電気的に帯電した微細孔におけるイオンの分布と静電容量の異常増強におけるその役割

ナノポア幅が9.36〜14.7Åの帯電したスリット状微細孔内のK+イオンの分布を分子動力学シミュレーションを用いて研究しました。スリット孔の幅が10〜14.7Åの範囲の場合、K+イオンの分布は、完全に水和されたK+イオンがスリット孔の中央平面に主に蓄積されるという点で、古典的な電気二重層（EDL）理論で説明されたものとは質的に異なることを示しました。この現象は、孔幅が10Å未満のときには消えます。微細孔に対する既存のEDL理論ではめったに考慮されないイオンの水和と水-水相互作用が、この挙動の原因となっていることがわかりました。これらの結果に基づき、我々はスリット状微細孔内に閉じ込められたK+イオンによって形成されるEDLの静電容量を記述する新しいサンドイッチ静電容量モデルを開発しました。このモデルは、微細孔で実験的に観察された静電容量の異常な増強を予測することができます。