Hydrogen Bonds in Excited State Proton Transfer
生物生色团与周围蛋白质和溶剂环境之间的氢键相互作用显著影响生色团的光化学途径及其生物学功能。在这些系统的动力学中的共同的第一步是非共价结合的分子之间的激发态质子转移，其使系统稳定以防解离并且主要改变弛豫途径。尽管有这样的基本重要性，研究激发态质子通过氢键的转移已经被证明是困难的，留下了关于机制的不确定性。通过时间分辨的光电子成像测量，我们证明了一个氢键的加入和一个激发态质子转移通道的打开如何戏剧性地改变光化学反应的结果，从孤立发色团的快速解离到氢键情况下的有效稳定和基态恢复，并揭示了氢键处的激发态质子转移的机制，其遵循顺序的氢和电荷转移过程。
2017-12-15 physics.chem-ph
Rethinking hydrogen-bond kinetics
在基础水平上，我们对水氢键动力学的理解主要建立在对经典分子模拟的详细分析上。后者根据不同的性质，包括几何距离、拓扑学和能量学，发展了大量的氢键定义。尽管如此，这些办法并没有形成真正的共识，因此难以制定一个一致和可靠的定义。在这方面的贡献，一个框架来研究氢键在液态水的基础上纯粹的动力学。这种方法利用承诺概率的分析，而不依赖于任意选择的序参量和截止。我们的研究结果提供了一个自洽的描述，导致在一个明确的多指数的动力学行为的证据。
2013-08-05 physics.chem-ph
Quantifying hydrogen bonding using electrically tunable nanoconfined water
该研究提出将氢键视为电场中弹性偶极子的新方法，并以石膏中的二维结晶水为模型，仅凭伸缩振动频率量化氢键强度及相关性质，同时提出氢键异质结构新材料。
2025-02-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Hydrogen Bonding in Protic Ionic Liquids: Structural Correlations, Vibrational Spectroscopy, and Rotational Dynamics of Liquid Ethylammonium Nitrate
利用分子动力学模拟和红外、核磁共振实验对硝酸乙铵中氢键的性质进行了分析。硝酸乙基铵具有柔性的三维氢键网络，具有中等强度，这使得它不同于相关的三乙基铵基离子液体。首先，网络的灵活性表现在氢键几何形状的不太明显的相关性，这是由键合伙伴的快速互换引起的。网络的大的柔性导致中红外吸收带的显著加宽，由于N-H伸缩运动的贡献范围从2800到3250~ \cm。最后，在N-H键矢量的转动关联中也观察到不同的动力学，其中观察到的相关时间短至16.1~ps。
2017-10-26 physics.chem-ph
HBAT 2: A Python Package to Analyse Hydrogen Bonds and Other Non-covalent Interactions in Macromolecular Structures
HBAT 2是一款基于Python的工具，用于分析宏分子结构中的氢键及其他非共价相互作用，提供多种用户界面以满足不同需求。
2026-02-16 physics.chem-ph
The quest for self-consistency in hydrogen-bond definitions
在过去的几十年中，通过经典的计算机模拟，提出了几个氢键的定义。为了验证它们在广泛条件下的自洽性，本文对温度范围从220 K到400 K的六种最常见的氢键定义和六种经典的水模型进行了比较研究。我们的研究结果表明，在调查的温度区间，一般弱的定义之间的协议。此外，基于几何的定义的截止选择取决于温度和水模型。因此，分析不同温度下的相同水模型以及相同温度下的不同水模型将需要开发特定的截止值。有趣的是，发现两个氢键的定义，最近推出，以改善更传统的方法之间存在很大的差异。我们的研究结果预计，一个更普遍的方式来表征氢键在经典的分子系统是必要的。
2013-08-23 physics.chem-ph
Elucidating the Nature of $π$-hydrogen Bonding in Liquid Water and Ammonia
本研究通过机器学习势增强的从头算路径积分分子动力学模拟，阐明了液态水和氨中苯周围π-氢键的结构、动力学及光谱特征，并揭示了水中特有的反协同效应，为经验力场描述提供了参考。
2024-03-19 physics.chem-ph
Quantum delocalization of protons in the hydrogen bond network of an enzyme active site
酶利用蛋白质结构来创建高度专业化的结构基序，可以大大提高复杂化学转化的速率。在这里，我们使用的实验，结合从头算模拟，完全包括核量子效应，表明一个三联体的强氢键酪氨酸残基内的活性位点的酶甾酮异构酶（KSI）促进量子质子离域。这种离域显着稳定的活性位点酪氨酸残基的去质子化，导致在其酸性非常大的同位素效应。当中间类似物对接时，其被并入氢键网络中，从而在活性位点中产生扩展的量子质子离域。这些结果揭示了核量子效应在稳定KSI活性中间体的氢键网络中的作用，以及质子在含有强氢键的生物系统中的行为。
2015-01-01 physics.chem-ph
Hydrogen bonding characterization in water and small molecules
