假设：有机共溶剂普遍用于疏水性有机化学物(HOCs)的吸附研究，可以通过竞争吸附剂上的活性位点来抑制HOC吸附。吸附剂结构会影响HOC吸附的共溶剂干扰；然而，这种影响仍然不清楚，导致对吸附机制的理解不完整。
实验：本研究通过分子动力学模拟和量子化学计算，研究了水-甲醇共溶剂体系中的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)在功能化石墨烯片上的竞争吸附。
发现：模拟结果表明，石墨烯缺陷中的官能团对甲醇有很强的吸附亲和力。被吸附的甲醇占据了石墨烯中心的大量活性位点，从而削弱了DOP的吸附。
然而，吸附在石墨烯边缘的甲醇不能与DOP竞争活性中心。在所有官能团中，-COOH对甲醇的结合亲和力最强，因此主要控制石墨烯和甲醇之间的相互作用。本研究为理解甲醇和DOP在功能化石墨烯片上的竞争吸附做出了创新性贡献，尤其是在可视化活性中心竞争方面，并为石墨烯去除HOCs和其实际应用提供了理论指导。
 
  
图1. DOP在水-甲醇溶剂中的UV透过率(甲醇含量:0%、5%、10%和20%；DOP浓度:1、5、10、25和50 ppm)。
 
 
图2. z轴方向各组分浓度分布(A: GPE-1/MeOH-0%, B: GPE-2/MeOH-0%, C: GPE-3/MeOH-0%, D: GPE-1/MeOH-5%, E: GPE-2/ MeOH-5%, F: GPE-3/MeOH-5%, G: GPE-1/MeOH-10%, H: GPE-2/MeOH-10%, I: GPE-3/MeOH-10%, J: GPE-1/MeOH-20%, K: GPE-2/MeOH-20%, L: GPE-3/MeOH-20%)
 
  
图3. 在功能化石墨烯上DOP吸附的平衡构型(A: GPE-1/MeOH-0%, B: GPE-1/MeOH-5%, C: GPE-1/MeOH-10%, D: GPE-1/MeOH-20%, E: GPE-2/MeOH-0%, F: GPE-2/MeOH-5%, G: GPE-2/MeOH-10%, H: GPE-2/MeOH-20%, I: GPE-3/MeOH-0%, J: GPE-3/MeOH-5%, K: GPE-3/MeOH-10%, L: GPE-3/MeOH-20%)。
 
  
图4. 在不同甲醇含量的溶剂中，吸附在不同功能化石墨烯模型上的DOP的径向分布函数[g(r)](A:GPE-1，B: GPE-2，C: GPE3)。
 
  
图5. 距离石墨烯表面5 Å以内的甲醇平衡构型(显示为绿色) (A: GPE-1/MeOH-5%, B: GPE-1/MeOH-10%, C: GPE-1/MeOH-20%, D: GPE-2/MeOH-5%, E: GPE-2/MeOH-10%, F: GPE-2/MeOH-20%, G: GPE-3/MeOH-5%, H: GPE-3/MeOH-10%, I: GPE-3/MeOH-20%)。
 

图6.吸附在功能化石墨烯上的甲醇的平衡构型和吸附能(A:石墨结构，B: –CO₂H₂CH₃, C: –COOH,D:石墨N，E:吡啶N，F:吡咯N，G:缺陷)。
 

图7. 不同石墨烯官能团与甲醇相互作用的电荷密度(A:石墨结构，B: –CO₂H₂CH₃, C: –COOH,D:石墨N，E:吡啶N，F:吡咯N，G:缺陷)。

       相关研究成果由昆明理工大学环境科学与工程学院云南省土壤固碳与污染控制重点实验室Peng Yi等人于2021年发表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.086)上。原文：Competitive adsorption of methanol co-solvent and dioctyl phthalate on functionalized graphene sheet: Integrated investigation by molecular dynamics simulations and quantum chemical calculations。

转自《石墨烯杂志》公众号