抗衡離子對硫酸鹽表面活性劑氣/液界面性質影響的分子動力學模擬

胡松青 紀賢晶 范忠鈺 張?zhí)锾?孫霜青(中國石油大學(華東)理學院,山東青島66580;華北油田公司勘探開發(fā)研究院,河北任丘0655)

抗衡離子對硫酸鹽表面活性劑氣/液界面性質影響的分子動力學模擬

胡松青1,*紀賢晶1范忠鈺2張?zhí)锾?孫霜青1
(1中國石油大學(華東)理學院,山東青島266580;2華北油田公司勘探開發(fā)研究院,河北任丘062552)

采用全原子分子動力學方法研究了抗衡離子為第一主族離子(Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+)的十二烷基硫酸鹽表面活性劑的氣/液界面性質.通過分析體系中各組分的密度分布曲線,考察表面活性劑單分子層在界面的聚集形態(tài),并利用徑向分布函數(shù)分析了表面活性劑極性頭基與抗衡離子間的相互作用.研究結果表明:隨著抗衡離子半徑的增大,不同體系的界面水層厚度依次增加,表面活性劑極性頭基與抗衡離子形成的Stern和擴散層厚度也相應增加.但表面活性劑吸附層的抗衡離子締合度以及體系表面張力卻隨抗衡離子半徑的增大而減小.研究表明抗衡離子的差異對十二烷基硫酸鹽表面活性劑氣/液界面性質有很大影響.

十二烷基硫酸鹽;抗衡離子;氣/液界面;雙電層;分子動力學

1 引言

陰離子表面活性劑以其優(yōu)異的性能被廣泛應用于日常生活和工業(yè)生產中,如洗滌劑、食品添加劑、發(fā)泡劑、殺菌劑等.1-4陰離子型表面活性劑在界面的吸附是其發(fā)揮效用的關鍵,且與分子結構緊密相關.除親水基和疏水基外,抗衡離子對陰離子表面活性劑在界面的吸附行為也有較大影響.5-11現(xiàn)有的實驗手段如小角度中子散射、拉曼光譜、X射線衍射等被廣泛應用于抗衡離子對表面活性劑氣/液界面性質影響的研究中.Wang和Morgner12利用中性離子碰撞散射譜研究了抗衡離子Na+、Cs+對十二烷基硫酸鹽表面活性劑的表面張力和界面雙電層結構的影響,發(fā)現(xiàn)抗衡離子大小和溶解度對其在氣/液界面的吸附有較大影響.Bordes等13通過電導率法考察了抗衡離子Li+、Na+、K+對氨基酸類表面活性劑溶液導電性能的影響,結果表明Li+與氨基酸類表面活性劑膠束結合最為穩(wěn)定.2004年,Gilányi等14通過測量吸附等溫線考察了十二烷基硫酸堿鹽Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的氣/液界面性質,根據(jù)古埃-查普曼-斯特恩理論提出了新的模型用于解釋陰離子表面活性劑在界面的吸附行為.

?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica

近年來,采用計算機分子模擬技術在分子原子水平上研究表面活性劑溶液性質的報道越來越多. Rakitin等15利用分子動力學模擬研究了抗衡離子Li+、Na+、NH4+對十二烷基硫酸鹽表面活性劑溶液中膠束結構的影響,結果發(fā)現(xiàn),隨著離子半徑的增加,抗衡離子進入膠束結構的能力減弱.Hantal等16采用分子動力學方法研究抗衡離子(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+)在兩種表面濃度下對癸烷基硫酸鹽表面活性劑吸附層的影響,并驗證了所使用的吸附理論的正確性.十二烷基硫酸鹽是最常見的表面活性劑,但抗衡離子影響其氣/液界面性質的模擬研究鮮有報道.因此,本文以十二烷基硫酸鹽為研究對象,采用全原子分子動力學方法,考察第一主族堿金屬離子(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+)對其氣/液界面性質的影響規(guī)律,獲得抗衡離子與表面活性劑微觀作用機理.

