在纳米级空腔中的水,无处不在,这对地质学和生物学的日常现象,是至关重要的。然而,纳米尺度水的性质,可能显著有别于常规体水bulk water性质,例如,纳米通道中,水呈现异常低的介电常数、接近无摩擦的水流,或可能存在方形冰相square ice phase。这些特性表明,纳米承压水nanoconfined water,可用于纳米流体、电解质材料和水脱盐的技术应用。然而,在纳米尺度上,对水进行实验表征的挑战和第一性原理模拟的高成本,阻碍了控制水的行为所需的分子水平理解。 今日,英国 剑桥大学(University of Cambridge)Venkat Kapil,Christoph Schran,Angelos Michaelides等,在Nature上发文,融合了一系列计算方法,第一性原理研究了类石墨烯通道内的单层水。 研究发现,单层水表现出新颖丰富和多样的相行为,其高度敏感于温度和作用于纳米通道内的范德华压力。除了熔化温度随压力非单调变化超过400开尔文的多个分子相之外,还预测了介于固体和液体之间的六方相,以及具有超过电池材料的高电导率的超离子相。 这一研究表明,纳米限制nanoconfinement,有望易得并实现超离子行为的前景途径。
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The first-principles phase diagram of monolayer nanoconfined water. 单层纳米承压水的第一性原理相图。
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图1:单层纳米承压水的相图。
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图2:在中等压力下,单层水的六方相。
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图3:高压时的超离子行为。
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