基于密度泛函理论，采用第一性原理计算研究了水二聚体中的氢键，质子化水二聚体中的氢键，其他小分子中的氢键，水环团簇中的氢键，以及冰中的氢键，涵盖了很宽的键强度范围.我们计算结构，能量，和静电（诱导分子偶极矩）属性。特别是，氢键的特点是在微分电子密度分布和配置文件，以及最大本地化的Wannier函数的中心的移位。来自后一个量的信息可以被传递到一个单一的几何键参数中，该几何键参数似乎与迈耶键序参量相关，并且可以被视为对氢键的共价贡献的估计。通过考虑环状水六聚体和冰的六方相，我们还阐明了氢键形成中合作/反合作效应的重要性。
2017-03-24 cond-mat.other physics.chem-ph
Energy relaxation and thermal diffusion in IR pump-probe spectroscopy of hydrogen-bonded liquids
红外泵浦-探测光谱提供了氢键液体动力学的详细信息。由于所吸收的泵浦脉冲能量的耗散，热平衡动力学也有助于观察到的信号。将这种贡献从分子反应中分离出来仍然是一个开放的挑战。通过对液态氘代甲醇的非平衡分子动力学模拟，我们发现快的分子振动弛豫和慢的热扩散是解耦的，并且发生在不同的长度尺度上。氢键网络的瞬态结构通过影响几纳米长度尺度上的热扩散率来影响热弛豫。
2019-06-03 physics.chem-ph
Effect of Substitution Group on Intramolecular Hydrogen Bond of Amino Alcohols from Raman spectroscopy
本研究利用拉曼光谱和理论计算探讨N端取代基对氨基醇分子内氢键的影响，发现供电子基团取代能增强氢键并增加构象比例，为调控氢键强度和CO2捕获策略提供新见解。
2024-03-21 physics.chem-ph
Observation of biradical spin coupling through hydrogen bonds
分子间电子自旋相互作用的研究在科学和技术领域都具有重要意义，本文利用超低温扫描隧道显微镜在Au（111）表面制备了全反式维甲酸分子自由基对。用磁场相关谱确定了两个自由基之间的反铁磁耦合，测得的交换能为0.1 - 1.0meV。双自由基自旋耦合介导的O-H $\cdots$ O氢键，阐明从分析结合密度泛函理论计算和现代版本的价键理论。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Hydrogen Bonding in Ionic Liquids Probed by Linear and Nonlinear Vibrational Spectroscopy
采用红外光谱、线性拉曼光谱和多重CARS光谱研究了三种咪唑基离子液体[Cnmim][NTf 2]的结构，其中咪唑环1位上的烷基链长分别为1、2和8。重点一直在咪唑环的CH-伸缩区域，这是应该携带有关离子液体中可能的氢键网络的信息。的测量结果进行了比较，计算相应的非谐振动光谱的簇[C2mim][NTf 2]组成的四个离子对。结果支持C（4）-H和C（5）-H基团间存在弱氢键，C（2）-H基团间存在较强氢键的假设。
2012-09-05 physics.chem-ph
Performance of a Nonempirical Density Functional on Molecules and Hydrogen-Bonded Complexes
最近，Tao和Mo（TM）基于模型交换关联空穴导出了一个亚广义梯度近似泛函。在这项工作中，该功能的性能进行评估的标准测试集，使用6-311++G（3df，3 pd）基组。这些测试集包括223个G3/99形成的势能、99个原子化能、76个势垒高度、58个电子亲合能、8个质子亲合能、96个键长、82个谐波振动频率、10个氢键分子复合物和22个原子激发能。我们的计算表明，TM功能可以实现高精度的大多数性能考虑，相对于LSDA，PBE，和TPSS泛函。特别是，它产生的质子亲和力，谐波振动频率，氢键离解能和键长，原子激发能的最佳精度。
2016-12-16 physics.chem-ph
Indirect Interactions Between Proton Donors Separated by Several Hydrogen Bonds
我们扩大了我们最近提出的质子传导机制的定义，包装酸机制，这发生在条件下的集中质子供体。最初的定义指出，只有当质子供体之间直接形成氢键时，才发生酸-酸相互作用，这有助于克服速率决定步骤的障碍。在这里，它表明，质子供体可以相互作用，即使当供体通过几个H-键分离。这些相互作用对质子扩散系数的影响是由从头计算证实。
2016-10-23 physics.chem-ph
Revealing the multi-bonding state between hydrogen and graphene-supported Ti clusters
氢在石墨烯负载的金属簇上的吸附由于氢和金属簇之间的键合的复杂性质而引起了很多争议。实验和理论研究了氢和石墨烯负载钛团簇的键型。透射电子显微镜观察表明，在石墨烯上形成了纳米级的Ti团簇。热脱附光谱从氢化石墨烯支撑的Ti簇中捕获三个氢脱附峰。第一性原理计算还发现了三种类型的相互作用：两种类型的键具有不同的部分离子特性和物理吸附。其物理起源取决于Ti团簇的电荷状态：当Ti团簇是中性的时，H2解离，并且H与Ti团簇形成键。另一方面，H2以分子形式吸附在带正电荷的Ti簇上，导致物理吸附。因此，这项工作阐明了氢在石墨烯负载的钛簇上的成键机制。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Quantum Nature of the Hydrogen Bond from Ambient Conditions down to Ultra-low Temperatures
