Title : Water self-diffusion through narrow oxygenated carbon nanotubes
Journal : Nanotechnology, 18 (2007) 475704
2. Background of author
Alberto Striolo
* School of Chemical Biological and Materials Engineering, The University of Oklahoma
3. Summary
본 연구는 (8, 8) single-walled carbon nanotubes (SWNTs) 에 carbonyl group을 결합한 ‘doped’ 구조와 기존 ‘pristine’ 구조에 대해 4.0 x 4.0 x 14.8 nm, microcanonical ensemble (NVE) 조건에서 DL-POLY v.2.14 를 이용해 ‘self-diffusion coefficient’ 계산을 수행하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다.
이전 연구를 통해, CNT안의 confined water molecule의 수가 적을 수록, diffusion은 빨라 진다는 사실을 알 수 있었다. 하지만, 본 연구를 통해 doped (8, 8) SWNT를 지나는 물 분자는 hydration level에 큰 영향을 받고 있음을 확인 할 수 있었다. Confined water molecule의 수가 10에서 108 까지 증가 할 수록, self-diffusion coefficient도 증가 하였다. Confined water molecule 수가 108개에서 188개 까지 증가하면, diffusion coefficient가 감소하는 경향을 보인다. 이 현상은 cluster breakage와 cluster libration diffusion mechanism을 통해 설명 할 수 있다.
Cluster breakage는 confined water molecule이 carbonyl 그룹에 의해 따로 떨어져 hydration level이 증가함에 따라 확산이 빨라지게 되지만, water molecule수가 나노 튜브를 거의 채우게 되는 188개 정도가 되면, cluster breakage는 비활성화되어 확산 속도가 감소하게 된다. 나노튜브를 따라 미세하게 위아래로 움직이는 cluster libration은 cluster breakage 현상에 비해 displacement가 느려 self-diffusion coefficient는 water molecule이 108개 일 때, 최대값을 가진다.
4. Originality & Application
본 연구에서는 CNT에 oxygenated site를 적용하여 확산 정도를 알아 보았다. 본 연구에서는 carbonyl group의 oxygen ion이 나노튜브 안쪽에 위치하고 있지만, 실제로는 안쪽에 위치할 수 없는 구조로, 제안한 형태는 실제화 하기 힘든 단점이 있다. 연구를 통해, doped 나노튜브와 confined 나노 튜브 크기가 확산에 영향을 미친다는 사실을 확인 할 수 있었다. 본 결과는 CNT를 기반으로 하는 해수담수화, 약물 수송, 나노 실린지 분야에 중요할 것으로 보인다.
5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)