2 計算方法和模型

首先利用Visualizer模塊構建水分子和十二烷基硫酸鹽表面活性劑分子,選擇COMPASS力場17進行計算,并采用Smart Minimizer對分子進行初步優(yōu)化,以消除搭建構型過程中可能出現(xiàn)的分子重疊.其次,構建尺寸為4×4的包含16個18,19十二烷基硫酸鹽單分子層,并使表面活性劑單分子垂直于x、y軸組成的平面.其中,每個表面活性劑分子的占有面積為0.55 nm2,與Tajima等20實驗測得的數(shù)據(jù)相近.構建完單層后,把表面活性劑極性頭插入含900個水分子的厚度為3 nm的水層表面,水分子采用SPC勢能模型.有文獻21表明2 nm厚度的水層就足以保證水層中的水分子性質接近本體溶液,同時也足以保證兩個表面活性劑單層相互獨立.緊接著隨機向水盒子中加入與表面活性劑同等數(shù)量的抗衡離子(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+),以保證體系的電中性.所有模型均采用三維周期性結構,以消除邊界效應的影響.為減小z方向上的周期性重復對體系的影響,在體系兩側分別加厚度為3 nm的真空層,詳細的模型信息見表1.

表1 各體系的具體模型參數(shù)Table 1 Detailed model parameters of different systems

全部模擬計算采用Accerlrys公司的Materials Studio軟件完成,并選擇NVT系綜對分子動力學模擬計算進行限制.采用Andersen控溫方法22將溫度控制在298 K.各分子的起始速度由Maxwell-Boltzmann分布隨機產生,運用velocity Verlet算法23解牛頓運動方程.長程靜電相互作用選擇Ewald方法24進行計算,范德瓦爾茲相互作用選擇atom based方法計算,截斷半徑為0.95 nm,截斷距離之外的分子間相互作用能按平均密度近似方法進行校正.模擬中時間步長選擇1 fs,每1 ps記錄一次軌跡信息,模擬總耗時4 ns,最后1 ns存儲的軌跡文件用于后續(xù)結構和動力學分析.

3 結果和討論

3.1 單分子層的結構性質

以十二烷基硫酸銫(CDS)為例討論表面活性劑單分子層的結構性質.圖1(a)和(b)分別為十二烷基硫酸銫(CDS)體系的初始構型和平衡構型.從圖中可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)過納米級的模擬時間后,表面活性劑分子在氣/液界面處發(fā)生聚集,形成穩(wěn)定單層膜結構.其中,表面活性劑親水頭基伸向水相,而疏水烷基鏈則向氣相延伸.抗衡離子吸附在表面活性劑頭基周圍,但也有少數(shù)抗衡離子游離于體相水中.此外,模擬中還發(fā)現(xiàn)有極少量的水分子進入表面活性劑單分子層.這與實驗得到的表面活性劑在氣/液界面的分布情況一致,25,26表明采用分子動力學模擬方法研究表面活性劑在氣/液界面的吸附具有一定的可行性.

通過研究體系中各組分的密度分布函數(shù)可以獲得表面活性劑單分子層的詳細結構特征.圖2為不同十二烷基硫酸鹽/抗衡離子體系中各組分(烷基鏈、極性頭基、水和抗衡離子)在z方向上的密度分布曲線(體系中心為橫坐標起點).從圖中可以看出,表面活性劑頭基(峰值范圍0.8-2.0 nm)處于水相中(峰值范圍0-2.3 nm),這表明―SO4頭基進入到水層發(fā)生水化作用.在距離體系中心1.5-2.3 nm的范圍內,水相密度和頭基密度均逐漸降低,這表明沿z軸方向表面活性劑頭基的水化作用逐漸降低.此外,帶正電的抗衡離子(峰值范圍0.8-1.5 nm)分布在帶負電的頭基周圍(峰值范圍0.8-2.0 nm)內,說明由于靜電相互作用,抗衡離子與表面活性劑極性頭基結合.