许多实验技术，如标记光解离和氦纳米液滴分离光谱操作在非常低的温度下，以研究氢键。为了阐明这种超冷和通常的环境条件之间的差异，不同的氢键系统进行了系统的研究，从300 K到约1 K，使用路径积分模拟，明确考虑两个，原子核和热波动的量子性质。为了这个目的，有限大小的水簇，特别是水二聚体和六聚体，质子化水簇，包括Zundel和本征络合物，以及作为凝聚相代表的六方冰直接作为温度的函数进行比较。而较弱的氢键，目前在中性系统中，显示出明显的结构差异之间的环境条件和超冷制度，较强的氢键的质子化的水簇相比，它们的量子基态受温度的扰动。在所有研究的系统中，发现原子核的量子离域随温度变化剧烈。有趣的是，当达到约1 K的温度时，对于相对较弱的空间约束，重氧的空间量子离域接近质子的空间量子离域，并且在Zundel络合物中的中心氢键的情况下甚至显著超过后者。这些发现与在超冷与环境条件下进行的氢键实验之间的比较有关，并且通过将我们对非共价相互作用的见解无缝扩展到超低温来理解原子核的量子离域现象。
2019-11-21 physics.chem-ph
Unravelling the influence of quantum proton delocalization on electronic charge transfer through the hydrogen bond
在形成氢键后，电子电荷密度在供体和受体之间转移，影响从水合到光谱的过程。在这里，我们使用从头算路径积分模拟，以阐明核量子效应在确定的范围内的氢键物种在气相和液相中的电荷转移的作用。我们表明，原子核的量子化会引起电荷转移幅度及其温度依赖性的巨大变化。然后，我们解释了如何一个单一的几何参数确定通过氢键的电荷转移。因此，这些结果表明，核量子效应是至关重要的电荷转移的准确描述，并提供了一个物理透明的方式来理解氢键如何引起它。
2018-11-27 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Density functional theory study on the dihydrogen bond cooperativity in the growth behavior of dimethyl sulfoxide clusters
本文采用密度泛函理论对DMSO团簇的结构进行了研究，并利用分子静电势和分子中原子的量子理论（QTAIM）对团簇的结构和稳定性进行了分析。DMSO团簇的基态几何构型更倾向于以衔尾蛇的形式存在。两两相互作用能的计算表明，相邻的DMSO分子的甲基之间的相互作用和不稳定是由甲基，这是彼此远离。分子静电势分析表明，在奇数簇上存在空穴，这有助于它们的高度定向生长。QTAIM分析表明，分子间存在两个氢键，SOC型氢键和甲基CHC型氢键。计算值和Laplacian值均为正的分子间键，支持非共价相互作用的存在。计算得到的氢键椭圆率大于2，证实了电子的离域性，主要是由于甲基的氢-氢相互作用。总氢键能与所观察到的总局域电子密度的关系曲线显示出线性关系，相关系数接近1，这表明分子间二氢HH键的协同效应。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Nature of Hydrogen Bond in Water
本工作致力于研究氢键的物理性质。氢键势$Φ_{H} (r,Ω)$作为水分子相互作用能的不可约部分进行了研究。它被定义为广义Stillinger-David势与色散势和多极相互作用势之和的差。$Φ_{H} (r,Ω)$对分子间电位的相对贡献不超过（10 \div 15）%。
2012-02-14 physics.chem-ph
Review: Multifield mediation of the hydrogen-bonding network and properties of the deionized water and the monovalent Lewis-Hofmeister solutions
通过酸、碱、盐和有机分子溶剂化的阴离子、阳离子、电子、孤对电子、质子和分子偶极的电荷注入通过O：H形成、HH脆化、O：=：O压缩、静电极化、H2O偶极屏蔽和溶质/溶质相互作用介导O：HO键合网络和溶液的性质
2018-10-21 physics.chem-ph
Hydrogen Bonding and Nuclear Quantum Effects in Clays
氢键在粘土的化学中是至关重要的，介导粘土表面和水之间的相互作用，并且对于分离层之间的一些材料。粘土计算模型的准确性取决于处理电子结构的理论水平，这是公认的。然而，对于氢键系统，轻氢核在电子势能面上的运动常常受到量子离域的影响。使用路径积分分子动力学，我们表明，核量子效应导致一个相对较小的变化，在粘土的结构，但一个是可比的变化所引起的治疗粘土在不同层次的电子结构理论。考虑到量子效应会削弱粘土中的氢键，粘土不同层之间的氢键比同一层内的氢键受到的影响更大;这归因于一个事实，即层内H原子的限制与其参与氢键无关。更重要的是，核量子效应对氢键的削弱导致这些系统的振动光谱发生变化，显著地移动了O-H伸缩峰，这意味着为了通过计算建模充分理解这些光谱，必须包括电子和核量子效应。我们发现，流行的CLAYFF模型的粘土，O-H伸缩区域的振动光谱的重新参数化后，更好地匹配的实验之一，与其他实验性质的模型的协议没有损害。
