In this article, we investigate, through molecular dynamics simulations, the diffusion behavior of the TIP4P/2005 water confined in pristine and deformed carbon nanotubes (armchair and zigzag). To analyze different diffusive mechanisms, the water temperature was varied as 210 ≤ T ≤ 380 K. The results of our simulations reveal that water presents a non-Arrhenius to Arrhenius diffusion crossover. The confinement shifts the diffusion transition to higher temperatures when compared with the bulk system. In addition, for narrower nanotubes, water diffuses in a single line, which leads to its mobility independent of the activation energy.
REFERENCES
1.
M.
Chaplin
, Biochem. Mol. Biol. Educ.
29
, 54
(2001
).2.
B.
Guillot
, J. Mol. Liq.
101
, 219
(2002
).3.
G.
Franzese
, V.
Bianco
, and S.
Iskrov
, Food Biophys.
6
, 186
(2011
).4.
P.
Kumar
, Z.
Yan
, L.
Xu
, M. G.
Mazza
, S.
Buldyrev
, S.-H.
Chen
, S.
Sastry
, and H.
Stanley
, Phys. Rev. Lett.
97
, 177802
(2006
).5.
D.
Corradini
, P.
Gallo
, and M.
Rovere
, J. Phys: Conf. Ser.
177
, 012003
(2009
).6.
D.
Corradini
, P.
Gallo
, and M.
Rovere
, J. Mol. Liq.
159
, 18
(2011
).7.
M.
Chaplin
, “Water structure and science: Anomalous properties of water
,” http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html (2020
).8.
R. J.
Speedy
and C. A.
Angell
, J. Chem. Phys.
65
, 851
(1976
).9.
P. A.
Netz
, F. W.
Starr
, H. E.
Stanley
, and M. C.
Barbosa
, J. Chem. Phys.
115
, 344
(2001
).10.
P.
Pugliese
, M. M.
Conde
, M.
Rovere
, and P.
Gallo
, J. Phys. Chem. B
121
, 10371
(2017
).11.
M.
De Marzio
, G.
Camisasca
, M.
Rovere
, and P.
Gallo
, J. Chem. Phys.
144
, 074503
(2016
).12.
K.
Ito
, C. T.
Moynihan
, and C. A.
Angell
, Nature
398
, 492
(1999
).13.
P. H.
Poole
, F.
Sciortino
, U.
Essmann
, and H. E.
Stanley
, Nature
360
, 324
(1992
).14.
R.
Shi
, J.
Russo
, and H.
Tanaka
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
115
, 9444
(2018
).15.
A. K.
Soper
, J. Chem. Phys.
150
, 234503
(2019
).16.
R.
Shi
, J.
Russo
, and H.
Tanaka
, J. Chem. Phys.
149
, 224502
(2018
).17.
M.
Fitzner
, G. C.
Sosso
, S. J.
Cox
, and A.
Michaelides
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
116
, 2009
(2019
).18.
L.
Liu
, S.-H.
Chen
, A.
Faraone
, S.-W.
Yen
, and C.-Y.
Mou
, Phys. Rev. Lett.
95
, 117802
(2005
).19.
L.
Xu
, P.
Kumar
, S. V.
Buldyrev
, S.-H.
Chen
, P. H.
Poole
, F.
Sciortino
, and H. E.
Stanley
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
102
, 16558
(2005
).20.
S.-H.
Chen
, F.
Mallamace
, C.-Y.
Mou
, M.
Broccio
, C.
Corsaro
, A.
Faraone
, and L.
Liu
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
103
, 12974
(2006
).21.
M. H.
Köhler
, J. R.
Bordin
, C. F.
de Matos
, and M. C.
Barbosa
, Chem. Eng. Sci.
203
, 54
(2019
).22.
Y.-C.
Liu
, J.-W.
Shen
, K. E.
Gubbins
, J. D.
Moore
, T.
Wu
, and Q.
Wang
, Phys. Rev. B
77
, 125438
(2008
).23.
A.
Alexiadis
and S.
Kassinos
, Chem. Rev.
108
, 5014
(2008
).24.
T.
Nanok
, N.
Artrith
, P.
Pantu
, P. A.
Bopp
, and J.
Limtrakul
, J. Phys. Chem. A
113
, 2103
(2009
).25.
A.
Barati Farimani
and N. R.
Aluru
, J. Phys. Chem. B
115
, 12145
(2011
).26.
J. R.
Bordin
, A. B.
de Oliveira
, A.
Diehl
, and M. C.
Barbosa
, J. Chem. Phys.
137
, 084504
(2012
).27.
J.
Hassan
, G.
Diamantopoulos
, L.
Gkoura
, M.
