Phase behaviour and dynamics in primitive models of molecular ionic liquids

Abstract

The phase behaviour and dynamics of molecular ionic liquids are studied using primitive models and extensive computer simulations. The models account for size disparity between cation and anion, charge location on the cation, and cation-shape anisotropy, which are all prominent features of important materials such as room-temperature ionic liquids. The vapour-liquid phase diagrams are determined using high-precision Monte Carlo simulations, setting the scene for in-depth studies of ion dynamics in the liquid state. Molecular dynamics simulations are used to explore the structure, single-particle translational and rotational autocorrelation functions, cation orientational autocorrelations, self diffusion, viscosity, and frequency-dependent conductivity. The results reveal some of the molecular-scale mechanisms for charge transport, involving molecular translation, rotation, and association.

Дослiджено фазову поведiнку i динамiку молекулярно-iонних рiдин з допомогою примiтивних моделей та масштабних комп’ютерних моделювань. Використанi моделi враховують рiзницю в розмiрах катiона та анiона, положення заряду на катiонах i анiзотропiю форми катiона, що є визначальними властивостями iонних рiдин при кiмнатних температурах. Високоточне моделювання методом Монте-Карло використано для побудови фазових дiаграм рiдина-газ, якi в подальшому використовуються для вивчення динамiки iонних рiдин. За допомогою моделювання молекулярною динамi-кою дослiджено структуру, трансляцiйнi та обертальнi автокореляцiйнi функцiї, катiоннi орiєнтацiйнi автокореляцiї, самодифузiю, в’язкiсть та частотну залежнiсть провiдностi. Отриманi результати виявляють низку молекулярних механiзмiв переносу зарядiв, включаючи молекулярну трансляцiю, обертання та асоцiацiю.