Bifurcate localization modes of excess electron in aqueous Ca2+⋯amide solution revealed by ab initio molecular dynamics simulation: towards hydrated electron versus hydrated amide anion

文献情報

出版日 2016-06-14
DOI 10.1039/C6CP03552C
インパクトファクター 3.676
著者

Ru Zhang, Yuxiang Bu


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要旨

In this work, we conduct ab initio molecular dynamics simulations on the localization dynamics of an excess electron (EE) in acetamide/Ca2+ aqueous solutions with three different interaction modes of Ca2+ with acetamide: tight contact, solvent-shared state, and separated interaction. The simulated results reveal that an EE could exhibit two different localization behaviors in these acetamide/Ca2+ aqueous solutions depending on different amide⋯Ca2+ interactions featuring different contact distances. For the tight contact and solvent-shared state of amide⋯Ca2+ solutions, vertically injected diffuse EEs follow different mechanisms with different dynamics, forming a cavity-shaped hydrated electron or a hydrated amide anion, respectively. Meanwhile, for the separated state, only one localization pattern of a vertically injected diffuse EE towards the formation of hydrated amide anion is observed. The hindrance of hydrated Ca2+ and the attraction of the hydrated amide group originating from its polarity and low energy π* orbital are the main driving forces. Additionally, different EE localization modes have different effects on the interaction between the amide group and Ca2+ in turn. This work provides an important basis for further understanding the mechanisms and dynamics of localizations/transfers of radiation-produced EEs and associated EE-induced lesions and damage to biological species in real biological environments or other aqueous solutions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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