Solvation free energies for periodic surfaces: comparison of implicit and explicit solvation models‡

文献情報

出版日 2016-10-28
DOI 10.1039/C6CP04094B
インパクトファクター 3.676
著者

Stephan N. Steinmann, Carine Michel


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要旨

The evaluation of solvation energies is a great challenge. We focus here on an organic molecule chemisorbed at a metal–liquid interface, as a prototypical system, essential in tribology, electrochemistry and heterogeneous catalysis. We compare an established implicit solvation scheme with a strategy based on molecular mechanics (MM) free energy perturbation (FEP) seeded by QM computations. First, we benchmark the approaches against experimental hydration energies of standard (organic) molecules and find acceptable errors in the order of 0.06 eV (1.3 kcal mol−1). Then, the impact of various parameters on the solvation energy of an adsorbate have been assessed on a typical system of interest, levulinic acid adsorbed at a Ru(0001)/water interface. We identify the need for dipole corrections or symmetric slabs when including solvation effects on metallic surfaces. The MM-FEP scheme is revealed to be as reliable as the implicit solvent for water. In the case of levulinic acid, both PCM and MM-FEP agree that the bulk solvation effect is not sufficient to change the adsorption mode from bidentate to mono-dentate, despite the fact that the COOH group is desolvated in the bidentate case. MM-FEP has the great advantage of being more easily generalized to other solvents and to be further improved which will be particularly useful to study solvent and (counter-)ion effects on interfacial reactions.

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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

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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