Ion transport in nanopores with highly overlapping electric double layers

纳米孔 离子 离子运输机 材料科学 纳米技术 化学物理 化学 有机化学
作者
Yoav Green
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:154 (8): 084705-084705 被引量:35
标识
DOI:10.1063/5.0037873
摘要

Investigation of ion transport through nanopores with highly overlapping electric double layers is extremely challenging. This can be attributed to the non-linear Poisson–Boltzmann equation that governs the behavior of the electrical potential distribution as well as other characteristics of ion transport. In this work, we leverage the approach of Schnitzer and Yariv [Phys. Rev. E 87, 054301 (2013)] to reduce the complexity of the governing equation. An asymptotic solution is derived, which shows remarkable correspondence to simulations of the non-approximated equations. This new solution is leveraged to address a number of highly debated issues. We derive the equivalent of the Gouy–Chapman equation for systems with highly overlapping electric double layers. This new relationship between the surface charge density and the surface potential is then utilized to determine the power-law scaling of nanopore conductances as a function of the bulk concentrations. We derive the coefficients of transport for the case of overlapping electric double layers and compare it to the renowned uniform potential model. We show that the uniform potential model is only an approximation for the exact solution for small surface charges. The findings of this work can be leveraged to uncover additional hidden attributes of ion transport through nanopores.
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