2021-12-23 physics.chem-ph
Mediation of hydrogen-bond coupling interactions by programmable heating and salting
结果表明，程序升温和盐化对O：H-O氢键的O：H和H-O伸缩声子的频移具有相同的影响，表明程序升温和盐化都使O：H键变长变软，而使H-O键变短变硬，这是由于相邻氧原子间电子对的库仑排斥作用减弱所致.理解为霍夫迈斯特系列提供了可能的机理和洗涤剂对织物的洗涤效果。
2013-10-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Hydrogen bonding in water under extreme confinement
Stanford University（斯坦福大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Brown University（布朗大学）；Vanderbilt University（范德堡大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；SLAC National Laboratory（斯坦福直线加速器中心国家实验室）
本研究通过原位振动电子能损谱技术，在碳纳米管中直接观察水分子氢键，揭示了受限条件下氢键的量子动态特性及结构相变。
2025-12-22 physics.chem-ph physics.ins-det
Acid Base Chemistry of Short Hydrogen Bonds: A Tale of Schrödinger's Cat in Glutamine-Derived Crystals
研究通过路径积分从头算分子动力学揭示，在L-谷氨酸衍生有机晶体的短氢键中，核量子效应消除经典势垒并使质子对称化，使供体和受体同时具备酸碱双重性质。
2025-08-11 physics.chem-ph
Covalent features in the hydrogen bond of a water dimer: molecular orbital analysis
Jilin University（吉林大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
本研究通过密度泛函理论与post-Hartree-Fock方法，发现水二聚体氢键存在两个跨氧氢的成键分子轨道，结合能量分解分析证实其类共价特征，为水相关体系及生命科学的本质理解提供新依据。
2015-07-08 physics.atm-clus physics.chem-ph
Unified description of hydrogen bonding and of proton transfer by a two-state effective Hamiltonian
由于分子中H原子轨道与施主和受主原子轨道之间的量子力学相互作用，两个分子之间的氢键被认为是有效的哈密顿量。哈密顿量作用于两个非绝热态，并且其矩阵元具有简单的化学激发形式。该模型提供了洞察到“氢键之谜”，描述了不同类别的债券，和经验之间的相关性的供体-受体的距离R和结合能，键长，和软化的振动频率。一个关键的预测是UV光解的氢键复合物通过激发的电子态与提高振动频率。
2011-09-21 cond-mat.str-el physics.chem-ph
Simultaneous photon absorption as a probe of molecular interaction and hydrogen-bond correlation in liquids
我们研究了液体甲醇中相邻分子对近红外光子的同时吸收。两个OH-伸缩模式的同时吸收被发现发生在一个能量高于两个吸收模式的总和。该频移由模式之间的相互作用引起，并且其值已被用于确定相邻甲醇分子之间的平均耦合。我们发现的均方根耦合强度为46+/-1 cm-1，远远大于可以解释的过渡偶极耦合，这表明氢键介导的相邻分子之间的相互作用在液体甲醇中发挥了重要作用。同时振动吸收的最重要的方面是，它允许定量调查的氢键协同。我们推导出在何种程度上的氢键强度的相邻分子的相关性通过比较线的形状的吸收带所造成的同时吸收的基本过渡。令人惊讶的是，发现甲醇中相邻的氢键具有很强的相关性，从数据中我们获得了0.69+/-0.12的氢键相关系数。
2007-03-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
3D confinement of water: H2O exhibits long-range (> 50 nm) structure while D2O does not
水是生命的液体，这要归功于它的三维自适应氢键网络。这个网络的限制可能会导致戏剧性的结构变化，影响化学和物理转化。虽然限制效应发生在< 1 nm的长度尺度上，但长度尺度的上限尚不清楚。在这里，我们调查的3D限制范围从58 - 140 nm的长度尺度。通过在不同尺寸的两性离子脂质体中限制水，并使用二次谐波散射（SHS）测量氢键网络构象的变化，我们确定了在轻水和重水中的长程限制效应。D2 O在< 58 nm（< 3.10^6个D2 O分子）时没有可检测到的3D限制效应。H2O则不同：囊泡封闭的内部氢键网络具有不同的构象相比，外部网络和SHS响应尺度与限制空间的体积。H2O在距离> 140 nm（> 4.10^7个H2O分子）时显示出限制效应。
