Ab InitioMolecular Dynamics Study of Dissociation of Water under an Electric Field

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作者
A. Marco Saitta,Franz Saija,Paolo V. Giaquinta
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:108 (20) 被引量:212
标识
DOI:10.1103/physrevlett.108.207801
摘要

The behavior of liquid water under an electric field is a crucial phenomenon in science and engineering. However, its detailed description at a microscopic level is difficult to achieve experimentally. Here we report on the first ab initio molecular-dynamics study on water under an electric field. We observe that the hydrogen-bond length and the molecular orientation are significantly modified at low-to-moderate field intensities. Fields beyond a threshold of about 0.35 V/\AA are able to dissociate molecules and sustain an ionic current via a series of correlated proton jumps. Upon applying even more intense fields (1.0 V/\AA), a 15-20% fraction of molecules are instantaneously dissociated and the resulting ionic flow yields a conductance of about 7.8 $\Omega^{-1}cm^{-1}$, in good agreement with experimental values. This result paves the way to quantum-accurate microscopic studies of the effect of electric fields on aqueous solutions and, thus, to massive applications of ab initio molecular dynamics in neurobiology, electrochemistry and hydrogen economy.
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