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界面氢键对受限水结构和动态特性的影响

物理学报 2015年第21期64卷 432-439页

作者：王明段芳莉重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

应用反应力场分子动力学方法,模拟了水限制在全羟基化二氧化硅晶体表面间的弛豫过程,研究了基底表面与水形成的界面氢键,及其对受限水结构和动态特性行为的影响.当基底表面硅醇固定时,靠近基底表面水分子中的氧原子与基底表面的氢原子... 详细信息

应用反应力场分子动力学方法,模拟了水限制在全羟基化二氧化硅晶体表面间的弛豫过程,研究了基底表面与水形成的界面氢键,及其对受限水结构和动态特性行为的影响.当基底表面硅醇固定时,靠近基底表面水分子中的氧原子与基底表面的氢原子形成强氢键,这使得靠近表面水分子中的氧原子比对应的氢原子更靠近基底表面,从而水分子的偶极矩远离表面.当基底表面硅醇可动时,靠近基底表面水分子与基底表面原子形成两种强氢键,一种是水分子中的氧原子与表面的氢原子形成的强氢键,数量较少,另一种是水分子中的氢原子与表面的氧原子形成的强氢键,数量较多,这使得靠近表面水分子中的氢原子比对应的氧原子更靠近表面,从而水分子的偶极矩指向表面.在相同几何间距下,当基底表面硅醇可动时,表面的活动性使得几何限制作用减弱,导致了受限水分层现象没有固定表面限制下的明显.此外,固定表面比可动表面与水形成的界面氢键作用较强,数量较多,导致了可动表面限制下水的运动更为剧烈.

关键词：受限水界面氢键二氧化硅晶体分子动力学模拟

应用极化水分子模型研究单分子层受限水的介电性质

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化学学报 2020年第6期78卷 547-556页

作者：范勤梁洪涛许贤祺吕松泰梁尊杨洋华东师范大学物理与电子科学学院凝聚态物理研究所上海200241

受限条件下水的介电性质因测量极具挑战,其在诸多电化学过程与反应输运过程中如何扮演关键角色从未被定量地澄清.本工作利用平衡态分子动力学模拟和受限体系介电性质计算方法,系统性地探索了0.65 nm限域尺寸、5×10^8 Pa限域压强、不同... 详细信息

受限条件下水的介电性质因测量极具挑战,其在诸多电化学过程与反应输运过程中如何扮演关键角色从未被定量地澄清.本工作利用平衡态分子动力学模拟和受限体系介电性质计算方法,系统性地探索了0.65 nm限域尺寸、5×10^8 Pa限域压强、不同温度条件下单分子受限冰和受限水的介电性质.详细比较了恒定偶极矩SPC/E水分子模型和可极化的SWM4-NDP水分子模型在描述受限冰、水结构与介电性质上的优劣势,包括统计分析SWM4-NDP模型模拟的单分子层受限水和受限冰的瞬时分子偶极矩概率密度分布,计算每个模拟体系的静态结构因子、静态偶极空间关联函数、静态介电常数、体系偶极时间关联函数和德拜弛豫时间.首次发现了极化水分子模型描述的低维度受限水和受限冰的奇异分子极性变化,并观察到两种模型描述静态结构性质的效果相当,SWM4-NDP模型对于静态介电常数描述的优势会因受限条件的增强而被大幅削减.但在受限水介电极化弛豫动力学性质描述上SWM4-NDP模型明显优于SPC/E模型.我们推断SWM4-NDP模型在探索受限水结构相变动力学以及受限体系离子输运和溶剂化动力学等过程的模拟研究中是比SPC/E模型更好的选择.本工作将在进一步开展基于受限水系统储能、传感、输运的设计工作中提供一定的理论指导意义.

关键词：受限水方冰极化水模型分子动力学介电常数

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单壁碳纳米管中受限水的热容及饱和含水量

天津大学学报 2012年第3期45卷 263-267页

作者：梁晓凡曲媛媛温涛黄定海天津大学材料科学与工程学院天津300072

单壁碳纳米管纳米级的管径使其成为一种准一维的容器.用示差扫描量热的方法对受限于单壁碳纳米管中水的热容进行研究,结果显示,受限水的热容-温度曲线在所测量的温度范围内并未出现熔融峰,并且相比于同温度下的本体水,单壁碳纳米管中受... 详细信息

单壁碳纳米管纳米级的管径使其成为一种准一维的容器.用示差扫描量热的方法对受限于单壁碳纳米管中水的热容进行研究,结果显示,受限水的热容-温度曲线在所测量的温度范围内并未出现熔融峰,并且相比于同温度下的本体水,单壁碳纳米管中受限水的热容有反常的降低.红外光谱显示,单壁碳纳米管内水的氢键强度相对本体水变弱.结合红外结果可知,受限水热容反常降低的现象是因为氢键强度的下降,导致构象对热容的贡献减少.通过对溢出部分水的焓值计算可知,单壁碳纳米管内受限水含量质量分数上限为16,%.简化模型预测的单壁碳纳米管理论含水量比实际含水量质量分数高出2%左右.

