Water's interfacial hydrogen bonding structure reveals the effective strength of surface-water interactions
亲水表面与水的相互作用可以显著地影响液态水界面的特性。在这篇手稿中，我们探索这种影响，通过研究的分子结构的液体水在无序表面与可调的表面水的相互作用。我们结合全原子分子动力学模拟与平均场模型的界面氢键分析的影响，表面水相互作用的结构和能量性质的液态水界面。我们发现，水的分子结构在弱相互作用（即，疏水性）表面是抗改变的，除非表面-水相互作用的强度高于某一阈值。我们发现，低于此阈值水的界面结构是均匀的，不敏感的无序表面的细节，然而，高于此阈值水的界面结构是不均匀的。尽管这种异质性，我们表明，分子取向的平衡分布可以用来量化的表面-水的相互作用，特别是有助于修改界面氢键网络的能量成分。我们确定这种特定的充满活力的组成部分作为一种新的衡量亲水性，我们称之为内在亲水性。
2018-01-31 cond-mat.soft
The statistical mechanics of the two-dimensional hydrogen-bonding self-avoiding walk including solvent effects
蛋白质二级结构形成的二维正方形晶格模型，氢键模型，被扩展到包括溶剂质量的影响。这是通过允许依赖于配置的最近邻相互作用来实现的。的相图，并发现有一个更丰富的各种相位比纯氢键自避免行走模型或标准的$Θ$点模型。
2007-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrogen bonding in acrylamide and its role in the scattering behavior of acrylamide-based block copolymers
氢键在许多嵌段共聚物的微相分离行为中起作用，例如在光刻中使用的那些嵌段共聚物，其中由于氢键的较强相互作用可以导致自组装结构的较小周期，从而允许产生更高分辨率的模板。然而，目前的统计热力学模型用于描述微相分离，如Flory-Huggins方法，不考虑氢键的一些重要性质，如位点特异性和协同性。在这一理论和实验相结合的研究中，一个步骤是朝着发展一个更完整的聚合物中的氢键理论，使用聚丙烯酰胺作为模型系统。首先，我们开发了一套缔合模型来描述酰胺中的氢键。这两个模型与一个缔合常数和两个缔合常数被认为是。用该理论对丙烯酰胺氯仿溶液的红外光谱数据进行拟合，从而确定模型参数。然后，这些参数被用来计算一个聚丙烯酰胺嵌段和一个非氢键嵌段的无规相近似的二嵌段共聚物的无序状态的散射函数。然后，它表明，与氢键的逆散射函数的表达式是相同的，没有氢键，但与Flory-Huggins参数$χ$取代的有效值$χ_\text{eff}=χ+δχ_\text{HB}\left(f\right)$，其中氢键的贡献$δχ_\text{HB}$取决于体积分数$f$的氢键块。我们发现，模型与两个常数给出更好的预测的键能在丙烯酰胺二聚体和更现实的渐近行为的缔合常数和$δχ_\text{HB}$在高温的限制。
2018-05-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Elimination of Interionic Hydrogen Bonding in the Imidazolium-Based Ionic Liquids
氢键是室温离子液体中一个非常重要的现象。氢键的存在或不存在急剧地改变纯物质的自扩散、剪切粘度、相变点和其他关键性质。对于某些应用，阳离子-阴离子氢键的存在是不希望的。在本论文中，我们探讨了去除氢的前景…咪唑硼酸盐中的氟离子吸引力，这是这类系统中最强的非共价相互作用。四氟硼酸根阴离子的化学改性不仅消除了氢键，而且改变了阴离子附近阳离子的最佳取向。虽然咪唑环的最酸性的氢原子仍然是阳离子的最重要的亲电中心，但它不会与适当修饰的阴离子产生强的静电驱动配位模式。报道的新的物理见解有助于组成更强大的离子液体和调整溶剂化性能的咪唑类RTIL。
2021-11-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Interparticle hydrogen bonding can elicit shear jamming in dense suspensions
