BMITf2N 离子液体/水二元体系：相分离与液-液界面的分子动力学研究

我们报道了由 1-butyl-3-methylimidazolium 阳离子（BMI+）和 bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 阴离子（Tf2N-）组成的疏水性 BMITf2N 离子液体（IL）水界面的分子动力学（MD）模拟。通过比较不同的液体模型（TIP3P 与 TIP5P 水模型，以及 +1.0/-1.0 与 +0.9/-0.9 带电 IL 离子）、长程静电的 Ewald 与反应场处理方法以及不同的起始条件，探讨了水/IL 相分离及纯净界面性质的问题。在不同模型下，“随机”混合的液体分离速度（在 20 至 40 ns 内）远慢于经典水-油混合物（通常在 1 ns 以内），最终形成由界面分隔的明显纳米级相，与从预成型界面开始的模拟一致，但 IL 相更为湿润。因此，IL 中水的最终状态取决于模拟方案，并与 IL 的异质性和粘度相关。水主要在亲水区（富含 O(Tf2N) 和芳香族 CH(BMI) 基团）中波动，这些区域被更疏水的结构域（富含 CF3(Tf2N) 和烷基 alkyl(BMI) 基团）分隔；在微湿的 IL 相中水以单体和二聚体形式存在，而在 IL 相更湿润时则以更高阶聚集体的形式存在。根据模型的不同，IL 中的水量在不同程度上多于水中的 IL 量。与疏水性较低的 BMIPF6 IL 相比，该界面更清晰且更窄（约 10 A），整体呈中性，且分子呈各向同性取向，与本体相相同。与经典有机液体相比，这些结果使我们能够更好地理解疏水性（但具吸湿性）IL 水界面的相似之处与差异。