水的自解离对纳米尺度环境不敏感
软凝聚态物质
2023-07-07 v2
摘要
纳米限域效应对水的解离与反应性的影响仍存在争议，尽管其对理解界面、孔隙或气溶胶中的水溶液化学十分重要。受限环境中的 pKw 已在少数特定情形下通过实验与模拟评估，得出了不一致的结论。本文利用精心设计的从头算（ab-initio）模拟表明，体相水解离的能量学完整保持至出乎意料小的尺度，低至仅十余个分子的聚集体或宽度低于 2 nm 的孔隙。原因在于，水自电离所涉及的自由能大多来自断裂 O-H 共价键，其在体相液体、纳米尺寸小液滴或无强界面相互作用的纳米孔隙中均具有相近的势垒。因此，纳米聚集体中或宽度为 1 nm 的二维 slab 中的解离自由能分布再现了体相液体的行为，无论相应纳米相是由固相还是气相界面所限定。本工作对不同尺度下水解离的机理与热力学给出了确定而基本性的描述，并对气-液界面的反应性与自电离具有更广泛的意义。
引用
@article{arxiv.2104.12513,
title = {Water Self-Dissociation is Insensitive to Nanoscale Environments},
author = {Solana Di Pino and Yamila A. Perez Sirkin and Uriel N. Morzan and Verónica M. Sánchez and Ali Hassanali and Damian A. Scherlis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.12513},
year = {2023}
}