2022-05-27 physics.chem-ph
Picosecond lifetimes of hydrogen bonds in the halide perovskite CH$_3$NH$_3$PbBr$_3$
本文通过机器学习力场分子动力学模拟，研究了CH$_3$NH$_3$PbBr$_3$中氢键在70 K至350 K范围内的动力学，发现氢键寿命随温度升高从7.6 ps降至0.16 ps并呈阿伦尼乌斯行为，同时揭示了氢键对振动态和物理性质的重要影响。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phonon abundance-stiffness-lifetime transition from the mode of heavy water to its confinement and hydration
的时间和空间分辨的声子光谱的组合，使校准的氢键从重水的振动模式的核心/壳nanodroplet和亚纳米尺寸的离子水合壳的声子丰度/寿命/刚度方面的过渡。它是发现，电荷注入盐溶剂化和皮肤形成的分子配位不足（通常称为限制）共享相同的超固体HO（DO作为探针）键收缩，O：H伸长，和电子极化。键的转变导致了溶液粘度、表面应力的降低，并使分子动力学变慢.皮肤反射进一步阻碍声子能量耗散，从而延长纳米液滴的声子寿命。
2018-10-21 physics.chem-ph
Physical Nature of Hydrogen Bond
讨论了氢键（H键）的物理性质和正确定义。分析了氢键对水的热力学、动力学和光谱性质的影响。氢键作为水分子之间的尖锐定向和饱和桥的传统模型与水的比容、蒸发热、自扩散和运动剪切粘度系数的行为不相容。另一方面，本文还指出，水分子的偶极矩变化和羟基的价振动频移完全可以用氢键静电模型来解释。同时，水在液态和汽态下的热容随温度的变化关系清楚地证明了弱氢键的存在。对水二聚体的分析表明，弱氢键对其基态能量的贡献比水分子间静电相互作用的能量约低4--5倍。得出了氢键在其他情况下具有相同性质的结论。
2015-09-01 physics.chem-ph
Properties of Hydrogen Bonds in the Protic Ionic Liquid Ethylammonium Nitrate. DFT versus DFTB Molecular Dynamics
用密度泛函理论和密度泛函紧束缚方法对质子离子液体硝酸乙铵六聚体簇进行了比较分子动力学模拟.重点是评估DFTB方法的性能，以描述离子之间氢键的动力学和红外光谱特征。平均几何形状和几何相关性被发现是相当相似的。这同样适用于远红外光谱区域。差异更明显的NH-和CH-伸缩带，DFTB预测更广泛的强度分布。DFTB完全不能描述由硝酸根阴离子振动形成的指纹范围。最后，H-键内的电荷波动的特征在于产生适度的几何形状的依赖性。在此基础上，推荐用DFTB模拟这类离子液体的氢键性质。
2017-03-23 physics.chem-ph
Hiding in the crowd: Spectral signatures of overcoordinated hydrogen bond environments
具有过量氢键伙伴的分子在基本化学过程中起着至关重要的作用，从过冷水中的异常扩散到水质子缺陷的运输和疏水溶质周围水的有序化。在这里，我们表明，过协调的氢键环境可以识别在环境和过冷制度的液态水相结合的实验拉曼多变量曲线分辨率测量和机器学习加速量子模拟。特别是，我们发现，OH基团出现在光谱区域通常与非氢键物种实际上对应于氢键形成过协调的环境中。我们进一步表明，只有这些物种表现出人口的营业额作为温度的函数，这是强大的，并持续在恒定的压力和密度条件下。因此，这项工作提供了一个新的工具来识别，解释和阐明拥挤的氢键网络的光谱特征。
2019-06-21 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Conjugation in hydrogen-bonded systems
本文通过分析氟化氢、水和氨团簇的电子密度分布，揭示氢键体系中存在σ-与π-结合，并指出离域共轭π体系是决定团簇额外稳定性和协同现象的关键因素。
2012-04-02 physics.atm-clus physics.chem-ph
Crystal structures and proton dynamics in potassium and cesium hydrogen bistrifluoroacetate salts with strong symmetric hydrogen bonds
用单晶中子衍射技术测定了室温、20 K和14 K下双三氟乙酸钾和铯的晶体结构。晶体分别属于I2/a和A2/a单斜空间群，没有明显的相变。对于这两种晶体，三氟乙酸盐实体形成通过横跨反转中心的非常短的氢键连接的二聚体。任何质子无序或双最小势都可以被拒绝。重新分析了先前发表的[Fillaux和Tomkinson，Chem.Phys.158（1991）113]在500 ~ 1000 cm^{-1}之间OH伸缩区的非弹性中子散射谱线。最佳拟合电位具有马来酸氢钾已报道的主要特征[Fillaux等人，Chem.Phys.244（1999）387]。它由一个包含基态的窄阱和一个对应于氢键解离的浅上部组成。
2004-12-24 nlin.PS physics.chem-ph
Characterizing and contrasting structural proton transport mechanisms in azole hydrogen bond networks using ab initio molecular dynamics