圖1 CDS體系的初始(a)和平衡(b)構型Fig.1 Initial(a)and balanced(b)configurations for CDS system

圖2 各組分密度分布曲線Fig.2 Density profiles of different components

圖2中另一個顯著的特點是:在距離體系中心1.0-2.5 nm的范圍內,存在一個明顯的界面水分子層.本節(jié)采用“10%-90%厚度原則”,27即體相水密度由10%到90%的變化區(qū)間,計算LDS、SDS、PDS、RDS和CDS體系的界面水層厚度分別為0.808、0.815、0.903、0.928和1.016 nm.即各體系的界面水層厚度由小到大的順序為LDS＜SDS＜PDS＜RDS＜CDS.抗衡離子半徑越大,體系界面水層厚度越大.這是因為抗衡離子的半徑越大,在溶液中的遷移能力越弱,對極性頭基與水分子間的屏蔽作用越小,從而導致該體系中表面活性劑頭基與水分子的相互作用強于其它同主族抗衡離子,界面水層厚度增大.

3.2 抗衡離子與極性頭基間的相互作用

3.2.1 雙電層的結構性質

陰離子表面活性劑在氣/液界面吸附時,溶解在水中的抗衡離子與表面活性劑會形成界面雙電層結構,且雙電層的結構性質對研究表面活性劑極性頭基與抗衡離子之間的相互作用極其重要.因此,本節(jié)利用徑向分布函數(shù)(RDF)考察表面活性劑頭基和抗衡離子形成的界面雙電層結構.28圖3所示為表面活性劑頭基中硫原子和抗衡離子間的徑向分布函數(shù)gS-M+

(r).

圖3 表面活性劑頭基和抗衡離子的徑向分布函數(shù)Fig.3 Radial distribution function(RDF)between the head group of surfactant and counterions

在圖3中,以十二烷基硫酸銫(CDS)為例,發(fā)現(xiàn)頭基和抗衡離子Cs+通過靜電相互作用形成了結構良好的徑向分布函數(shù)曲線.在0.376 nm位置出現(xiàn)第一峰,第一峰可代表Stern層,且第一峰起始位置在0.326 nm處,終止位置在0.489 nm處,即Stern層厚度為0.163 nm(0.489-0.326 nm).另外,在0.598 nm處出現(xiàn)第二個相對較弱的峰代表擴散層,且擴散層厚度為0.252 nm(0.741-0.489 nm).對比不同體系頭基和抗衡離子間的徑向分布函數(shù),從LDS到CDS頭基和抗衡離子聚集峰的強度逐漸減弱,峰的位置依次右移.表2中列出不同十二烷基硫酸鹽/抗衡離子體系的Stern層和擴散層厚度.從表中可以看出,不同體系的Stern層和擴散層厚度滿足順序:LDS＜ SDS＜PDS＜RDS＜CDS,即隨抗衡離子半徑的增加,體系的Stern層和擴散層厚度相應增加.這主要是因為隨著抗衡離子半徑增加,抗衡離子進入界面層的能力減弱,抗衡離子與表面活性劑頭基距離增加,且抗衡離子和頭基之間的靜電吸引作用減小,頭基對抗衡離子的束縛作用減弱,從而使Stern層和擴散層厚度增加.

表2 不同體系Stern層和擴散層厚度Table 2 Thicknesses of stern layer and diffusion layer in different systems

3.2.2 吸附層的抗衡離子締合度

離子型表面活性劑在界面處發(fā)生吸附時,由于靜電相互作用,部分抗衡離子會與帶相反電荷的表面活性劑極性頭基結合形成締合結構.圖4所示為不同體系中表面活性劑吸附層的抗衡離子締合結構.平均每個表面活性劑離子所締合的抗衡離子數(shù)目即為表面活性劑吸附層的抗衡離子締合度,29,30用N0表示:

圖4 吸附層的抗衡離子締合結構Fig.4 Structure of bridged counterions in adsorbed layer

式中,Nf表示與表面活性劑頭基締合的抗衡離子數(shù)目,K0代表體系中表面活性劑數(shù)目.據(jù)模擬結果獲得的不同體系吸附層的抗衡離子締合度N0列于表3.從表中可以看出,不同體系吸附層的抗衡離子締合度N0變化規(guī)律為:LDS＞SDS＞PDS＞RDS＞CDS,即吸附層的抗衡離子締合度隨抗衡離子半徑的增加而降低.這主要是由于抗衡離子半徑增加,抗衡離子與表面活性劑頭基距離增加,靜電相互作用減小,溶液中的抗衡離子向界面處遷移的能力減弱,因此吸附層的抗衡離子締合度降低.

