Stabilization of AgI's polar surfaces by the aqueous environment, and its implications for ice formation

文献情報

出版日 2019-06-10
DOI 10.1039/C9CP02193K
インパクトファクター 3.676
著者

Thomas Sayer, Stephen J. Cox


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要旨

Silver iodide is one of the most potent inorganic ice nucleating particles known, a feature generally attributed to the excellent lattice match between its basal Ag-(0001) and I-(000) surfaces, and ice. This crystal termination, however, is a type-III polar surface, and its surface energy therefore diverges with crystal size unless a polarity compensation mechanism prevails. In this simulation study, we investigate to what extent the surrounding aqueous environment is able to provide such polarity compensation. On its own, we find that pure H2O is unable to stabilize the AgI crystal in a physically reasonable manner, and that mobile charge carriers such as dissolved ions, are essential. In other words, proximate dissolved ions must be considered an integral part of the heterogeneous ice formation mechanism. The simulations we perform utilize recent advances in simulation methodology in which appropriate electric and electric displacement fields are imposed. A useful by-product of this study is the direct comparison to the commonly used Yeh–Berkowitz method that this enables. Here we find that naive application of the latter leads to physically unreasonable results, and greatly influences the structure of H2O in the contact layer. We therefore expect these results to be of general importance to those studying polar/charged surfaces in aqueous environments.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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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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