液体中硬颗粒的稠密悬浮液可能表现出惊人的反直觉行为，例如不连续剪切增稠（DST）[1-8]和可逆剪切堵塞（SJ）进入有限屈服应力状态[9-13]。最近的研究发现，从流体动力学相互作用到摩擦颗粒接触的应力激活交叉是这些行为的关键[2-4，6-8，10，14]。然而，许多悬架仅显示DST而不显示SJ。在这里，我们表明，颗粒表面化学可以发挥核心作用，创造条件，允许SJ。我们发现该系统的能力，形成粒子间氢键时，剪切成接触eligible SJ。我们证明了这与电荷稳定的聚合物微球和非球形玉米淀粉颗粒，控制与溶剂形成氢键。SJ的倾向通过拉伸试验[13]进行量化，并通过原子力显微镜与增强的摩擦力相关联。我们的研究结果扩展了对SJ机制的基本理解，并为设计强非牛顿流体开辟了新的途径。
2017-07-28 cond-mat.soft
A general mixture equation of state for double bonding carboxylic acids with >= 2 association sites
在本文中，我们得到了第一个通用的多组分解的热力学微扰理论的情况下，分子可以参与环状双键。与以前的作者相比，我们不限制双键分子的2-位点缔合方案。多组分混合物中的每个分子可以具有任意数量的供体和受体缔合位点。该理论的一个限制是分子最多只能有一对双键位点。我们还将氢键协同效应的环状双键。然后，我们将这种新的缔合理论应用于极性PC-SAFT状态方程中羧酸的2-位点和3-位点模型。我们证明了这种方法的准确性，通过比较纯和多组分相平衡数据。我们还表明，氢键协同性的列入液相氢键结构有很大的影响。
2018-05-15 cond-mat.soft
Universal features in lifetime distribution of clusters in hydrogen bonding liquids
已知氢键液体，通常是水和醇，形成不稳定的结构（网络、链等），因此，这种结构的寿命是一个重要的微观参数，可以在计算机模拟中计算。由于这些团簇实体在本质上大多是统计的，因此可以预期，在短时间范围内，它们的寿命分布将是时间的宽的类高斯函数，其中单个最大值表示它们的平均寿命，并且弱依赖于诸如键合距离和角度的标准，与非氢键简单液体非常类似，而已知长时间部分具有某种幂律依赖性。出乎意料的是，本文研究的所有氢键液体，即水和醇，显示出高度分级的三种类型的比寿命，在亚皮秒范围0-0.5ps。主要寿命非常强烈地依赖于键合距离标准，并与氢键对有关。这种模式在非氢键简单液体中是不存在的。二次和三次平均寿命与团簇有关，几乎与成键判据无关。在这两个寿命中，只有第一个寿命与简单液体的寿命有关，这就提出了第三个寿命的性质问题。对醇的研究表明，第三寿命与氢键团簇的拓扑结构有关，其分布也可能受到“浴”周围烷基尾的影响。研究表明，氢键液体具有普遍的氢键寿命等级，不同类型的氢键液体具有不同的氢键寿命等级，氢键寿命等级取决于团簇结构的拓扑结构
2021-05-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Three-body Hydrogen Bond Defects Contribute Significantly to the Dielectric Properties of the Liquid Water-Vapor Interface
在这封信中，我们提出了一个简单的模型，水界面的分子结构，我们用这个模型来隔离氢键的液体水蒸气界面的介电性能的影响。通过比较这个模型的原子模拟的结果，我们表明，在界面处的分子取向的各向异性分布可以理解通过考虑一个单一的水分子通过经验氢键势与平均界面密度场相互作用的行为。我们说明，这种取向各向异性的深度依赖性是由氢键的几何约束，我们表明，模拟的取向分布的主要特征可以通过假设一个理想化的，完美的四面体氢键几何再现。我们还表明，非理想的氢键的几何形状所需的平均取向极化和极化率产生界面的变化。我们发现，这些界面特性包含显着的贡献，从一个特定类型的几何扭曲的三体氢键缺陷，优先稳定在界面上。因此，我们的研究结果表明，液体水-蒸汽界面的介电特性是由集体分子相互作用，是独特的界面环境。
2018-01-05 cond-mat.soft
Characterization of the Core-Shell Nanoparticles Formed as Soluble Hydrogen-Bonding Interpolymer Complexes at low pH
