負に帯電した界面活性剤の近くの水の構造とダイナミクスに対する対イオンの効果：理論的振動合計頻度生成研究

電気化学的、生物学的、環境科学において、帯電した水性界面は最も重要です。イオン界面活性剤との水性界面の特性は、対イオンの存在によって影響を受ける可能性があります。負に帯電したドデシル硫酸ナトリウム（Na+DS-またはSDS）界面活性剤を含む水性界面の振動和周波数生成（VSFG）分光法を含む以前の実験は、界面水分子の水素結合強度が、一定の秩序と一定の秩序に従うと、一定の順序であることが明らかになりました。カチオンが追加されます。陽イオンは水分子との水素結合に直接関与していないことが知られており、むしろ静電界を介して水素結合ネットワークにのみ影響を与えることがわかっています。現在の研究では、モノ塩化物塩の存在下で、硫酸ナトリウムの水性界面系を単一および二重の逆カウンターカウンターカウンターの存在下でシミュレートしました。イオンに対する電子偏光効果は、電子連続補正モデル内の平均フィールドレベルで考慮されます。VSFGスペクトルの計算は、界面活性剤ヘッドグループの溶媒和シェルと残りの水分子からの水分子の異なる相対的寄与に由来する追加の反cationの存在下で青いシフトを示しています。さらに、陽イオンは界面活性剤ヘッドグループの電界を保護し、これが総VSFGスペクトルへの水分子の寄与に影響を与えます。このシールド効果は、二人のカウンターが存在する場合、より重要になります。水分子のダイナミクスは、バルクと比較して界面で遅くなることがわかります。さまざまな動的量の界面深度依存性は、界面が微視的レベルで構造的かつ動的に不均一であることを示しています。

Charged aqueous interfaces are of paramount importance in electrochemical, biological and environmental sciences. The properties of aqueous interfaces with ionic surfactants can be influenced by the presence of counterions. Earlier experiments involving vibrational sum frequency generation (VSFG) spectroscopy of aqueous interfaces with negatively charged sodium dodecyl sulfate (Na+DS- or SDS) surfactants revealed that the hydrogen bonding strength of the interfacial water molecules follows a certain order when salts of monovalent and divalent cations are added. It is known that cations do not directly participate in hydrogen bonding with water molecules, rather they only influence the hydrogen bonded network through their electrostatic fields. In the current work, we have simulated the aqueous interfacial systems of sodium dodecyl sulfate in the presence of chloride salts of mono and divalent countercations. The electronic polarization effects on the ions are considered at a mean-field level within the electronic continuum correction model. Our calculations of the VSFG spectra show a blue shift in the presence of added countercations whose origin is traced to different relative contributions of water molecules from the solvation shells of the surfactant headgroups and the remaining water molecules in the presence of countercations. Furthermore, the cations shield the electric fields of the surfactant headgroups, which in turn influences the contributions of water molecules to the total VSFG spectrum. This shielding effect becomes more significant when divalent countercations are present. The dynamics of water molecules is found to be slower at the interface in comparison to the bulk. The interfacial depth dependence of various dynamical quantities shows that the interface is structurally and dynamically more heterogeneous at the microscopic level.