مطالعه خواص انتقالی و مولکولی مایعات یونی دوکاتیونی دوقلو بر پایه ایمیدازولیم و بررسی اثر طول زنجیر آلکیل و نوع آنیون با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی و روش های از اساس

در بخش اول این رساله، خواص ساختاری و انتقالی 9 مایع یونی دوکاتیونی(dils) با کاتیون های ، و با آنیون های برماید، هگزا فلوئورفسفات و تترافلوروبورات با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی با میدان نیروی تمام اتم لوپز محاسبه شده است. هدف بخش اول فراهم نمودن درک میکروسکوپی از خواص ساختاری این مایعات یونی است. خواص ساختاری همچون چگالی، تابع توزیع شعاعی، گرمای تبخیر در دمای 450 کلوین محاسبه شد. نتایج نشان داد که دانسیته مایعات یونی دوکاتیونی بیشتر از مایعات یونی تک کاتیونی است (روند تغییرات چگالی در حضور آنیون های یکسان به صورت > > است و برای مایعات یونی با کاتیون یکسان بصورت pf6- > br - > bf4- است). گرمای تبخیر برای این مایعات یونی محاسبه شدند و مشخص شد که مایعات یونی دوکاتیونی گرمای تبخیر بیشتری نسبت به مایعات یونی تک کاتیونی دارند. توابع توزیع شعاعی برای آنیون – حلقه، آنیون – آنیون، آنیون – کاتیون و آنیون با اتم مرکزی در زنجیره آلکیل محاسبه شدند. محاسبات شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان دادند که آنیون ها تمایل بیشتری برای حضور در نزدیک حلقه ها نسبت به حضور در اطراف زنجیره الکیلی که دو حلقه ایمیدازولیوم را بهم متصل می کند را دارند. همچنین توابع توزیع شعاعی برای آنیون و هیدروژن های حلقه ایمیدازولیوم محاسبه شدند و معلوم شد که آنیون ها توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی با هیدروژن های حلقه ایمیدازولیوم را دارند. دینامیک مایعات یونی با مطالعه میانگین مربع جابجایی (msd) برای مراکز جرم یون ها، اتم های زنجیره و مرکز جرم حلقه ایمیدازولیوم تا 10 نانوثانیه محاسبه و از قسمت خطی آن برای تعیین ضریب نفوذ استفاده شد. محاسبات شبیه سازی نشان دادند که ضریب نفوذ مایعات یونی دوکاتیونی حدود ده مرتبه کمتر از مایعات یونی تک کاتیونی مشابه است. تغییرات ضریب نفوذ با نوع آنیون و طول زنجیره الکیل محاسبه شد. روند تغییرات ضرایب نفوذ برای یک دسته از آنیون ها در حضور کاتیون های یکسان به صورتpf6-> bf4->br- می باشد. همچنین دینامک حلقه های ایمیدازولیوم و زنجیره الکیلی محاسبه و بحث شد. در ادامه با استفاده از ضرایب نفوذ اعداد انتقال محاسبه شدند. مشاهده شد که سهم عمده انتقال جریان از طریق آنیون ها صورت می گیرد. به منظور بررسی وابستگی نتایج محاسبه شده به نوع میدان نیروی اعمال شده، ساختار میکروسکوپی و ضرایب نفوذ پنج مایعات یونی با کاتیون c3(mim)2+2 و آنیون های برماید، کلراید، هگزا فلوئورفسفات، تترافلوروبورات و بیس تری فلوئورو متان سولفونیل ایمید با استفاده از میدان نیروی تمام اتم لوپز و اسودو محاسبه شدند. برخی از خواص ساختاری مانند چگالی، تابع توزیع شعاعی و گرمای تبخیر در دمای 450 کلوین در هر تعیین شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که خواص میکروسکوپی محاسبه شده با استفاده از هر دو دو میدان نیرو نزدیک بهم می باشند. اما میدان نیروی اسودو ضرایب نفوذ بزرگتری نسبت به میدان نیروی لوپز برای یونها محاسبه می کند. در ادامه اثر جایگزینی یک حلقه ایمیدازولیوم توسط یک حلقه پیریدینیوم بر خواص ساختاری و دینامیکی dils توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از میدان نیروی تمام اتم لوپز بررسی شد. کمیت های ساختاری مانند چگالی، گرمای تبخیر و تابع توزیع شعاعی در این ترکیبات محاسبه شدند. محاسبات شبیه سازی نشان دادند که جایگزینی یک حلقه ایمیدازولیوم با یک حلقه پیریدینیوم اثر قابل توجهی بر ساختار میکروسکوپی نمی گذارد. توابع توزیع شعاعی برای آنیون حول اتمهای زنجیره آلکیل، آنیون حول حلقه پیریدینیوم و آنیون حول حلقه ایمیدازولیوم محاسبه شدند. توابع توزیع شعاعی محاسبه شده نشان می دهد که تمایل آنیونها در اطراف حلقه پیریدینیوم بیشتر از حلقه ایمیدازولیوم است و آنیونها هم در اطراف حلقه پیریدینیوم و هم در اطراف حلقه ایمیدازولیوم به خوبی سازماندهی شده اند. همچنین، msd مرکز جرم یونها، اتم های زنجیره ای آلکیل، حلقه ایمیدازولیوم و حلقه پیریدینیوم مشخص شدند و ضرایب نفوذ از بخش خطی منحنی msd محاسبه شدند. ضرایب نفوذ محاسبه شده برای حلقه ایمیدازولیوم و حلقه پیریدینیوم نشان دادند که در زمانهای طولانی حرکت حلقه پیریدینیوم از حلقه ایمیدازولیوم بیشتر است. سپس اثر دما بر خواص ساختاری و دینامیکی مایع یونی دوکاتیونی نیز محاسبه شد. کمیت های ساختاری نظیر چگالی در دماهای 300-450 کلوین محاسبه شدند. دینامیک مایعات یونی با مطالعه میانگین مربع جابجایی(msd) برای مراکز جرم یون ها، در دمای 300-450 کلوین تا 5 نانوثانیه محاسبه و از قسمت خطی آن برای تعیین ضریب نفوذ استفاده شد. ضرایب نفوذ آنیون ها و کاتیون های محاسبه شده با معادله آرنیوس برازش داده شد و با استفاده از آن انرژی فعال سازی نفوذ آنیون و کاتیون محاسبه شد. نتایج نشان دادند که انرژی فعال سازی نفوذ کاتیون بیشتر از آنیون می باشد. در قسمت دوم این رساله محاسبات از اساس برای مایعات یونی دو کاتیونی c6(mim)2+2و c4(mim)2+2 با آنیون های هالید صورت گرفت. ساختمان بهینه شده،کمیت های ترمودینامیکی، ممان دوقطبی محاسبه شد. فاصله هالیدها با اتم های هیدروژن متصل به حلقه و زنجیره ها محاسبه شدند. نتایج محاسبات وجود پیوند هیدروژنی را در این مایعات یونی دو کاتیونی بین هالید و کاتیون تایید کردند. این نتایج در توافق با نتیجه شبیه سازی دینامیک مولکولی بودند.