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pH and generation dependent morphologies of PAMAM dendrimers on a graphene substrate†
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-02-15 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8sm00179k Mounika Gosika 1, 2, 3 , Prabal K. Maiti 1, 2, 3
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-02-15 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8sm00179k Mounika Gosika 1, 2, 3 , Prabal K. Maiti 1, 2, 3
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The adsorption of PAMAM dendrimers at solid/water interfaces has been extensively studied, and is mainly driven by electrostatic and van der Waals interactions between the substrate and the dendrimers. However, the pH dependence of the adsorption driven predominantly by the van der Waals interactions is poorly explored, although it is crucial for investigating the potentiality of these dendrimers in supercapacitors and surface patterning. Motivated by this aspect, we have studied the adsorption behavior of PAMAM dendrimers of generations 2 (G2) to 5 (G5) with pH and salt concentration variation, on a charge neutral graphene substrate, using fully atomistic molecular dynamics simulations. The instantaneous snapshots from our simulations illustrate that the dendrimers deform significantly from their bulk structures. Based on various structural property calculations, we classify the adsorbed dendrimer morphologies into five categories and map them to a phase diagram. Interestingly, the morphologies we report here have striking analogies with those reported in star-polymer adsorption studies. From the fractional contacts and other structural property analyses we find that the deformations are more pronounced at neutral pH as compared to high and low pH. Higher generation dendrimers resist deformation following the deformation trend, G2 > G3 > G4 > G5 at any given pH level. As the adsorption here is mainly driven by van der Waals interactions, we observe no desorption of the dendrimers as the salt molarity is increased, unlike that reported in the electrostatically driven adsorption studies.
中文翻译：
石墨烯基质上PAMAM树状大分子的pH和生成依赖的形态†
已经广泛研究了PAMAM树状聚合物在固体/水界面上的吸附，并且主要是由底物和树状聚合物之间的静电和范德华相互作用所驱动。然而，尽管范德华相互作用主要由范德华相互作用驱动，但对pH的依赖关系却很少被探索，尽管这对于研究这些树状聚合物在超级电容器中的潜力和表面图案化至关重要。出于这一方面的动机，我们使用完全原子分子动力学模拟研究了具有电荷和盐浓度变化的第2代（G2）至第5代（G5）的PAMAM树状聚合物的吸附行为。我们的模拟瞬时快照表明，树枝状聚合物从其整体结构中明显变形。基于各种结构性能计算，我们将吸附的树枝状聚合物形态分为五类，并将它们映射到相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们将吸附的树枝状聚合物的形态分为五类，并将它们映射为相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们将吸附的树枝状聚合物的形态分为五类，并将它们映射为相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。
更新日期：2018-02-15
中文翻译：
石墨烯基质上PAMAM树状大分子的pH和生成依赖的形态†
已经广泛研究了PAMAM树状聚合物在固体/水界面上的吸附，并且主要是由底物和树状聚合物之间的静电和范德华相互作用所驱动。然而，尽管范德华相互作用主要由范德华相互作用驱动，但对pH的依赖关系却很少被探索，尽管这对于研究这些树状聚合物在超级电容器中的潜力和表面图案化至关重要。出于这一方面的动机，我们使用完全原子分子动力学模拟研究了具有电荷和盐浓度变化的第2代（G2）至第5代（G5）的PAMAM树状聚合物的吸附行为。我们的模拟瞬时快照表明，树枝状聚合物从其整体结构中明显变形。基于各种结构性能计算，我们将吸附的树枝状聚合物形态分为五类，并将它们映射到相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们将吸附的树枝状聚合物的形态分为五类，并将它们映射为相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们将吸附的树枝状聚合物的形态分为五类，并将它们映射为相图。有趣的是，我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。我们在此报告的形态与星型聚合物吸附研究中所报告的形态具有惊人的相似性。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。从分数接触和其他结构特性分析，我们发现与高和低pH值相比，在中性pH值下变形更明显。在任何给定的pH值下，高代树状体均抵抗变形趋势G2> G3> G4> G5的变形。由于此处的吸附主要是由范德华相互作用驱动的，因此与盐驱动的盐浓度不同，我们观察不到树枝状大分子的解吸，这与静电驱动吸附研究中报道的情况不同。
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