シリカナノポアにおける表面電荷調整の理解

ナノポーラスシリカは、生体分析ツール、エネルギー貯蔵および変換材料、さらには分離デバイスなど、さまざまな用途に使用されています。ナノポアの表面電荷密度は実験で容易に測定できませんが、シリカナノポアの性能と機能において重要な役割を果たします。本研究では、表面反応モデルと古典密度汎関数理論（CDFT）を組み合わせて、シリカナノポアにおける電荷調整を記述する理論モデルを報告します。理論的予測は、pH、電解質濃度、ポアサイズが表面電荷密度および電気二重層構造に及ぼす影響に関する定量的な洞察を提供します。固定したポアサイズのもとでは、表面電荷密度はpHとバルク塩濃度の両方に伴って増加し、開放表面の場合と同様の挙動を示します。固定したpHおよび塩濃度の条件下では、ポアサイズが大きくなるまで表面電荷密度は上昇し、その後、表面相互作用が無視できるようになった時点でバルクの漸近値に達します。高pHでは、表面電荷密度は主にデバイ遮蔽長とポアサイズの比（λD/D）によって決まります。