3.3 極性頭基和水分子的相互作用

表面活性劑極性頭基與水分子間的相互作用對表面活性劑的吸附行為具有重要的影響.為深入研究抗衡離子對陰離子表面活性劑氣/液界面吸附行為的影響,本節(jié)計算了不同十二烷基硫酸鹽/抗衡離子體系的極性頭基中氧原子(Oh)與水中氧原子(Ow)之間的徑向分布函數(shù)gOh-Ow(r),如圖5所示.從圖中可看出,在5種體系中,水中氧原子在距離極性頭基中氧原子0.245 nm附近出現(xiàn)第一個峰值,即距離極性頭基0.245 nm處存在第一水化層;在0.472 nm附近出現(xiàn)了相對較弱的第二峰值,代表極性頭周圍的第二水化層.兩個水化層之間的距離為0.227 nm,這一間距與分子間氫鍵的距離31相近,表明第二水化層中水分子通過氫鍵作用與第一水化層中水分子相連.從表面活性劑頭基和水分子的相互作用強度可以看出,抗衡離子為Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+時,表面活性劑頭基與第一水化層內水分子相互作用強度變化規(guī)律為:LDS＜SDS＜PDS＜RDS＜CDS,為了深入研究抗衡離子對頭基與水分子相互作用的影響,利用頭基與水分子的徑向分布函數(shù)計算頭基周圍配位水分子數(shù)目(見圖6).

表3 不同體系的抗衡離子締合度Table 3 Counterion association degree in different systems

圖5 頭基中氧原子(Oh)與水中氧原子(Ow)的徑向分布函數(shù)Fig.5 RDF between the oxygen atom(Oh)of head group and oxygen atom(Ow)of water molecules

圖6 表面活性劑頭基周圍水分子配位數(shù)Fig.6 Coordination number of water molecules around surfactant head group

從圖6中可以看出,5種體系中極性頭基周圍水分子的配位數(shù)由小到大的順序為:LDS＜SDS＜PDS＜RDS＜CDS.即隨著抗衡離子半徑增加,頭基與水分子的相互作用增強,進而導致頭基周圍水分子配位數(shù)的增加.這主要是因為隨著抗衡離子半徑增加,抗衡離子進入頭基周圍水化層的能力減弱,對頭基與水分子間相互作用的屏蔽能力降低.CDS表面活性劑頭基周圍水分子配位數(shù)最大,表明CDS極性頭基周圍水分子數(shù)目最多,頭基與水分子的作用最強.此時,表面活性劑單分子層穩(wěn)定性最好,體系降低表面張力的能力最強.

3.4 表面張力

表面張力32是描述表面結構和界面活性的基本參量.在分子動力學模擬中,氣/液體系的表面張力可通過計算體系壓力張量的分量獲得,具體參數(shù)可由Kirkwood-Buff公式計算得到:

其中,Px、Py、Pz分別是壓力張量在x、y和z方向的分量,Lz表示模擬體系中與氣/液界面垂直的z軸方向的長度.根據(jù)公式(2)所計算的不同十二烷基硫酸鹽/抗衡離子體系的表面張力如圖7所示.5種體系的表面張力大小順序為:LDS＞SDS＞PDS＞RDS＞CDS,即隨著抗衡離子半徑的增大,表面活性劑降低表面張力的能力增加.根據(jù)軟硬酸堿理論,33性質相似的粒子結合能力更強.其中,第一主族堿金屬離子柔軟度34的變化規(guī)律為:Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+,而表面活性劑極性頭基硫酸根35屬于“軟”離子.因此,抗衡離子從Li+到Cs+與十二烷基硫酸鹽頭基之間的結合能力依次增強,形成的分子結構穩(wěn)定性依次增加,體系的表面張力依次降低.該模擬結果與實驗中對應的十二烷基硫酸鹽表面活性劑的表面張力14的變化規(guī)律相吻合.

