一维有序单链水红外吸收光谱的分子动力学模拟

摘要

水在纳米通道中会表现出与体相水不一样的独特结构和动力学性质,但现有实验技术依然无法有效地进行探测和表征.光谱是用于研究和鉴别物质成分及其特性的有效技术手段,因此本文利用分子动力学模拟计算了受限在(6,6)单壁碳纳米管中一维有序单链状水(single-file water,SW)的红外吸收光谱,研究发现SW在0—35 THz区域内的主峰相对于体相水有明显的蓝移和增强,分析表明是由于SW的有序性导致分子间的摆转(libration)振动(包括rock,twist,wag三种模式)耦合权重发生变化引起的,即频率较高的twist和wag模式在SW中相对体相水中束缚能减小,振动相对容易发生,从而导致谱峰发生蓝移和增强.与此同时,研究表明SW光谱分量特性能很好地预测和解释SW的结构和动力学性质.进一步地,太赫兹电场效应模拟实验验证了SW的红外吸收能力基本符合光谱的分布特性.