研究了聚丙烯酸（PAA）与聚（丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸）-接枝-聚（N，N-二甲基丙烯酰胺）（P（AA-co-AMPSA）-g-PDMAM）在pH = 2.0时形成的可溶性氢键高分子复合物。粘度研究表明，在半稀溶液中，由于接枝共聚物的阴离子P（AA-co-AMPSA）主链的互连，通过接枝共聚物的PDMAM侧链与PAA之间形成的复合物，在瞬时网络中形成物理凝胶。动态和静态光散射测量，结合小角中子散射测量，表明在稀溶液中形成的核-壳胶体纳米粒子，包括由阴离子P（AA-共-AMPSA）电晕包围的不溶性PAA/PDMAM核。即使在半稀释溶液中形成较大的团簇，不溶性核的大小实际上保持稳定。在环境条件下进行的原子力显微镜，揭示了粒子的崩溃和扁平后，沉积在基板上，与干燥的疏水性核心的尺寸接近。
2007-09-15 cond-mat.soft
Hydrogen bonding and coordination in normal and supercritical water from X-ray inelastic scattering
从非弹性散射X射线的康普顿散射导出了从正常状态到超临界状态条件下水中氢键的直接测量。首先，我们表明，在不同的热力学条件下参与氢键的电子数$n_e$的测量可以直接从康普顿轮廓的差异。然后，我们使用第一性原理模拟，以提供一个连接$n_e$和氢键数$n_{HB}$。我们的研究表明，在广泛的范围内研究的$n_e$和$n_{HB}$之间的关系是线性的，允许在水中的键合和配位的直接实验测量。特别地，向超临界状态的转变的特征在于水单体的数量急剧增加，但也显示出大量的残留二聚体和三聚体。
2007-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Controlling Secondary Structures of Bio-Polymers with Hydrogen-Like Bonding
我们提出的生物聚合物的晶格模型，其中的类型的$β$ -片形成可以控制不同类型的氢键，这取决于聚合物的封闭段的相对取向的结果。调整这些不同的相互作用强度导致低温结构与不同类型的取向顺序。我们进行模拟这个模型，因此提出的相图，确定的性质的阶段和这些阶段之间的过渡的顺序。
2007-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Variations of the Hydrogen Bonding and of the Hydrogen Bonded Network in Ethanol-Water Mixtures on Cooling
广泛的分子动力学计算机模拟已经进行了乙醇-水液体混合物在富水侧的组成范围内，与10，20和30摩尔%的醇，在室温和给定的混合物的实验凝固点之间的温度。结合两种刚性水模型（SPC/E和TIP 4P/2005），对乙醇进行了全原子型（OPLS）原子间相互作用势假设。这两种组合都提供了在每个温度下的实验X射线总结构因子的良好再现;这为进一步的结构分析提供了强有力的基础。除了部分径向分布函数，氢键组装的各种描述符，以及氢键网络已被确定从模拟的粒子配置。一个明确的趋势是观察到，随着温度的降低，水分子参与氢键的比例增加，正好2供体和2受体网站。关于通过氢键结合在一起的较大组件，主要关注的是环状实体的性质：人们发现，类似于甲醇-水混合物，氢键环的数量随着温度的降低而增加。然而，对于乙醇-水混合物，可以观察到不是六重环而是五重环的优势。
2018-03-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water diffusion in carbon nanotubes under directional electric fields: Coupling between mobility and hydrogen bonding
我们研究了碳纳米管中TIP 4P/2005水在外加电场作用下的扩散和结构。广泛的直径范围已被用来显示水扩散的高度尺寸依赖性行为。我们还发现，扩散是非常受影响的强度所施加的电场。然而，场与管轴之间的相对方向会导致最有趣的行为。发现$0^{\circ}$和$45^{\circ}$与管轴形成的电场角度通过增加组织来减缓水动力学，而垂直于管轴的场在某些情况下可以通过减少氢键形成来增强水扩散。值得注意的是，对于1.2 nm直径长的（9，9）纳米管，沿管轴的场熔化水结构，增加水的流动性。这些结果指出，承压水的结构和动力学是非常敏感的外部领域，并建议使用电场作为一个促进过滤过程。
