周期性调制表面间自纳米限域水通道中的增强扩散：来自分子动力学模拟的见解

已知水的纳米限域发生在材料空隙空间内，例如表面间的二维限域、纳米管内的一维限域以及纳米多孔材料内的变维度限域。本文通过分子动力学模拟，研究了纳米管束相邻表面间空隙空间内纳米限域水通道的形态和自扩散系数——纳米管束是一类现有材料。在模拟中，我们首先让水完全填充空隙空间，然后逐步增加表面间距，同时保持水含量不变。我们发现，随着表面间距的增加，水通道的维度从二维降至一维，后者由沿表面沟槽的自限域水通道组成。这些一维水纳米通道的形态和自扩散系数强烈依赖于水-表面相互作用的性质以及纳米管的直径。有趣的是，当我们将纳米管直径从10纳米减小到5纳米时，亲水表面的一维通道自扩散系数增加了十倍，疏水表面增加了六倍，两者均超过了体相水的值。我们还研究了块体束材料间隙空隙中的水通道，发现了与表面通道相似的一维水通道。