Dynamics in the BMIM PF6/acetonitrile mixtures observed by femtosecond optical Kerr effect and molecular dynamics simulations

文献情報

出版日 2020-10-14
DOI 10.1039/D0CP03847D
インパクトファクター 3.676
著者

Kamil Polok, Matthieu Beisert, Adam Świątek, Nishith Maity, Piotr Piatkowski, Wojciech Gadomski, François Alexandre Miannay, Abdenacer Idrissi


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要旨

We have performed the measurements of the optical Kerr effect signal time evolution up to 4 ns for a mixture of 1-alkyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate (BMIM PF6) ionic liquid and acetonitrile in the whole mole fractions range. The long delay line in our experimental setup allowed us to capture the complete reorientational dynamics of the ionic liquid. We have analysed the optical Kerr effect signal in the time and frequency domains with help of molecular dynamics simulations. In our approximation of the slow picosecond dynamics with a multi-exponential decay, we distinguish three relaxation times. The highest two are assigned to the reorientation of the cation and acetonitrile molecules that are in the vicinity of the imidazolium ring. The third one is recognized as originating from cation rotations and reorientation of acetonitrile molecules in the bulk or in the vicinity of the aliphatic chains of the cation. With help of the simulation we interpret the intermolecular band in the reduced spectral density, obtained from Kerr signal, as follows: its low-frequency side results from oscillations of one of the components in the cage formed by its neighbors, while the high-frequency side is attributed to the librations of the cation and acetonitrile molecule as well as the intermolecular oscillations of system components involved in specific interactions. We use this assignment and concentration dependence of the spectra obtained from velocity and angular velocity correlations to explain the mole fraction dependence of Kerr reduced spectral density.

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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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