2020-09-28 cond-mat.soft
Molecular packing, hydrogen bonding, and fast dynamics in lysozyme/trehalose/glycerol and trehalose/glycerol glasses at low hydration
众所周知，水和甘油有助于无定形蛋白质基质的结构松弛。然而，几项研究证明，它们也可能限制蛋白质的快速（$\sim$皮秒-纳秒，ps-ns）和小振幅（$\sim$皮秒）运动，这决定了它们在冻干糖混合物中的稳定性。为了确定它们如何与玻璃基质中的蛋白质和糖相互作用，从而调节它们的快速动力学，我们在低甘油和水浓度下对溶菌酶/海藻糖/甘油（LTG）和海藻糖/甘油（TG）混合物进行了分子动力学（MD）模拟。在添加甘油和/或水时，LTG和TG混合物的玻璃化转变温度T $_{\textrm{g}}$降低，玻璃的分子堆积得到改善，并且溶菌酶和海藻糖的均方位移（MSD）降低或增加，这取决于时间尺度和所考虑的温度。物种之间形成的氢键（HB）的详细分析表明，水和甘油可以通过增加它们在玻璃基质中形成的HB的总数和/或强度来抑制溶菌酶和海藻糖的快速动力学。
2017-09-30 cond-mat.soft
Competition between hydrogen bonding and electric field in single-file transport of water in carbon nanotubes
最近的研究表明，即使在直径较小（0.822 nm）的纳米管的情况下，水也可以通过碳纳米管传输。在这种情况下，水显示出亚连续谱传输后，有序的一维结构稳定的氢键。在这项工作中，我们报告的MD模拟描述的影响，在这个单列水在碳纳米管的传输垂直电场。我们表明，水的渗透大大减少2-3 V/nm的场强，它不再是可能的垂直场下4 V/nm。
2011-06-22 cond-mat.soft physics.comp-ph
Electron spin-lattice relaxation in solid ethanol: the effect of nitroxyl radical hydrogen bonding and matrix disorder
TEMPO和TEMPONE的电子自旋-晶格弛豫测量温度在5和80 K之间的结晶和玻璃态乙醇，使用X-波段电子顺磁共振光谱。在最低温度下研究的实验数据解释的顺磁中心和本地化的激发之间的电子-核偶极相互作用，而在较高的温度下，从主机矩阵和拉曼过程的低频振动模式应被考虑。在乙醇玻璃中观察到掺杂剂分子和乙醇主体之间的氢键对自旋弛豫的强烈影响，而在结晶乙醇中，两个顺磁性客体分子的行为相似。
2010-08-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Aging and metastability of monoglycerides in hydrophobic solutions
用一组不同的技术描述了单甘酯在疏水介质中聚集结构的老化。偏光显微镜被用来研究作为时间的函数的介晶行为。利用差示扫描量热法定量监测老化体系中发生的不同相变中的潜热变化。红外光谱法用于检测表面活性剂之间氢键的形成。X-射线衍射图指纹的分子排列在不同的新兴阶段。利用红外光谱法对体系中的氢键状态进行了监测。我们的结论是，在这两个反层状和亚α晶相，甘油单酯分子不可避免地失去其乳化能力，在疏水性的解决方案，通过氢键模式的逐渐变化。在老化时，甘油基团之间分子间氢键的形成导致双层内手性（D和L）异构体的分离。因此，所有的结构最终被迫重新排列成β-晶态，区分D层和L层。老化结构的高度有序堆积削弱了乳化能力，最终导致乳化凝胶网络的崩溃。
2008-08-22 cond-mat.soft
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
Structural, Rheological and Dynamic Aspects of Hydrogen-Bonding Molecular Liquids: Aqueous Solutions of Hydrotropic tert-Butyl Alcohol