Karagianni
, S.
Alhassan
, S. V.
Kumar
, M. S.
Katsiotis
, T.
Karagiannis
, M.
Fardis
, N.
Panopoulos
et al., J. Phys. Chem. C
122
, 10600
(2018
).28.
L.
Gkoura
, G.
Diamantopoulos
, M.
Fardis
, D.
Homouz
, S.
Alhassan
, M.
Beazi-Katsioti
, M.
Karagianni
, A.
Anastasiou
, G.
Romanos
, J.
Hassan
, and G.
Papavassiliou
, Biofluidics
14
, 034114
(2020
).29.
K. V.
Agrawal
, S.
Shimizu
, L. W.
Drahushuk
, D.
Kilcoyne
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
12
, 267
(2017
).30.
E.
Mamontov
, C. J.
Burnham
, S.-H.
Chen
, A. P.
Moravsky
, C.-K.
Loong
, N. R.
De Souza
, and A. I.
Kolesnikov
, J. Chem. Phys.
124
, 194703
(2006
).31.
K.
Falk
, F.
Sedlmeier
, L.
Joly
, R. R.
Netz
, and L.
Bocquet
, Nano Lett.
10
, 4067
(2010
).32.
A.
Kalra
, S.
Garde
, and G.
Hummer
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
100
, 10175
(2002
).33.
O. M.
Braun
and Y. S.
Kivshar
, Phys. Rev. B
50
, 13388
(1994
).34.
O. M.
Braun
, T.
Dauxois
, M. V.
Paliy
, and M.
Peyrard
, Phys. Rev. B
54
, 321
(1996
).35.
P.
Ternes
, A.
Mendoza-Coto
, and E.
Salcedo
, J. Chem. Phys.
147
, 034510
(2017
).36.
M. P.
Anantram
, Appl. Phys. Lett.
78
, 2055
(2001
).37.
Q.
Wang
, Int. J. Solids Struct.
41
, 5451
(2004
).38.
R.
Ansari
, M.
Mirnezhad
, and S.
Sahmani
, Meccanica
48
, 1355
(2013
).39.
C. Y.
Won
, S.
Joseph
, and N. R.
Aluru
, J. Chem. Phys.
125
, 114701
(2006
).40.
Y.
Liu
, Q.
Wang
, L.
Zhang
, and T.
Wu
, Langmuir
21
, 12025
(2005
).41.
E.
Wagemann
, E.
Oyarzua
, J. H.
Walther
, and H. A.
Zambrano
, Phys. Chem. Chem. Phys.
19
, 8646
(2017
).42.
A. B.
de Oliveira
, H.
Chacham
, J. S.
Soares
, T. M.
Manhabosco
, H. F. V.
de Resende
, and R. J. C.
Batista
, Carbon
96
, 616
(2016
).43.
B.
Xu
, Y.
Li
, T.
Park
, and X.
Chen
, J. Chem. Phys.
135
, 144703
(2011
).44.
B. H. S.
Mendonça
, D. N.
de Freitas
, M. H.
Köhler
, R. J. C.
Batista
, M. C.
Barbosa
, and A. B.
de Oliveira
, Physica A
517
, 491
(2019
).45.
B. H. S.
Mendonça
, P.
Ternes
, E.
Salcedo
, A. B.
de Oliveira
, and M. C.
Barbosa
, J. Chem. Phys.
152
, 024708
(2020
).46.
J. L. F.
Abascal
and C.
Vega
, J. Chem. Phys.
123
, 234505
(2005
).47.
C.
Vega
and J. L. F.
Abascal
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 19663
(2011
).48.
P. J.
Camp
, Phys. Rev. E
68
, 061506
(2003
).49.
P. J.
Camp
, Phys. Rev. E
71
, 031507
(2005
).50.
J. E.
Lennard-Jones
, Proc. Phys. Soc.
43
, 461
(1931
).51.
G.
Hummer
, J. C.
Rasaiah
, and J. P.
Noworyta
, Nature
414
, 188
(2001
).52.
53.
J.-P.
Ryckaert
, G.
Ciccotti
, and H. J. C.
Berendsen
, J. Comput. Phys.
23
, 327
(1977
).54.
D.
Ostler
, S. K.
Kannam
, P. J.
Daivis
, F.
Frascoli
, and B. D.
Todd
, J. Phys. Chem. C
121
, 28158
(2017
).55.
I.
Hanasaki
and A.
Nakatani
, J. Chem. Phys.
124
, 144708
(2006
).56.
E. M.
Kotsalis
, J. H.
Walther
, and P.
Koumoutsakos
, Int. J. Multiphase Flow
30
, 995
(2004
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.