【摘 要】
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本文通过分子动力学模拟的方法研究了含有富勒烯的乙醇溶液。我们从微观的溶液结构和宏观的自由能性质解释了富勒烯为什么能在乙醇溶液中形成很好的弥散结构。我们发现乙醇分
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本文通过分子动力学模拟的方法研究了含有富勒烯的乙醇溶液。我们从微观的溶液结构和宏观的自由能性质解释了富勒烯为什么能在乙醇溶液中形成很好的弥散结构。我们发现乙醇分子在富勒烯周围形成了多个溶剂层。我们利用径向分布函数以及时间关联函数详细的研究了各个溶剂层的结构和动力学性质。处于第一溶剂层中的乙醇分子中非极性的烷基指向富勒烯表面,将极性的羟基背向富勒烯分子分布,同时与位于第二溶剂层中的乙醇分子形成氢键。这一构型将富勒烯分子包在乙醇的溶剂层中,很好的稳定了乙醇溶液中的富勒烯分子。由于这一结构的诱导作用,位于第二溶剂层中的乙醇分子的极性羟基指向富勒烯表面。通过对富勒烯分散于乙醇溶液中的自由能的研究,我们发现富勒烯分子趋向于在乙醇溶液中聚集。但是富勒烯分子分散的自由能垒相对较小,比较容易分散在乙醇溶液当中。同时我们发现当两个富勒烯分子之间的距离小于10.2(A)时,这两个分子间不存在乙醇分子。尽管乙醇分子的极性的羟基基团具有更小的体积,处于两个富勒烯分子之间的乙醇分子趋向于将非极性的炕基伸入富勒烯分子之间的部分。我们进一步分析了处于不同溶剂层的乙醇分子的动力学性质,发现处于第一溶剂层中的乙醇分子的弛豫时间相对较长。位于内层的乙醇分子的动力学性质类似于超冷态乙醇溶液的性质。通过处于不同溶剂层中的氢键的时间关联函数的分析,我们发现位于第一溶剂层中的氢键的寿命相对较长。而乙醇分子转动对于氢键破裂的贡献相对较小。本文指出了两性的分子的非极性端可以通过范得华相互作用吸引富勒烯,同时该类分子的极性端可以在富勒烯外围通过静电相互作用形成网络。这一结构有利于包覆住富勒烯降低富勒烯分散的自由能垒,稳定溶液中的富勒烯分子。因此本文从微观结构和宏观自由能方面解释了富勒烯C60分散于乙醇溶液中的机理。
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