The curvature effect on the distribution behavior of nonpolar atoms in nano-confined space

文献情報

出版日 2023-11-06
DOI 10.1039/D3CP04399A
インパクトファクター 3.676
著者

Mingqian Li, Dan Wang, Lifeng Wang


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要旨

The chemical and physical properties of nonpolar atoms are obviously affected by confinement. A curvature-based theoretical model for helium particles distributed in carbon nanotubes is proposed by considering the L-J pair potential and the Boltzmann distribution. The potential gap formed by the non-bonded interaction between a helium atom and a carbon nanotube surface leads to a layered structure distribution with high density near the surface. By assuming adsorption as a competition between the potential gap and the thermal energy, the desorption critical temperature is discussed for helium adsorbed on the layer, which is confirmed to be a monotonic decreasing function of nanotube diameter. The helium atom distribution relations between the nanotube diameter, temperature and the potential gap obtained from molecular dynamics simulations are consistent with the curvature-based model predictions. The adsorption ratio is defined by the numbers of particles adsorbed on the near surface layered structure over total particle numbers, which decreases with the increase of temperature and carbon nanotube diameter. The curvature-based model is further confirmed by studying krypton and argon atoms in the appendix. This work provides a simple model to predict the distribution behavior and reveals the curvature effect on the distribution and adsorption of non-polar atoms confined in nano-space, which could be important for a better understanding of the chemical and physical properties of gas storage in the nano-confined space.

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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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