Atomistic Insight into Changes in the Vibrational Spectrum of Ionic Liquids under External Electric Field

Wenqiong Chen Yongji Guan Jiao Zhang Junjie Pei Xiaoping Zhang Youquan Deng

Citation:  Wenqiong Chen, Yongji Guan, Jiao Zhang, Junjie Pei, Xiaoping Zhang, Youquan Deng. Atomistic Insight into Changes in the Vibrational Spectrum of Ionic Liquids under External Electric Field[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(10): 200100. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001004 shu

外电场作用下离子液体振动光谱变化的分子动力学模拟研究

    通讯作者: 张晓萍, zxp@lzu.edu.cn
    邓友全, ydeng@licp.cas.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发项目 2017YFA0403101

    兰州大学国际师资博士后项目和兰州大学“中央高校基本科研业务费”优秀研究生创新项目 lzujbky-2018-it62

摘要: 振动光谱学是研究液体分子微观结构的强有力工具,利用振动光谱学探究外界条件作用下液体结构性质的变化是可行的。本文利用分子动力学模拟方法研究了从0到10 V·nm-1变化的外加电场对1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的振动光谱的影响,并且详细分析了位于50,183,3196,3396 cm-1的振动峰的强度及位置随外加电场变化而变化的内在原因。随着外加电场从0增大到10 V·nm-1,由于模拟体系中平均每对阴阳离子的总偶极矩增大(从4.34到5.46 Debye)和阳离子的取向更加一致,使得位于50、183 cm-1的振动峰的强度相应地逐渐增强。位于3196 cm-1的振动峰的强度明显减弱,因为外加电场的作用使甲基和乙基侧链上碳原子周围的氢原子不断增多,从而使烷基链上碳氢键的伸缩振动受限。外加电场作用下分子间+C-H···F-氢键的减少使位于3396 cm-1的振动峰的强度逐渐减弱。而位于50和3396 cm-1的振动峰的红移现象分别归因于每对离子平均相互作用能的减小(从-378.7到-298.0 kJ·mol-1)和有利于氢键结合的弛豫效应。

English

    1. [1]

      Hallett, J. P.; Welton, T. Chem. Rev. 2011, 111, 3508. doi: 10.1021/cr1003248

    2. [2]

      Chiappe, C.; Pieraccini, D. J. Phys. Org. Chem. 2005, 18, 275. doi: 10.1002/poc.863

    3. [3]

      Earle, M. J.; Seddon, K. R. Pure Appl. Chem. 2000, 72, 1391. doi: 10.1351/pac200072071391

    4. [4]

      Welton, T. Coordin. Chem. Rev. 2004, 248, 2459. doi: 10.1016/j.ccr.2004.04.015

    5. [5]

      Plechkova, N. V.; Seddon, K. R. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 123. doi: 10.1039/b006677j

    6. [6]

      Thomas, M.; Brehm, M.; Holloczki, O.; Kelemen, Z.; Nyulaszi, L.; Pasinszki, T.; Kirchner, B. J. Chem. Phys. 2014, 141, 024510. doi: 10.1063/1.4887082

    7. [7]

      Heyden, M.; Sun, J.; Forbert, H.; Mathias, G.; Havenith, M.; Marx, D. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2135. doi: 10.1021/jz300748s

    8. [8]

      Ishiyama, T.; Takahashi, H.; Morita, A. J. Phys.: Condens. Matter 2012, 24, 124107. doi: 10.1088/0953-8984/24/12/124107

    9. [9]

      Kiefer, J.; Fries, J.; Leipertz, A. Appl. Spectrosc. 2007, 61, 1306. doi: 10.1366/000370207783292000

    10. [10]

      Bhargava, B. L.; Balasubramanian, S. Chem. Phys. Lett. 2006, 417, 486. doi: 10.1016/j.cplett.2005.10.050

    11. [11]

      Katsyuba, S. A.; Zvereva, E. E.; Vidis, A.; Dyson, P. J. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 352. doi: 10.1021/jp064610i

    12. [12]

      Jeon, Y.; Sung, J.; Seo, C.; Lim, H.; Cheong, H.; Kang, M.; Moon, B.; Ouchi, Y.; Kim, D. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 4735. doi: 10.1021/jp7120752

    13. [13]

      Heimer, N. E.; Del Sesto, R. E.; Meng, Z. Z.; Wilkes, J. S.; Carper, W. R. J. Mol. Liq. 2006, 124, 84. doi: 10.1016/j.molliq.2005.08.004

    14. [14]

      Zhou, G. B.; Li, Y. Z.; Yang, Z.; Fu, F. J.; Huang, Y. P.; Wan, Z.; Li, L.; Chen, X. S.; Hu, N.; Huang, L. L. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 5033. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b00307

    15. [15]

      Xuan, X.; Guo, M.; Pei, Y.; Zheng, Y. Spectrochim. Acta A, Mol. Biomol. Spectrosc. 2011, 78, 1492. doi: 10.1016/j.saa.2011.01.039

    16. [16]

      Fumino, K.; Wulf, A.; Ludwig, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3830. doi: 10.1002/anie.200705736

    17. [17]

      Fumino, K.; Peppel, T.; Geppert-Rybczynska, M.; Zaitsau, D. H.; Lehmann, J. K.; Verevkin, S. P.; Kockerling, M.; Ludwig, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 14064. doi: 10.1039/c1cp20732f

    18. [18]

      Brela, M. Z.; Kubisiak, P.; Eilmes, A. J. Phys. Chem. B 2018, 122, 9527. doi: 10.1021/acs.jpcb.8b05839

