5*3个两性离子，但是发现I3-会吸附到两性离子层下的石墨烯层上，故做了第二次尝试：在石墨烯表面随机插入两性离子，以保证该层密度，从而确保I3-不会跨越两性离子而被吸附到石墨烯表面。但是经过NVT平衡，并在z正方向上加了0.5V/nm的电场，最后发现：1、两性离子的取向没有如我所预期的那样，呈现出与石墨烯表面相垂直的取向（如图3）；2、I3-在电场作用下没有全部吸附到两性离子层表面（如图4）。这与我的预期是不相符的。
      目前，我正在考虑继续尝试第一种方式，为了达到我的第一个目的：保证两性离子取向和密度，我的第一个问题（也是最关键的模型问题）是：1、是否可以首先在MS中吸附上5*3的两性离子，后选择随机插入以保证密度，不知道这种方式是否科学？图5是在石墨烯表面吸附了一排两性离子，但是对于I3-能否跨越咪唑环上的柔性链到达N+离子仍然存疑，或者在NVT平衡过程中柔性链会有一定程度的卷曲，最终I3-吸附到N+上，这种情况是否可能存在？
       第二个问题：2、第二次尝试后我的溶剂都跑到盒子上层了，请问是否需要给体系加初速度（在此前的NVT平衡时已经给体系加了V-rescale热浴，体系中的小分子和离子都获取了一定的速度）和加速度（看文献中别人的做法是在z方向上加了向下的相当于一个大气压的加速度），请问初速度和加速度在哪里设置，如何设置？第三个问题：3、由于电导率没测过，电流密度是按碘含量设定的，10A/g，换成面积的话，大约有25mA/cm2，所以不明确具体场强大小，所以从别处参考了0.5V/nm的场强，请问0.5V/nm的大小是否合适？
       最后，将计算源文件附上，供各位老师检查。我的计算过程是先对材料模型（石墨烯和两性离子）进行了NVT平衡（NVT.gro），接着往体系中加入Zn2+ SO42- I3- H2O,再次进行平衡（eq-500ps.gro),最后在电场下续跑500ps得到field-0.5.gro）

红红的太阳

1.俺寻思哈，这个两性离子吸附到石墨烯表面的构型应该不是你这样的，即使你的石墨烯片带正电荷，也有概率和醚那边产生相互作用吧？要不要先拿石墨烯和两性离子跑一个初始构型出来？
2.有必要加入石墨烯吗？如果只是看两性离子和碘以及I3-阴离子的相互作用，直接拿这几个物质做盒子不就好了..没必要实验里面有什么就加什么吧
3.溶剂跑到上层有可能是盒子太大，分子太少，调整一下盒子到你电解液密度1.2倍左右的体积，然后加分子做NPT NVT应该就可以了
4. 俺寻思哈，你已经用平板电极去近似多孔电极了，再按照实验的电流密度换算模型的面电流密度，不靠谱..
别处参考的场强来源建议给一下。另外，如果目的是想知道不同电极电势下电极表面分子的吸附情况，我倒是见过通过更改石墨原子电荷来近似的方法(constant potential method (CPM))：10.1021/nl4031083；10.1021/ja104273r；不过呢，有文献报道认为使用上述方法来推断多孔电极的双电层结构会存在误差较大的问题，见10.1038/s41467-022-29761-z所以现在比较"流行"constant charge method (CCM) 方法，但需要写代码自己实现。或者可能的话，可以尝试联系联系文章作者看看能否要到源码

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红红的太阳 发表于 2025-11-13 09:22
1.俺寻思哈，这个两性离子吸附到石墨烯表面的构型应该不是你这样的，即使你的石墨烯片带正电荷，也有概率和 ...

感谢您的回答~
1、我的想法是初始模型可以先这样构建，然后在跑动力学的过程中，I3-逐步吸附到N+上，然后醚链卷曲，就像您说的，醚和石墨烯产生了相互作用。
2、石墨烯是正极材料，为了尽可能还原实际电池体系，所以考虑是需要加石墨烯的。
3、我会参考您关于盒子调整的建议，再次感谢！但是如果体系中有石墨烯的话，就不能再做NPT了吧，因为需要保持石墨烯的周期性，盒子大小不能改变，唯一能改变的只有Z方向的长度。
4、我参考的场强来源于http://bbs.keinsci.com/thread-22552-1-1.html.由于对所加场强没有太明确的概念，所以本着试一试的想法选取的0.5V/nm场强。您提供的这两篇文献我会认真阅读并联系作者尝试要到源代码，非常感谢您提供的帮助