Density minimum of confined water at low temperatures: a combined study by small-angle scattering of X-rays and neutrons

文献情報

出版日 2012-01-23
DOI 10.1039/C2CP24075K
インパクトファクター 3.676
著者

M. Erko, D. Wallacher, A. Hoell, T. Hauß, I. Zizak, O. Paris


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要旨

A simple explanation is given for the low-temperature density minimum of water confined within cylindrical pores of ordered nanoporous materials of different pore size. The experimental evidence is based on combined data from in-situ small-angle scattering of X-rays (SAXS) and neutrons (SANS), corroborated by additional wide-angle X-ray scattering (WAXS). The combined scattering data cannot be described by a homogeneous density distribution of water within the pores, as was originally suggested from SANS data alone. A two-step density model reveals a wall layer covering approximately two layers of water molecules with higher density than the residual core water in the central part of the pores. The temperature-induced changes of the scattering signal from both X-rays and neutrons are consistent with a minimum of the average water density. We show that the temperature at which this minimum occurs depends monotonically on the pore size. Therefore we attribute this minimum to a liquid–solid transition of water influenced by confinement. For water confined in the smallest pores of only 2 nm in diameter, the density minimum is explained in terms of a structural transition of the surface water layer closest to the hydrophilic pore walls.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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