Project. 2025.11化学小组pre

\(\boldsymbol{Project.}\) 2025.11 化学小组pre

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【氢键、水、冰】

\(\it 1.1\) 一维水结冰

该研究利用机器学习驱动的第一性原理模拟，发现纳米受限冰相中存在一种新的稳定机制。

• 新的稳定机制：与传统冰规则中每个水分子形成四个氢键不同，纳米受限的结晶冰可以形成准一维氢键结构，其中每个水分子仅形成两个氢键。
• 结构特点：这些结构由强氢键连接的线性水分子链组成，这些链在一个维度上呈锯齿状排列，并通过范德华相互作用在另一个维度上堆叠这些链而得以稳定。
• 非典型质子行为：氢键和范德华相互作用的这种异常结合导致了非典型的质子行为，例如潜在的铁电行为、低介电响应和长程质子动力学。
• 范德华相互作用的重要性：在纳米受限的单层冰的扁菱形相中，范德华相互作用对稳定晶体结构至关重要。
• 鲁棒性与应用前景：这种准一维冰结构对热波动具有鲁棒性，并可能在分子偶极子的长程有序和氢键动力学中的高空间相干性等技术应用中展现潜力。

\(\it 1.2\) 从水的团簇中揭示氢键的性质

本文研究了水团簇中的氢键特性，旨在通过水团簇的结构和结合性质来理解体相水中的氢键。研究引入了一组新的几何参数来描述供体OH键的成键轨道与受体分子孤对电子的非键轨道之间的重叠程度，并指出这种轨道重叠对氢键强度起主导作用。通过研究水二聚体的结合能与这些参数的依赖关系，验证了这些参数能有效描述氢键强度。

主要发现包括：

• 引入了一组新的几何参数来描述氢键中轨道重叠程度，并证明其能有效描述氢键强度。
• 氢键强度与几何参数（键长、角度参数、均方根偏差）和振动光谱（OH伸缩频率）之间存在良好关联。
• 内溶剂化水团簇异构体形成的氢键数量较少但强度更强。
• DDAA和DDA分子作为氢供体时形成的氢键相对较弱。
• 水六聚体的环状、书本状、笼状和棱柱状异构体分别形成6、7、8和9个氢键，且键合强度显著不同。
• 对于n=17、19和21的(H2O)n团簇，内溶剂化和全表面结构几乎是等能量的。
• 分子内OH键的伸缩振动对其键合环境敏感，且几何参数判断的氢键强度与伸缩频率判断的键合强度一致。

\(\it 1.3\) foods

该论文主要探讨了冰晶结晶的基本理论，重点关注其在食品保鲜中的应用。

• 文章详细阐述了水分子结构、冰晶形成机制以及冰晶结构。
• 文中还概述了冰晶的各种表征方法。
• 一个关键结论是，结晶过程中水分子簇结构的分布直接影响最终冰晶的结构，但这种内在关系仍需进一步研究。
• 该综述指出，实验方法适用于观察冰晶的形态和分布，而模拟方法则为研究水和冰晶中的分子结构变化提供了可能性。
• 该研究的总体目标是提供关于冰晶结晶的全面信息，以促进对冷冻食品中冰晶的更好控制。

或许可以把 1.2 和 1.3 这两篇文章结合起来，从氢键讲到水的团簇，然后再到冰的结晶。

\(\it 1.4\) 二维结冰