No es necesario el confinamiento: observación de un metastable hidrofóbico húmedo de dos capas de hielo en el grafeno

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie Ciencias de la superficie.
• Ciencia de los materiales ciencia de los materiales.
• Química física es la química física de las cosas.

Sus antecedentes:

• La estructura interfacial del agua es vital para diversos procesos químicos y biológicos.
• El comportamiento del agua confinada, especialmente en las interfaces hidrofóbicas, sigue siendo un área de investigación activa.
• Estudios anteriores predijeron estructuras de hielo específicas bajo confinamiento, pero carecían de validación experimental.

Objetivo del estudio:

• Para investigar experimentalmente la estructura y la dinámica de la celosía de las películas de hielo cristalino de dos capas.
• Para caracterizar un nuevo polimorfo de hielo formado en un sustrato hidrofóbico de grafeno/Pt{111}.
• Para entender el mecanismo de formación y las propiedades geométricas de esta estructura de hielo.

Principales métodos:

• Difracción de electrones de baja energía (LEED)
• Espectroscopia infrarroja de reflexión y absorción (RAIRS)
• Adsorción y desorción de gases raros.
• Simulaciones de dinámica molecular (AIMD) desde el principio.

Principales resultados:

• Observación de un nuevo polimorfo de hielo cristalino de dos capas en el grafeno/Pt{111}.
• Este hielo consiste en dos hojas hexagonales planas apiladas directamente, que difieren de las bicapas de hielo hexagonales.
• La estructura se forma a presión cero, maximizando los enlaces de hidrógeno a expensas de la geometría tetraédrica.

Conclusiones:

• El estudio presenta la primera observación experimental de una estructura de hielo de dos capas predicha.
• Este polimorfo de hielo se forma en una sola interfaz hidrofóbica optimizando el enlace de hidrógeno.
• Los hallazgos avanzan en nuestra comprensión del comportamiento del agua en entornos confinados y en interfaces.