イオン液体の凝縮相シミュレーションの原子電荷を導出するための単純なAIMDアプローチ

2つのイオン液体（ILS）、1-N-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸（[BMIM] [PF6]）、および1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフフルオロリン酸（[EMIM] [PF6]）の原子電荷は、由来しました。密度官能理論（DFT）および平面波基底セットを使用した周期的な結晶相計算（「AIMD-C電荷」として表されます）。両方のILSで、環境と環境による偏光の間の電荷移動により、合計電荷は陽イオンと陰イオンでそれぞれ±0.8 Eであることがわかりました。これらの原子電荷は、一般的なアンバーフォースフィールドフレームワーク内で開発された力場で使用されました。この力場を使用して、分子動力学シミュレーションを使用して2つのILに対して静的、動的、および熱力学的特性を計算しました。結果は、同じアンバーフォースフィールドを使用して得られた結果と比較されましたが、それぞれフルチャージ、スケーリングされた充電、AIMD-Lチャージ、およびAIMD-B電荷として示される4つの異なる部分電荷セットの部分電荷が発生しました。全電荷は、真空中の分離イオンの量子化学計算から導き出され、各イオンの合計統一電荷が得られました。スケーリングされた充電は、フルチャージを0.8に均一にスケーリングすることにより取得されました。AIMD-LおよびAIMD-B電荷は、液相AB initio分子動力学シミュレーションから導き出されました。スケーリングされた電荷は、AIMD-C電荷と同じですが、異なる分布と同じ合計電荷があります。シミュレーション結果は、各イオンの総電荷に依存するだけでなく、特に動的および熱力学的特性については、イオン内の電荷分布にも敏感であることがわかりました。全体として、調査中の2つのILSでは、AIMD-Cの電荷は、液相構成の広範なサンプリングの代わりに、結晶相DFT計算からのフィッティングチャージが他の4つの電荷よりも優れた実験結果を予測することがわかりました。凝縮された相イオン液体シミュレーションの原子電荷を導出するシンプルで信頼できる方法。

The atomic charges for two ionic liquids (ILs), 1-n-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM][PF6]) and 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([EMIM][PF6]), were derived from periodic crystal phase calculations with density functional theory (DFT) and plane wave basis sets (denoted as "AIMD-c charge"). For both ILs, the total charge was found to be ±0.8 e for the cation and anion, respectively, due to the charge transfer between ions and polarization caused by the environment. These atomic charges were used in a force field developed within the general Amber force field framework. Using this force field, static, dynamic, and thermodynamic properties were computed for the two ILs using molecular dynamics simulation. The results were compared against results obtained using the same Amber force field but four different sets of partial charges, denoted as full charge, scaled charge, AIMD-l charge, and AIMD-b charge, respectively. The full charge was derived from quantum chemistry calculation of isolated ions in a vacuum and resulted in a total charge of unity on each ion. The scaled charge was obtained by uniformly scaling the full charge by 0.8. AIMD-l and AIMD-b charges were derived from liquid phase ab initio molecular dynamics simulations. The scaled charges have the same total charge on the ions as the AIMD-c charge but different distributions. It was found that simulation results not only depend on the total charge of each ion, but they are also sensitive to the charge distribution within an ion, especially for dynamic and thermodynamic properties. Overall, for the two ILs under study, the AIMD-c charge was found to predict experimental results better than the other four sets of charges, indicating that fitting charges from crystal phase DFT calculations, instead of extensive sampling of the liquid phase configurations, is a simple and reliable way to derive atomic charges for condensed phase ionic liquid simulations.