关键词：单壁碳纳米管受限水热容氢键

石墨烯纳米孔道内受限水介电常数影响因素的分子动力学模拟

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原子与分子物理学报 2023年第5期40卷 79-86页

作者：李浩宇蒋更平吴开明武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心国际钢铁研究院武汉430081 材谷金带(佛山)金属复合材料有限公司佛山528000

受限水的介电特性对于石墨烯电容器的储能效率有着重大的影响.因此本文使用分子动力模方法,研究了不同石墨烯纳米孔道宽度(0.812~10 nm)下内受限水介电常数的分布及其影响因素.结果表明,在石墨烯纳米孔道内部受限水双电层结构可分为空... 详细信息

受限水的介电特性对于石墨烯电容器的储能效率有着重大的影响.因此本文使用分子动力模方法,研究了不同石墨烯纳米孔道宽度(0.812~10 nm)下内受限水介电常数的分布及其影响因素.结果表明,在石墨烯纳米孔道内部受限水双电层结构可分为空隙层、界面层和体相层三个部分.其整体的介电常数随孔道大小的降低而线性减少.这是由内部体相层的宽度的降低而导致的.此外电极电压大小和石墨烯-水相互作用参数εCO的强弱也会显著改变电极表面的双电层(Electric Double Layers,EDLs)结构.其中电压的增大使得介电常数分布的震荡的程度也随之增加,最终导致了整体介电常数的减小.与之类似,亲水态的石墨烯表面(高εCO)下受限水分布的震荡程度也显著增加,这导致了整体介电常数的降低.

关键词：受限水分子动力学模拟介电常数

基于密度泛函理论研究受限水的太赫兹频谱和电子特性

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真空电子技术 2022年第4期35卷 22-30,35页

作者：陈晨孙庭钰曹继华朱智上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 三峡大学人民医院湖北宜昌443000

利用密度泛函理论探究受限于纳米通道内的水分子结构、集体振动频率以及电子特性。研究表明受限于直径为0.677~1.086nm的纳米通道内的水分子,它们在太赫兹频段存在两种典型的振动模式,一种是平行于通道的轴向集体振动,另一种是受限水分... 详细信息

利用密度泛函理论探究受限于纳米通道内的水分子结构、集体振动频率以及电子特性。研究表明受限于直径为0.677~1.086nm的纳米通道内的水分子,它们在太赫兹频段存在两种典型的振动模式,一种是平行于通道的轴向集体振动,另一种是受限水分子间的氢键拉伸振动。通过对比不同受限域下,受限水的这两种典型的振动模式所对应的特征频率,发现它们的数值变化存在一定的规律。对于受限水的轴向集体振动,随着通道的管径从0.677增大到0.815nm,它所对应的特征频率整体发生了红移,然而随着管径继续增大,该特征频率的变化发生了分化,即一部分发生了红移,另一部分发生了蓝移。对于受限水的氢键拉伸振动,随着管径从0.677增大到0.815nm,它所对应的特征频率整体发生了蓝移,然而随着管径继续增大,该特征频率的变化也发生了分化。其内在机理通过电子密度拓扑分析揭示为:水分子与通道或水分子间所形成H…π键和O…H键的键临界点电子密度ρ值的减小造成了键振动的红移,反之造成蓝移。鉴于细胞的动力学平衡,例如渗透压和体积变化,它们与受限水在水通道中的结构和动力学特性紧密相关,本研究将有助于在分子层次加深太赫兹波与受限水相互作用的理解,进而促进太赫兹技术在生物医学方面的应用。

关键词：密度泛函理论碳纳米管受限水氢键拉伸蓝移

分子动力学模拟研究纳米孔道中受限水的自扩散

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辽宁师范大学学报（自然科学版） 2011年第3期34卷 320-324页

作者：李慎敏石金徐婷大连大学环境与化学工程学院辽宁大连116622

利用分子动力学模拟技术考察受限于3种不同材料的纳米孔道(单壁碳管、硼氮管、铁原子孔道)中水分子的静态结构与扩散动力学,计算孔道中水分子沿轴向的自扩散系数Dz,讨论孔道截面尺寸、形状以及组成材料的变化对水分子扩散动力学的影响.... 详细信息

利用分子动力学模拟技术考察受限于3种不同材料的纳米孔道(单壁碳管、硼氮管、铁原子孔道)中水分子的静态结构与扩散动力学,计算孔道中水分子沿轴向的自扩散系数Dz,讨论孔道截面尺寸、形状以及组成材料的变化对水分子扩散动力学的影响.结果表明,水分子的轴向自扩散系数随孔道半径的增大而减小,光滑的孔道壁有利于水分子的运输.在3种孔道限制体中,水分子在单壁碳纳米管内的自扩散系数最大.