圖7 不同體系的表面張力Fig.7 Surface tensions of different systems

4 結論

采用分子動力學方法研究了十二烷基硫酸鹽表面活性劑氣/液界面吸附行為,并詳細考察了抗衡離子不同時,體系在界面處的聚集狀態(tài)和吸附行為的差異.

(1)密度曲線結果表明,十二烷基硫酸鹽表面活性劑在氣/液界面處形成單層膜,且界面處存在明顯的界面水層結構.抗衡離子為第一主族離子時,隨著抗衡離子半徑增加,不同體系的界面水層厚度變化規(guī)律為:LDS＜SDS＜PDS＜RDS＜CDS.

(2)徑向分布函數(shù)表明,抗衡離子為第一主族離子時,隨著抗衡離子半徑的增加不同體系Stern層和擴散層厚度均依次增加,極性頭基與水分子的相互作用強度依次增加,且頭基周圍水分子配位數(shù)也隨之增大.但吸附層的抗衡離子締合度卻隨著離子半徑的增加而降低.

(3)表面張力的結果表明,抗衡離子為第一主族離子時,隨著抗衡離子半徑的增加,體系表面張力變化規(guī)律為:LDS＞SDS＞PDS＞RDS＞CDS,即抗衡離子半徑增加,十二烷基硫酸鹽表面活性劑表面張力依次降低.

(1) Xiao,H.Y.;Zhen,Z.;Sun,H.Q.;Cao,X.L.;Li,Z.Q.;Song, X.W.;Cui,X.H.;Liu,X.H.Acta Phys.-Chim.Sin.2010,26(2),422.[肖紅艷,甄 珍,孫煥泉,曹旭龍,李振泉,宋新旺,崔曉紅,劉新厚.物理化學學報,2010,26(2),422.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100216

(2) Che,S.;Garcia-Bennett,A.E.;Yokoi,T.;Sakamoto,K.; Kunieda,H.;Terasaki,O.;Tatsumi,T.Nat.Mater.2003,2(12), 801.doi:10.1038/nmat1022

(3) Paria,S.;Khilar,K.C.Adv.Colloid Interface Sci.2004,110,75.doi:10.1016/j.cis.2004.03.001

(4) Jang,S.S.;Lin,S.T.;Maiti,P.K.;Blanco,M.;Goddard,W.J.Phys.Chem.B2004,108(32),12130.doi:10.1021/jp048773n

(5) Petkov,J.T.;Tucker,I.M.;Penfold,J.;Thomas,R.K.;Petsev, D.N.;Dong,C.C.;Golding,S.;Grillo,I.Langmuir2010,26(22),16699.doi:10.1021/la1021356

(6) Manet,S.;Karpichev,Y.;Dedovets,D.;Oda,R.Langmuir2013,29(11),3518.doi:10.1021/la304341x

(7) Li,H.H.;Imai,Y.;Yamanaka,M.;Hayami,Y.;Takiue,T.; Matsubara,H.;Aratono,M.J.Colloid Interface Sci.2011,359(1),189.doi:10.1016/j.jcis.2011.03.082

(8) Wang,C.Y.;Morgner,H.Phys.Chem.Chem.Phys.2011,13(9),3881.doi:10.1039/c0cp01600d

(9) Harpham,M.R.;Ladanyi,B.M.;Levinger,N.E.J.Phys. Chem.B2005,109(35),16891.doi:10.1021/jp052773l

(10) Schelero,N.;Hedicke,G.;Linse,P.;Klitzing,R.V.J.Phys. Chem.B2010,114,15523.doi:10.1021/jp1070488

(11) Faeder,J.;Albert,M.V.;Ladanyi,B.M.Langmuir2003,19(6), 2514.doi:10.1021/la026755w

(12) Wang,C.Y.;Morgner,H.Langmuir2009,26(5),3121.

