Asymmetric Hydrogen-Bonding Structure at a Water/Ice Interface
Asymmetric Hydrogen-Bonding Structure at a Water/Ice Interface
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水/冰界面处的不对称氢键结构
DOI：
10.1021/acs.jpcc.0c08173
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
K. Kitanaka
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Ishiyama;K. Kitanaka
通过分子动力学（MD）模拟研究了熔点温度下液态水与晶冰基面界面的分子结构和界面特定振动和频率产生（VSFG）谱。认为水分子在水/冰界面附近的氢氧键没有优先取向。在足够的采样条件下，本文的MD模拟结果表明，水分子平均会轻微地将其质子指向水相，从而形成面向高密度液相的氢键（h键）网络。此外，在水/冰界面处，尽管其取向结构较弱，但存在明显的VSFG响应，表明其假想磁化率与平均取向结构相反。从水/冰界面的不对称氢键结构出发，讨论了VSFG响应的分子机理，并与水/空气界面和冰/空气界面的结构和振动谱进行了比较。
The interface between liquid water and the basal plane of crystal ice Ih at the melting point temperature is investigatedviamolecular dynamics (MD) simulations to examine the molecular structure and the interface-specific vibrational sum frequency generation (VSFG) spectrum. It is believed that the OH bonds of the water molecules near the water/ice interface have no preferential orientation. With enough sampling, the present MD simulation results show that water molecules slightly direct their protons toward the water phase in average to form hydrogen bonding (H-bonding) networks toward a highly dense liquid phase. Moreover, a clear VSFG response is found at the water/ice interface despite its weak orientational structure, indicating the imaginary susceptibility opposite to the average orientational structure. The molecular mechanism of the VSFG response is discussed regarding the asymmetric H-bonding structure at the water/ice interface, which is further compared with the structures and vibrational spectra at the water/air and ice/air interfaces.
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