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Microscopic Study of Proton Kinetic Energy Anomaly for Nanoconfined Water.
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2019-12-23 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b08667 Mohd Moid 1 , Yacov Finkelstein 2 , Raymond Moreh 3 , Prabal K Maiti 1
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2019-12-23 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b08667 Mohd Moid 1 , Yacov Finkelstein 2 , Raymond Moreh 3 , Prabal K Maiti 1
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The reported anomalies of the proton mean kinetic energy, Ke(H), in nanoconfined water, as measured by deep inelastic neutron scattering (DINS), constitute a longstanding problem related to proton dynamics in hydrogen-bonded systems. A considerable number of theoretical attempts to explain these anomalies have failed. The mean vibrational density of states (VDOS) of protons in water nanoconfined inside single wall carbon nanotubes (SWCNTs) is calculated as a function of temperature and SWCNT diameter, DCNT, by classical molecular dynamics (MD) simulation using the TIP4P-2005f water model. The calculated VDOS are utilized for deducing the mean kinetic energy of the water protons, Ke(H), by treating each phonon state as a harmonic oscillator. The calculation depicts a strong confinement effect as reflected in the drop of the value of Ke(H) at 5 K for DCNT < ∼12 Å, while absent for larger diameters. The results also reveal very significant blue and red shifts of the stretching and bending modes, respectively, compared to those in bulk ice, in agreement with experiment.
中文翻译：
纳米约束水质子动能异常的微观研究。
通过深非弹性中子散射（DINS）测量，纳米密闭水中质子平均动能Ke（H）的报告异常构成了一个长期存在的问题，与氢键系统中的质子动力学有关。解释这些异常现象的大量理论尝试都失败了。通过使用TIP4P-2005f水模型进行经典分子动力学（MD）模拟，计算了单壁碳纳米管（SWCNT）内纳米碳纳米管内水质子的平均振动态密度（VDOS）作为温度和SWCNT直径DCNT的函数。 。通过将每个声子状态视为谐波振荡器，计算出的VDOS可用于推导水质子的平均动能Ke（H）。计算结果表明，对于DCNT <〜12Å，5 K时Ke（H）值下降，而对于较大直径则没有，Ke（H）值下降反映了强烈的约束作用。结果还表明，与散装冰相比，拉伸和弯曲模式分别发生了非常显着的蓝移和红移，与实验一致。
更新日期：2019-12-23
中文翻译：
纳米约束水质子动能异常的微观研究。
通过深非弹性中子散射（DINS）测量，纳米密闭水中质子平均动能Ke（H）的报告异常构成了一个长期存在的问题，与氢键系统中的质子动力学有关。解释这些异常现象的大量理论尝试都失败了。通过使用TIP4P-2005f水模型进行经典分子动力学（MD）模拟，计算了单壁碳纳米管（SWCNT）内纳米碳纳米管内水质子的平均振动态密度（VDOS）作为温度和SWCNT直径DCNT的函数。 。通过将每个声子状态视为谐波振荡器，计算出的VDOS可用于推导水质子的平均动能Ke（H）。计算结果表明，对于DCNT <〜12Å，5 K时Ke（H）值下降，而对于较大直径则没有，Ke（H）值下降反映了强烈的约束作用。结果还表明，与散装冰相比，拉伸和弯曲模式分别发生了非常显着的蓝移和红移，与实验一致。
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