Atomistic Modeling of Quaternized Chitosan Head Groups: Insights into Chemical Stability and Ion Transport for Anion Exchange Membrane Applications

Mirat Karibayev, Bauyrzhan Myrzakhmetov, Dias Bekeshov, Yanwei Wang, Almаgul Mentbayeva

Molecules, 2024

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/molecules29133175
Достоверность данных 85 высокая
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

The chemical stability and ion transport properties of quaternized chitosan (QCS)-based anion exchange membranes (AEMs) were explored using Density Functional Theory (DFT) calculations and all-atom molecular dynamics (MD) simulations. DFT calculations of LUMO energies, reaction energies, and activation energies revealed an increasing stability trend among the head groups: propyl trimethyl ammonium chitosan (C) < oxy propyl trimethyl ammonium chitosan (B) < 2-hydroxy propyl trimethyl ammonium chitosan (A) at hydration levels (HLs) of 0 and 3. Subsequently, all-atom MD simulations evaluated the diffusion of hydroxide ions (OH-) through mean square displacement (MSD) versus time curves. The diffusion coefficients of OH- ions for the three types of QCS (A, B, and C) were observed to increase monotonically with HLs ranging from 3 to 15 and temperatures from 298 K to 350 K. Across different HLs and temperatures, the three QCS variants exhibited comparable diffusion coefficients, underlining their effectiveness in vehicular transport of OH- ions.