Molecular dynamics simulation of geminal dicationic ionic liquids [Cn(mim)2][NTf2]2 – structural and dynamical properties

文献情報

出版日 2017-11-29
DOI 10.1039/C7CP05681H
インパクトファクター 3.676
著者

Majid Moosavi, Fatemeh Khashei, Elaheh Sedghamiz


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要旨

In this work, the structural and dynamical properties of two imidazolium-based geminal dicationic ionic liquids (GDILs), i.e. [Cn(mim)2][NTf2]2 with n = 3 and 5, have been studied to obtain a fundamental understanding of the molecular basis of the macroscopic and microscopic properties of the bulk liquid phase. To achieve this purpose, molecular dynamics (MD) simulation, density functional theory (DFT) and atoms in molecule (AIM) methods were used. Interaction energies, charge transfers and hydrogen bonds between the cation and anions of each studied GDIL were investigated by DFT calculations and also AIM. The mean square displacement (MSD), self-diffusion coefficient, and transference number of the cation and anions, and also the density, viscosity and electrical conductivity of the studied GDILs, were computed at 333.15 K and at 1 atm. The simulated values were in good agreement with the experimental data. The effect of linkage alkyl chain length on the thermodynamic, transport and structural properties of these GDILs has been investigated. The structural features of these GDILs were characterized by calculating the partial site–site radial distribution functions (RDFs) and spatial distribution functions (SDFs). The heterogeneity order parameter (HOP) has been used to describe the spatial structures of these GDILs and the distribution of the angles formed between two cation heads and the middle carbon atom of the linkage alkyl chain was analyzed in these ILs. To investigate the temporal heterogeneity of the studied GDILs, the deviation of the self-part of the van Hove correlation function, Gs(,t), from the Gaussian distribution of particle displacement and also the second-order non-Gaussian parameter, α2(t), were used. Since, the transport and interfacial properties and ionic characteristics of these GDILs were studied experimentally in our previous studies as a function of linkage chain length and temperature, in this work, we try to give a better perspective of the structure and dynamics of these systems at a molecular level.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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