    19. [19]

      Dhumal, N. R.; Singh, M. P.; Anderson, J. A.; Kiefer, J.; Kim, H. J. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 3295. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b10123

    20. [20]

      Liu, T.; Danten, Y.; Grondin, J.; Vilar, R. J. Raman Spectrosc. 2016, 47, 449. doi: 10.1002/jrs.4835

    21. [21]

      Liu, J.; Kim, H.; Dhumal, N. R.; Kim, H. J. J. Mol. Liq. 2019, 292, 111282. doi: 10.1016/j.molliq.2019.111282

    22. [22]

      Paschoal, V. H.; Faria, L. F. O.; Ribeiro, M. C. C. Chem. Rev. 2017, 117, 7053. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00461

    23. [23]

      Wang, Y.; Voth, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12192. doi: 10.1021/ja053796g

    24. [24]

      Daily, J. W.; Micci, M. M. J. Chem. Phys. 2009, 131, 094501. doi: 10.1063/1.3197850

    25. [25]

      Shi, R.; Wang, Y. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 5102. doi: 10.1021/jp311017r

    26. [26]

      Ricks-Laskoski, H. L.; Snow, A. W. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12402. doi: 10.1021/ja064264i

    27. [27]

      Wang, Y. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11058. doi: 10.1021/jp906228d

    28. [28]

      English, N. J.; Mooney, D. A.; O'Brien, S. Mol. Phys. 2011, 109, 625. doi: 10.1080/00268976.2010.544263

    29. [29]

      陈文琼, 关永吉, 张晓萍, 邓友全.物理化学学报, 2018, 34, 912. doi: 10.3866/PKU.WHXB201801091Chen, W. Q.; Guan, Y. J.; Zhang, X. P.; Deng, Y. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 912. doi: 10.3866/PKU.WHXB201801091

    30. [30]

      Martinez, L.; Andrade, R.; Birgin, E. G.; Martinez, J. M. J. Comput. Chem. 2009, 30, 2157. doi: 10.1002/jcc.21224

    31. [31]

      Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996, 14, 33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5

    32. [32]

      Todorov, I. T.; Smith, W.; Trachenko, K.; Dove, M. T. J. Mater. Chem. 2006, 16, 1911. doi: 10.1039/b517931a

    33. [33]

      Lopes, J. N. C.; Padua, A. A. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16893. doi: 10.1021/jp0476545

    34. [34]

      Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; TiradoRives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225. doi: 10.1021/ja9621760

    35. [35]

      Kaminski, G.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18010. doi: 10.1021/jp9624257

    36. [36]

      Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577. doi: 10.1063/1.470117

    37. [37]

      Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511. doi: 10.1063/1.447334

    38. [38]

      Hoover, W. G. Phys. Rev. A Gen. Phys. 1985, 31, 1695. doi: 10.1103/PhysRevA.31.1695

    39. [39]

      Kowsari, M. H.; Alavi, S.; Ashrafizaadeh, M.; Najafi, B. J. Chem. Phys. 2008, 129, 224508. doi: 10.1063/1.3035978

    40. [40]

      Praprotnik, M.; Janezic, D.; Mavri, J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 11056. doi: 10.1021/jp046158d

    41. [41]

      Koddermann, T.; Fumino, K.; Ludwig, R.; Canongia Lopes, J. N.; Padua, A. A. ChemPhysChem 2009, 10, 1181. doi: 10.1002/cphc.200900144

    42. [42]

      Talaty, E. R.; Raja, S.; Storhaug, V. J.; Dölle, A.; Carper, W. R. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 13177. doi: 10.1021/jp040199s

    43. [43]

      Avena, M.; Marracino, P.; Liberti, M.; Apollonio, F.; English, N. J. J. Chem. Phys. 2015, 142, 141101. doi: 10.1063/1.4917024

    44. [44]

      Marracino, P.; Liberti, M.; d'Inzeo, G.; Apollonio, F. Bioelectromagnetics 2015, 36, 377. doi: 10.1002/bem.21916

    45. [45]

      Chatzipapadopoulos, S.; Zentel, T.; Ludwig, R.; Lutgens, M.; Lochbrunner, S.; Kuhn, O. ChemPhysChem 2015, 16, 2519. doi: 10.1002/cphc.201500433

    46. [46]

      Luzar, A.; Chandler, D. Nature 1996, 379, 55. doi: 10.1038/379055a0

    47. [47]

      Zhou, G.; Yang, Z.; Fu, F.; Huang, Y.; Chen, X.; Lu, Z.; Hu, N. Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 8166. doi: 10.1021/acs.iecr.5b01624

    48. [48]

      Roth, C.; Chatzipapadopoulos, S.; Kerlé, D.; Friedriszik, F.; Lütgens, M.; Lochbrunner, S.; Kühn, O.; Ludwig, R. New J. Phys. 2012, 14, 105026. doi: 10.1088/1367-2630/14/10/105026

    49. [49]

      Atkins, P.; de Paula, J. Atkins' Physical Chemistry, 7th ed.; Oxford University Press: Oxford, UK, 2002.

    50. [50]

      Zhao, Y.; Dong, K.; Liu, X.; Zhang, S.; Zhu, J.; Wang, J. Mol. Simulat. 2012, 38, 172. doi: 10.1080/08927022.2011.61089

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  365
  • HTML全文浏览量:  24
文章相关
  • 发布日期:  2021-10-15
  • 收稿日期:  2020-01-02
  • 接受日期:  2020-03-19
  • 修回日期:  2020-02-28
  • 网络出版日期:  2020-03-23
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章