咪唑和1，2，3-三唑是有前途的氢键杂环，通过结构机制传导质子，其衍生物存在于从生物质子通道到质子交换膜燃料电池的系统中。在这里，我们利用多个时间步长进行从头算分子动力学的咪唑和1，2，3-三唑在纳秒的时间尺度。我们发现，尽管这些化合物的结构相似，它们的质子扩散常数的变化超过一个数量级。我们的模拟揭示了这些差异的原因扩散常数，其范围从氢键链的线性度的1，2，3-三唑中的中心氮原子对质子传输的影响。特别是，我们发现的两个“阻断”机制的证据，在1，2，3-三唑，其中共价键和氢键形成的中心氮原子限制质子的流动性。因此，我们的模拟提供了深入了解实验观察到的质子电导率的10倍差异的起源。
2021-10-26 physics.chem-ph
Hydrogen bonds and dynamics of liquid water and alcohols
使用修改后的Arrhenius近似，水，醇，和己烷结构重排反应的活化能负责其动态和介电特性的温度依赖性进行了测定。范德华力与水和醇分子的带电中心的相互作用调节分子的平移和旋转运动，确保液体局部结构变化的放热和吸热反应的热效应的协调和平衡。氢键的涨落偶极子的长程作用和它们被热能共振激发是水性质温度依赖性异常的基础，并在273 K和298 K点引发其相变。在273至298 K范围内，水分子动力学偏离Arabius和Stokes Einstein方程，这与水的类冰相集体动力学的高贡献有关，该水相由Ih冰的六角簇构成的氢键网络组成。
2020-11-02 physics.chem-ph
Inverse Temperature Dependence of Nuclear Quantum Effects in DNA Base Pairs
尽管氢键具有固有的量子力学性质，但核量子效应（NQE）如何改变氢键的强度尚不清楚。考虑到这一点，我们使用从头算路径积分分子动力学来确定NQE的DNA碱基对复合物，可以说是最重要的氢键系统的结合的绝对贡献。我们发现，根据温度，NQE可以加强或削弱氢键复合物内的结合。作为有点违反直觉的结果，NQE在低温下对氢键强度的影响比在室温下小。我们合理化这在低频和高频振动模式之间的NQE的竞争。扩展这个想法，我们还提出了一个简单的模型来预测温度依赖性的NQE的氢键强度一般。
2016-11-18 physics.chem-ph
Exactly solvable Schrödinger equation with double-well potential for hydrogen bond
我们构造了一个双势阱，通过将薛定谔方程简化为汇合Heun方程，可以精确求解该双势阱。因此，波函数通过汇合Heun函数表示。后者在{ \sl {Maple}}中制成表格，以便容易处理所得溶液。在最后一个区间的边界处，电势是无限的，这使得它非常适合于建模氢键（普通和低势垒的）。通过对$KHCO_3$分子中氢键的详细处理，验证了理论计算结果，并与文献实验数据进行了比较。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
IR Spectrum of the O-H$...$O Hydrogen Bond of Phthalic Acid Monomethylester in Gas Phase and in CCl$_4$ Solution
用溶液中的五维气相模型和经典分子动力学模拟研究了标题化合物在氢键OH伸缩振动光谱范围内的吸收光谱。气相模型预测的费米共振之间的OH-伸缩的基本和第一OH-弯曲泛音过渡相当大的振子强度重新分布。在非绝热势能曲线模型中研究了氢键低频振动的非谐耦合导致的振动级数。偶极-偶极关联函数的凝聚相模拟结果在3000 \cm区域与实验数据吻合良好的宽带。此外，2600 \cm附近较弱的吸收特征已被确定为是由于氢在氢键内的运动。
2009-12-07 physics.chem-ph physics.comp-ph
A molecular equation of state for alcohols which includes steric hindrance in hydrogen bonding
在本文中，我们开发的第一个状态方程含醇的混合物，其中包括两个电子孤对氢键受体网站之间的空间位阻醇的羟基氧的影响。该理论是在Wertheim的多密度统计力学的二阶微扰理论中推导出的。新方法的准确性证明了应用到纯甲醇和乙醇和二元乙醇/水混合物。它表明，新的方法给出了一个实质性的改进，在预测的氢键结构的纯酒精和酒精/水的混合物相比，标准的一阶方法。
2018-10-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
On the relation between hydrogen bonds, tetrahedral order and molecular mobility in model water
通过分子动力学模拟研究了氢键寿命、四面体有序度与模型水扩散系数之间的关系。我们测试了四种不同的模型：SPC/E，TIP 4P-Ew，TIP 5 P-Ew和六个站点，最后两个站点明确类似于水孤对。虽然所有的模型在环境条件下都表现得相当好，但它们的行为在低于270 K的温度下明显不同。显式孤对模型的氢键寿命、四面体有序度和扩散系数都比不显式孤对模型的长。
2013-07-13 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Probing defects and correlations in the hydrogen-bond network of ab initio water