关键词：分子动力学模拟自扩散系数受限水纳米孔道氢键

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二氧化硅基介孔材料中受限水的振动性质

二氧化硅基介孔材料中受限水的振动性质

单分子层受限冰-水共存界线毛细波与固-液相变动力学

第七届全国液体和软物质物理学术会议

作者：王强黄秀峰胡建玲高欣李晨曦孙刚陆坤权中国科学院物理研究所软物质重点实验室

＜正＞水的结构和性质一直受到人们的广泛关注。自然界中部分化学反应和生命过程是在位于纳米尺度的水环境内发生的。因此,理解受限于纳米尺度内水的结构和性质具有重要的科学意义。由于受限条件的影响（空间尺寸和界面作用）,受限水的... 详细信息

＜正＞水的结构和性质一直受到人们的广泛关注。自然界中部分化学反应和生命过程是在位于纳米尺度的水环境内发生的。因此,理解受限于纳米尺度内水的结构和性质具有重要的科学意义。由于受限条件的影响（空间尺寸和界面作用）,受限水的结构和性质不同于体相水。人们发现在纳米尺度受限水的振动谱峰随受限尺寸的减小而发生蓝移。但是

关键词：受限水振动性质介孔二氧化硅

来源： cnki会议评论

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化学学报 2021年第1期79卷 108-118页

作者：梁尊张鑫吕松泰梁洪涛杨洋华东师范大学物理与电子科学学院凝聚态物理研究所上海200241

冰-水界面动力学性质在冰形核、生长、表界面熔化中扮演核心角色,长期以来一直被广泛关注.然而,受限水体系中冰-水界面的动力学性质却鲜有报道.本工作利用平衡态分子动力学模拟方法和受限固-液两相平衡模拟技术,对两种水模型(恒定偶极... 详细信息

冰-水界面动力学性质在冰形核、生长、表界面熔化中扮演核心角色,长期以来一直被广泛关注.然而,受限水体系中冰-水界面的动力学性质却鲜有报道.本工作利用平衡态分子动力学模拟方法和受限固-液两相平衡模拟技术,对两种水模型(恒定偶极矩、可极化)描述的单分子层受限冰-水两相平衡体系中的一维固-液界线开展研究.通过对一维受限冰-水界线的追踪,计算了其热涨落波动的振幅与时间自关联函数色散谱,进而计算一系列固-液界线动力学性质.冰-水界线波动在短波长区域复合了快、慢两种不同时间尺度的弛豫过程,在长波长区域则由慢弛豫过程主导.相比块体冰-水界面体系,以Rayleigh波为主的高频微观物理过程更多地参与了一维冰-水界线的动力学弛豫.我们发现冰-水界线波动弛豫特征衰减时间的波矢依赖关系符合现有固-液界面动力学理论,但一维界线弛豫的特征衰减时间比二维界面体系低了一个数量级左右.计算了两种水模型体系冰-水界线的动力学系数,并与块体冰-水界面比较,发现受限冰-水(固-液)界线动力学系数远高于块体冰-水界面体系.我们推测水分子转动自由度在受限腔中被强烈压制可能是导致受限体系超快冰-水(固-液)相变速率的主要原因.本工作将在受限水体系超快相变(储能、传感)器件的设计工作中提供一定的理论指导意义.

关键词：受限水固-液界面毛细波动力学结晶动力学分子动力学

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液态水的结构研究进展

科学通报 2016年第30期61卷 3181-3187页

作者：邓耿尉志武清华大学化学系北京100084

液态水的结构是极其重要的科学难题,近年来对其微观结构提出了多种模型,在极端条件和其他环境下的液态水微观结构也得到了深入研究.本文对其中具有代表性的一些工作进行了评述,包括水中氢键本质、氢键个数、氢键形成动力学、水团簇以及... 详细信息

液态水的结构是极其重要的科学难题,近年来对其微观结构提出了多种模型,在极端条件和其他环境下的液态水微观结构也得到了深入研究.本文对其中具有代表性的一些工作进行了评述,包括水中氢键本质、氢键个数、氢键形成动力学、水团簇以及特殊条件和特殊环境中水的结构等.在此基础上,作者也提出了对液态水的微观结构未来研究的展望.

关键词：液态水结构氢键团簇受限水