利用时间分辨光学克尔效应光谱对体相水和纳米限域水的比较研究

水合多孔二氧化硅的低频振动谱对氢键相互作用特别敏感，提供了关于基质孔隙中水的结构和动力学性质的丰富信息。我们系统地研究了Vycor多孔二氧化硅（孔径约4 nm）的这一光谱区域，针对一系列不同水合程度的样品，从干燥基质到完全填充的孔隙。光谱是通过时间分辨外差检测光学克尔效应（HD-OKE）测量的傅里叶变换获得的。将这些光谱与体相水的光谱进行比较，我们能够分别提取并分析第一和第二水合层以及类似体相的内部水的光谱贡献。我们得出结论：当水/二氧化硅重量比超过10%时，进入孔隙的额外水的行为与体相水非常相似。在较低水合水平（对应于两个完整表面水层或更少）下，体相水中四面体配位特征性的氢键弯曲和伸缩带逐渐消失：显然在这些条件下，氢键连接性与液态水非常不同。对于结构弛豫时间（通过时间相关HD-OKE信号的衰减测量）也观察到类似行为。内部水的弛豫时间与体相液体非常相似；前两个水层的弛豫时间明显更长，大约为4倍。在利用孔隙限域将过冷水可及温度范围向更低温度扩展时，应仔细考虑这些发现。