水的氢键网络的特征在于相对于冰的理想四面体网络存在配位缺陷，其波动决定了液体的静态和时间依赖性。由于拓扑约束，这样的缺陷不是单独出现的，而是高度相关的，以过多的不同对出现。在这里，我们详细讨论了这种相关性的从头算水模型的情况下，并表明它们有有趣的相似之处，定期和有缺陷的水的固相。虽然缺陷相关性涉及偏离理想化的四面体，但它们仍然可以被视为保持高度方向性的较弱的氢键。我们还研究了如何的结构和人口的协调缺陷的影响近似原子间的潜力，发现在大多数情况下，的氢键网络的定性特征是非常强大的。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cooperative O-H$\cdotsπ$ and C-H$\cdots$O Hydrogen Bonding in Benzene-Methanol Solution: Strong Structures from Weak Interactions
弱氢键，如O-H $\cdotsπ$和C-H $\cdots$ O，在包括生物化学组装、分子识别和化学选择性在内的广泛的重要自然和工业过程中是关键的。在这项研究中，我们使用中子衍射结合全面的H/D同位素取代，以获得详细的空间和取向的苯-甲醇溶液中的结构图片。该系统为我们提供了一个典型的情况下，芳环可以作为氢键受体（通过$π$电子密度）和/或氢键供体（通过CH基团），与合作效应的潜力。我们的分析将苯置于我们参考框架的中心，并首次揭示了在溶液中O-H $\cdotsπ$相互作用是高度局部化和定向的，氢原子位于环质心的正上方/下方，距离为2.30 nm，羟基键轴垂直于芳族平面。甲醇在本体液体中形成链和环状图案的趋势表现在高度模板化的对称赤道溶剂化结构中;甲醇分子包围苯，使得O-H键与芳环共面，而氧通过同时分叉的氢键与C-H基团相互作用。相比之下，C-H $\cdotsπ$相互作用被降级为更远的观众的角色。因此，实验观察到的溶剂化表明，弱氢键也可以在液相中产生强有序的合作结构基序。
2022-12-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Hydrogen bond relaxation dynamics and the associated symmetric, volumetric, vibronic, and phase transitional anomalies of frozen H2O under compression
在“O ~ 2-：H ~+/p-O ~ 2-”氢键中，非均匀成键的“-”电子对和非成键的“：”电子对之间的库仑排斥作用导致了低压缩性、声子弛豫动力学、氢键中质子对称化以及冰在压缩下发生VIII-VII相变的临界温度的变化.压缩力、排斥力和电子对的不均匀结合强度的合力使较软的分子间“O ~（2-）：H ~+/p”非键孤对电子被高度压缩和硬化，而较硬的分子内“H ~+/p-O ~（2-）”键被拉长和软化。因此，较软的非键声子（< 400 cm-1）被硬化，而较硬的键声子（> 3000 cm-1）在压缩时被软化。非键压缩和真实键伸长导致O2--H+/p：O2-对称化和冰的低压缩性。研究结果应该成为揭示H2O在各种刺激下的物理异常的起点。
2011-10-12 cond-mat.other physics.chem-ph
Missing short-range interactions in the hydrogen bond of compressed ice
结合拉格朗日-拉普拉斯力学和已知的长度-刚度松弛动力学的压力依赖性，我们已经确定了关键的，但往往被忽视的，在压缩冰的氢键的短程相互作用。这种方法已经能够确定的力常数，内聚能，势能的vdW和共价链段在每个准平衡态，以及它们的压力依赖性。证明了电子对间库仑排斥和链段强度差异在确定不对称氢键弛豫动力学和冰的异常性质中的重要性，结果证实了压缩缩短和硬化OH键，同时延长和软化共价键。
2013-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Liquid state of hydrogen bond network in ice
在这里，我们表明，违反Bernal-Fowler规则之间的库仑相互作用导致温度引起的逐步增加，其浓度由6-7个数量级。这种一级相变伴随着弛豫时间的可压缩的减少，并且可以被解释为氢键网络的熔化。在冰体中，氢晶格熔化而氧晶格残存的新相是不稳定的，氧空位和氧空位浓度的进一步急剧增加使冰体熔化。在熔化后立即断裂的氢键的分数约为它们总数的0.07，这意味着水中氧晶格的基本守恒。
2016-05-28 cond-mat.other cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Isotopic fractionation in proteins as a measure of hydrogen bond length
如果将含有强分子内氢键的氘代分子置于氢化溶剂中，则其可优先将氘交换为氢。这种偏好是由于氢和氘的振动零点能量之间的差异。结果表明，相关的分馏因子$Φ$与分子内氢键的强度有关。这种相关性已被用于确定各种酶中H-键的长度（供体-受体分离），并被认为支持短的低势垒H-键的存在。从一个势能面的基础上一个简单的非绝热状态模型的H-键，我们计算$Φ$作为质子供体-受体距离的函数$R$。对于数值结果，我们使用对称O-H模型的参数化。O债券。我们考虑了O-H伸缩振动、O-H弯曲振动（面内和面外）、有限温度下的隧道分裂效应和次级几何同位素效应的相对贡献。我们比较我们的总$Φ$作为$R$的函数与NMR实验结果的酶，特别是与经验参数化$Φ(R)$，以前用来确定键长。
