Probing the Electric Field Response of a Water Molecule Confined in Small Carbon Nanocages: A Density Functional Theory Investigation

密度泛函理论 富勒烯 电场 偶极子 化学物理 凝聚态物理 分子物理学 电磁屏蔽 轨道能级差 分子 材料科学 计算化学 化学 物理 有机化学 量子力学 复合材料
作者
Smita Rai,Dhurba Rai
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/cphc.202400718
摘要

We consider a water molecule under tight confinement in the small‐sized fullerenes (C28, C30, C32) within the density functional theory (DFT) calculations with suitable exchange‐correlation functionals. Such nanoscopic molecular cages provide an ideal setup to study their characteristic properties not present in the condensed phase. The water molecule entirely loses its feature of typical water when it is confined in small fullerenes of size equal to C30 or smaller, in which the asymmetric O‐H stretching vibration occurs at a lower wavenumber than the symmetric stretching. We study the response of the confined water molecule to the applied electric fields in terms of change in geometrical parameters, NMR spin‐spin coupling constants, dipole moment, HOMO‐LUMO (HL) gap, and vibrational frequency shift. The electric field shielding property of small‐sized fullerene cages is explored and found to be strongly correlated with the HL gap. Since the electric field modulates the gap to decrease generally, shielding efficiency varies with field strength, thereby making large fields better shielded than small fields for the small penetration factor at large fields. The results that hold significance for technological applications are discussed.
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