无限石墨烯片中纳米约束水的相变：分子动力学模拟与均场洞察

近期的实验和计算研究表明，纳米约束显著改变水的相行为，使其在压力和温度远低于典型bulk系统所观察到的条件下促成复杂的相变。在结合吸附作用时，纳米约束大幅提升水的吸取能力，主要归因于在等温线曲线起始处发生凝结——这一现象与促进氢键网络形成密切相关。本研究采用双重方法探讨限于无限石墨烯片中的水。我们的分子动力学模拟显示，在所有所调查的温度下均观察到滞后现象。与有限片中因边缘表面张力效应引起的滞后不同，在无限片中，滞后源于纳米尺度上的真实相变。我们分析了水分子在空间和取向上的排列，展示了石墨烯表面如何促进相邻水层中氢键网络的形成。这种纳米环境下水的吸取所需的极低压力，可通过简单的相互作用晶格模型在均场层面加以解释。这归因于吸附剂-吸附剂相互作用的临界压力对指数依赖。