(13) Bordes,R.;Tropsch,J.;Holmberg,K.J.Colloid Interface Sci.2009,338(2),529.doi:10.1016/j.jcis.2009.06.032

(14) Gilányi,T.;Varga,I.;Mészáros,R.Phys.Chem.Chem.Phys.2004,6(17),4338.doi:10.1039/b400958d

(15) Rakitin,A.R.;Pack,G.R.J.Phys.Chem.B2004,108(8), 2712.doi:10.1021/jp030914i

(16) Hantal,G.;Pártay,L.B.;Varga,I.;Jedlovszky,P.;Gilanyi,T.J.Phys.Chem.B2007,111(7),1769.doi:10.1021/jp066969c

(17) Sun,H.;Ren,P.;Fried,J.R.Comput.Theor.Polym.Sci.1998,8(1),229.

(18) Li,C.X.;Li,Y.;Yuan,R.;Lv,W.Langmuir2013,29(18), 5418.doi:10.1021/la4011373

(19) Hu,X.Y.;Li,Y.;He,X.J.;Li,C.X.;Li,Z.Q.;Cao,X.L.;Xin, X.;Somasundaran,P.J.Phys.Chem.B2011,116(1),160.

(20) Tajima,K.;Muramatsu,M.;Sasaki,T.Bull.Chem.Soc.Jpn.1970,43,1991.doi:10.1246/bcsj.43.1991

(21) Yuan,S.L.;Cui,P.;Xu,G.Y.;Liu,C.B.Acta Chim.Sin.2006,64(16),1659.[苑世領,崔 鵬,徐桂英,劉成卜.化學學報,2006,64(16),1659.]

(22) Andrea,T.A.;Swope,W.C.;Andersen,H.C.J.Chem.Phys.1983,79,4576.doi:10.1063/1.446373

(23) Paterlini,M.G.;Ferguson,D.M.Chemical Physics1998,236(1),243.

(24) Darden,T.;York,D.;Pedersen,L.J.Chem.Phys.1993,98,10089.doi:10.1063/1.464397

(25) Yuan,S.L.;Ma,L.X.;Zhang,X.Q.;Zhang,L.Q.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects2006,289(1/3),2.

(26) Yang,W.H.;Yang,X.Z.J.Phys.Chem.B2010,114(31), 10069.

(27) Rivera,J.L.;McCabe,C.;Cummings,P.T.Phys.Rev.E2003,67(1),011603.

(28) Zhao,T.T.;Xu,G.Y.;Yuan,S.L.;Chen,Y.J.;Yan,H.J.Phys. Chem.B2010,114(15),5025.doi:10.1021/jp907438x

(29) Ding,H.J.;Dai,Q.H.;Zhang,L.H.;Zhao,G.X.Acta Phys.-Chim.Sin1994,10,54. [丁慧君,戴慶紅,張君蘭,趙國璽.物理化學學報,1994,10,54.]doi:10.3866/PKU. WHXB19940113

(30) Zhao,G.X.Physical Chemistry of Surfactants;Peking University Press:Beijing,1984;pp 263-270.[趙國璽.表面活性劑物理化學.北京:北京大學出版社,1984:263-270.]

(31) Yan,H.;Yuan,S.L.;Xu,G.Y.;Liu,C.B.Langmuir2010,26(13),10448.doi:10.1021/la100310w

(32) Cheng,T.;Chen,Q.;Li,F.;Sun,H.J.Phys.Chem.B2010,114(43),13736.doi:10.1021/jp107002x

(33) Collins,K.D.Methods2004,34(3),309.

(34) Collins,K.D.;Neilson,G.W.;Enderby,J.E.Biophysical Chemistry2007,128(2),95.

(35) Vlachy,N.;Jagoda-Cwiklik,B.;Vácha,R.;Touraud,D.; Jungwirth,P.;Kunz,W.Adv.Colloid Interface Sci.2009,146(1),42.