2015-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph q-bio.BM
Universal Hydrogen Bond Symmetrisation Dynamics Under Extreme Conditions
氢键及其在极端条件下的对称性的实验研究主要由衍射方法驱动，尽管直接定位或探测氢子系统的挑战。直到最近，H-键对称性已经解决了无论是核量子效应，自旋交叉或直接的结构转变，往往导致矛盾的解释时，结合起来。在这里，我们提出了高分辨率的\textit{in-situ} $^1$ H-核磁共振实验在金刚石对顶砧细胞调查范围广泛的氢键系统的压力范围高达90 GPa，覆盖其各自的H-键对称。我们发现了明显的极小值的压力依赖性的NMR共振线宽与氢的流动性，前体的本地化的氢原子的最大值。这些最小值与线性O-H-O单元的化学环境无关，可以在2.44和2.45 μ m之间的氧-氧距离的窄范围内找到，导致平均临界氧-氧距离为$\bar{r}_{\rm OO}^{crit}=2.443(1)$ μ m。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Evidence for parallel confinement in resonant charge transfer of negative hydrogen ion near metal surfaces
利用波包传播方法，我们发现H^-在Cu（111）表面附近的共振电荷转移过程受到瞬态杂化态的强烈影响。这些状态源自平行于表面的离子诱导的约束，以及金属电势沿表面法线的表面局部化特性。在典型的粒子表面散射实验中，这些状态的最低成员具有相互作用时间的顺序的寿命。电子概率密度的传播为这种效应提供了明确的证据，使这些瞬态的演化和衰减可视化。
2003-05-08 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
QM/MM Simulation of the Hydrogen Bond Dynamics of an Adenine:Uracil Base Pair in Solution. Geometric Correlations and Infrared Spectrum
采用量子力学（QM，DFT）/分子动力学模拟（MM，分子动力学模拟）方法，对9-乙基-8-苯基腺嘌呤和1-环己基尿嘧啶在氘代氯仿溶液中的Watson-Crick碱基对进行了模拟.轨迹进行了分析，特别注意碱基对中的$\NHN$和$\NHO$氢键的几何相关性。此外，根据氢键键长和NH伸缩振动频率之间的经验关系，得到了NH伸缩振动频率沿轨道的涨落。利用与时间相关的频率，红外线的线形确定假设的有效性的二阶累积展开。与实验值相比，计算得到的基本跃迁频率的偏差小于2%。$\NHN$键的光谱宽度与实验结果基本一致，而$\NHO$键的光谱宽度被本模型低估。比较不同的赝势的性能，它被发现，Troullier-Martins赝势与70 Ry截止产生最好的协议。
2009-03-20 physics.bio-ph physics.chem-ph
Recognizing molecular patterns by machine learning: an agnostic structural definition of the hydrogen bond
化学键的概念最终可以被看作是在分子和固体中观察到的重复结构模式的合理化。化学直觉只不过是识别和预测这些模式的能力，以及它们如何相互转化。在这里，我们将讨论如何使用计算机来自动识别原子模式，从而提供一个算法定义的键的结构信息的基础上。我们特别关注氢键-这是我们理解水，生物系统和许多技术重要材料的物理化学的核心概念。由于氢键是一个有些模糊的实体，涵盖了广泛的能量和距离，许多不同的标准已被提出和使用多年来，根据电子结构计算，然后进行能量分解分析，或在某种程度上任意选择的一系列结构参数，被认为是对应于氢键的配置。我们在这里介绍一个定义，是单义的，无偏的，自适应的，基于我们的机器学习分析的原子模拟。我们提出的策略可以很容易地适应类似的情况，其中一个必须识别或分类的材料或化合物的结构模式。
2014-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Water dynamics: Relation between hydrogen bond bifurcations, molecular jumps, local density & hydrophobicity
水的结构和动态仍然是一个挑战。解决氢键的性质是这个难题的核心。在这里，我们采用从头算分子动力学（AIMD）模拟在很宽的温度范围内。总模拟时间约为2 ns。模拟了本体水和存在小疏水分子的水。我们表明，大角度跳跃和键分叉是水动力学的基本性质，并且它们与局部密度和氢键伸展振荡密切相关，范围从大约60到几百飞秒：局部密度差异是键分叉的驱动力和随之而来的大角度跳跃。这些跳跃与最近预测的能量不对称性密切相关。我们的分析似乎也证实了氧原子上的孤对电子提供的所谓负性轨道的存在，以使水旋转。
2013-03-29 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
