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.

1.
M.
Chaplin
,
Biochem. Mol. Biol. Educ.
29
,
54
(
2001
).
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
).
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
).
You do not currently have access to this content.