2015年東方膠化杯全國膠體化學研究生優(yōu)秀成果獎評選通知

為促進中國的膠體化學發(fā)展，鼓勵這一領域青年學生的進取精神，2002年起特設立全國膠體化學研究生獎學金，以表彰優(yōu)秀的膠體化學專業(yè)研究生。

申請資格與范圍

全國范圍內各大學、科研機構在讀的膠體化學專業(yè)研究生(含博士生)均有資格申請。申請人應在膠體與界面化學領域取得較為突出的創(chuàng)新性結果。發(fā)表一定數(shù)量的優(yōu)秀科研論文(含已接受)。申請人的所有成果必須是在研究生階段進行或完成的。在職研究生不參與本獎學金評選。對于積極參加全國膠體與界面專業(yè)委員會學術活動的科研小組，將采取適度傾斜政策給予支持。

評選程序

(1)本人申請：申請人需提交個人簡歷(含聯(lián)系方式)、學術論文發(fā)表及已接受目錄(含全部作者的正確順序、期刊、年、卷(期)、頁)，發(fā)表論文的PDF文件，科研工作自評，論文工作概況。已接受文章須具備期刊的接收函(含Email)。并說明參加膠體與界面化學專業(yè)委員會的會議情況。

(2)單位推薦：申請人須有本單位兩名副教授以上職稱的老師(含導師)推薦。各單位原則上最多推舉兩名。

(3)專家評審：由膠體與界面化學專業(yè)委員會組織專家進行評審，確定獲獎名單。

評選進程

2015年3月1日前遞交個人申請與推薦材料(含電子版、紙版)，經(jīng)專家評審后于2015年4月正式公布并舉行頒獎儀式。

聯(lián)系人：黃建濱 Tel：010-62753557 Email：JBHuang@pku.edu.cn

郵寄地址：北京大學化學與分子工程學院 郵政編碼：100871

本獎學金的設立獲得了北京東方德菲膠體化學儀器有限公司大力支持與獨家贊助。

本獎項評選工作的最終解釋權在中國化學會膠體與界面化學專業(yè)委員會。

中國化學會膠體與界面化學專業(yè)委員會

2014年11月

Counterion Effects on the Properties of Sulfate Surfactants at the Air/Liquid Interface by Molecular Dynamics Simulation

HU Song-Qing1,*JI Xian-Jing1FAN Zhong-Yu2ZHANG Tian-Tian1SUN Shuang-Qing1
(1College of Science,China University of Petroleum(East China),Qingdao 266580,Shandong Province,P.R.China;2Exploration and Development Research Institute,Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,Hebei Province,P.R.China)

Molecular dynamics(MD)simulations have been carried out to study the micro-interfaces between counterions(Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+)and dodecyl sulfate surfactant at the air/liquid interface.The morphology of the monolayer was analyzed by the density profile of the surfactant components,and the interactions between the polar head groups of the surfactants and the counterions were analyzed using the radial distribution function (RDF).The results showed that the interfacial thickness and thicknesses of the Stern and diffusion layers increased as the radius of counterion increased,whereas the surface tension and the degree of counterion association at the adsorbed layer decreased as the radius increased.These results indicated that the different counterions had a significant effect on the adsorption behavior of the dodecyl sulfate surfactants at the interface.

Dodecyl sulfate;Counterion;Air/liquid interface; Electrical double layer; Molecular dynamics

O641;O647

10.3866/PKU.WHXB201411191www.whxb.pku.edu.cn

Received:October 14,2014;Revised:November 19,2014;Published on Web:November 19,2014.

?Corresponding author.Email:ccupc@163.com;Tel:+86-532-86983170.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(51201183),Promotive Research Fund for Excellent Young and Middle-Aged Scientists of Shandong Province,China(BS2013CL033),and CNPC Innovation Foundation,China(2011D-5006-0202).

國家自然科學基金(51201183),山東省優(yōu)秀中青年科學家基金(BS2013CL033)和中國石油科技創(chuàng)新基金(2011D-5006-0202)資助項目