Water Confined in Nanotubes and between Graphene Sheets: A First Principle Study

石墨烯 化学 碳纳米管 化学物理 纳米尺度 溶剂化 纳米技术 分子动力学 氢键 分子 计算化学 材料科学 有机化学
作者
Giancarlo Cicero,Jeffrey C. Grossman,Eric Schwegler,François Gygi,Giulia Galli
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:130 (6): 1871-1878 被引量:476
标识
DOI:10.1021/ja074418+
摘要

Water confined at the nanoscale has been the focus of numerous experimental and theoretical investigations in recent years, yet there is no consensus on such basic properties as diffusion and the nature of hydrogen bonding (HB) under confinement. Unraveling these properties is important to understand fluid flow and transport at the nanoscale, and to shed light on the solvation of biomolecules. Here we report on a first principle, computational study focusing on water confined between prototypical nonpolar substrates, i.e., single-wall carbon nanotubes and graphene sheets, 1-2.5 nm apart. The results of our molecular dynamics simulations show the presence of a thin, interfacial liquid layer (approximately 5 A) whose microscopic structure and thickness are independent of the distance between confining layers. The properties of the HB network are very similar to those of the bulk outside the interfacial region, even in the case of strong confinement. Our findings indicate that the perturbation induced by the presence of confining media is extremely local in liquid water, and we propose that many of the effects attributed to novel phases under confinement are determined by subtle electronic structure rearrangements occurring at the interface with the confining medium.

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