通过分子动力学模拟研究纳米塑料在共价有机框架上的吸附机理

1、研究背景

2、模型搭建

吸附质则选择PE（聚合度为28）、PET（聚合度为8）、PA6（聚合度为9），保持原子数相对一致，且将聚合物链的链段进行氢化作为初始模型。

图1  在充满水分子的TpPa-H中加入PE、PA6和PET的吸附结构示意图

3、模拟方法

4、结果与讨论

4-1  吸附结构特性

聚合物原子在垂直方向上相对于TpPa-H表面的浓度分布曲线是分析吸附界面结构的有效指标。

图2 (a)TpPa-H内外层吸附聚合物示意图。(b)三种聚合物在TpPa-H表面的相对浓度分布。(c)氨基中H原子与PA6中O原子之间的分子内氢键。(d)Rg的概率分布函数。(e)三种聚合物的Rg演化曲线。(f)三种聚合物的MSD演化曲线。

图3 (a)TpPa-H中N原子和聚合物中H原子的RDF曲线。(b)TpPa-H中O原子和聚合物中H原子的RDF曲线。(c)TpPa-H中H原子和聚合物中极性原子的RDF曲线。(d-f)吸附结构的局部快照(1500ps)：TpPa-H中的O原子和PA6中的H原子(d)，PA6中的O原子和TpPa-H(e)，PET中的O原子和TpPa-H中的H原子(f)

4-2  吸附能分析

聚合物与TpPa-H之间的吸附强度可以通过体系组分之间的相互作用能来量化。

图4 三种聚合物与TpPa-H之间的相互作用能

4-3  功能化基团在COFs中的影响

图5 PET与TpPa-X(X=H、CH3、OH、NO2和F)的相互作用能。(b)共价有机框架通道的静电势

 结果表明，所有模型的吸附能皆以范德华能为主。与TpPa-H相比，PET与TpPa-CH3之间的相互作用能显著降低，是由于一个庞大的官能团加入减少了COFs的比表面积，阻塞了空洞；对于所有具有极性基团的功能COFs，它们的分子间值都更高；TpPa-OH与PET的相互作用最强，是因为带负电荷的O原子和带正电荷的部分是交替分布的。

4-4  总结