Molecular features of hydration layers probed by atomic force microscopy

文献情報

出版日 2018-11-19
DOI 10.1039/C8CP06126B
インパクトファクター 3.676
著者

Zhengqing Zhang, Seol Ryu, Yoonho Ahn, Joonkyung Jang


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要旨

Structurally-ordered layers of water are universally formed on a solid surface in aqueous solution or under ambient conditions. Although such hydration layers are commonly probed via atomic force microscopy (AFM), the current understanding on how the hydration layers manifest themselves in an AFM experiment is far from complete. By using molecular dynamics simulation, we investigate the hydration layers on a hydrophilic or hydrophobic surface probed by a nanoscale tip. We study the density and molecular orientation of water, the free energy, and the force on the tip by varying the tip–surface distance. The force–distance curve oscillates due to the transition between the mono-, bi-, and tri-layers of water confined between the tip and the surface. If both the tip and the surface are hydrophobic, water confined between the tip and the surface evaporates due to the dewetting transition, giving a hydrophobic force without oscillation. The periodicity of oscillation in the force differs from the structural periodicity of water. With a close proximity of the tip, the molecular dipoles align parallel to the surface, regardless of whether the tip and the surface are hydrophilic or hydrophobic.

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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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