假设：叔丁醇/水溶液的结构细节、粘度趋势和动力学现象在整个组成范围内的分子尺度上密切相关。利用实验小角和广角X射线散射（SWAXS）方法、分子动力学（MD）模拟和我们小组开发的补充系统方法，可以全面描述这种结构多样的氢键分子液体以及在内部具有明显分子和超分子结构的类似自组装系统中的结构-粘度-动力学关系，分子间和超分子尺度。实验：在25 °C下对叔丁醇水溶液进行SWAXS和X射线衍射实验和MD模拟。还使用了文献粘度和自扩散数据。调查结果：所提出的方案的解释能力证明了广泛的和不同的结果，在整个浓度范围内的叔丁醇水溶液。四个组成范围与定性不同的结构和粘度的趋势。零剪切粘度和分子自扩散系数的实验和计算成功地与相应的结构细节。氢键，这是，随着疏水效应，被认为是最重要的驱动力形成的叔丁醇聚集体，显示有趣的寿命趋势和热力学性质，其形成。
2019-10-08 cond-mat.soft
Molecular reorientation in hydrogen-bonding liquids: through algebraic $\sim t^{-3/2}$ relaxation toward exponential decay
本文提出了一个描述氢键液体取向弛豫的模型。该模型包含两个弛豫参数，调节强度和效率的耗散，以及记忆功能，这是负责的短时弛豫效应。它示出的取向弛豫的librational部分所描述的代数$\sim t^{-3/2}$的贡献，在此之上的记忆效应所造成的更快速和非单调的衰减叠加。取向弛豫的长时间行为是指数的，尽管是非扩散的。它是由转动能弛豫控制的。我们应用该模型解释最近的分子动力学模拟和偏振泵浦探测实验$HOD$在液体$D_{2}O$ [C。J.Fecko等人，J.Chem.Phys.122，054506（2005）]。
2006-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the cooperativity of association and reference energy scales in thermodynamic perturbation theory
氢键流体的状态方程通常由两个能量标度描述。一个短程高度定向的氢键能量尺度，以及一个参考能量尺度，占分散和取向平均多极吸引力。这些能量尺度总是被独立地对待。近年来，广泛的第一性原理量子力学计算的小水团簇表明，氢键和参考能量尺度依赖于水分子的入射氢键的数量。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来耦合的参考能量尺度的程度在流体中的氢键。我们证明了新方法的实用性，表明它提供了改进的预测水-烃互溶度。
2016-12-17 cond-mat.soft
Quasi-one-dimensional hydrogen bonding in nanoconfined ice
本研究利用机器学习驱动的第一性原理模拟，发现纳米受限冰中存在偏离传统冰规则的准一维氢键新结构，揭示了氢键与范德华作用的特殊耦合及其引发的非典型质子行为。
2024-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Energy Transfer within the Hydrogen Bonding Network of Water Following Resonant Terahertz Excitation
University of Paderborn（帕德博恩大学）；Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本研究针对水能量耗散快的特性，通过泵浦-探测实验结合模拟，揭示了太赫兹激发下水氢键网络中能量从转动自由度快速转移至受限平动的机制及非谐性成因。
2020-03-24 cond-mat.soft 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
Probabilistic approach to the length-scale dependence of the effect of water hydrogen bonding on hydrophobic hydration
我们提出了一种水-水氢键的概率方法，该方法允许获得每个水分子的键数作为其与疏水性颗粒的距离和疏水性半径的函数的解析表达式。这种方法可以用于密度泛函理论（DFT）和计算机模拟，以检查粒子的水合作用和溶剂介导的相互作用的颗粒尺寸的影响。例如，它允许一个明确地确定水氢键贡献的外部电位，其中一个水分子受到附近的疏水。该模型的DFT实现预测的水合自由能每单位面积的球形疏水物是急剧敏感的疏水物半径为小半径和弱敏感，大的，这证实了小和大的长度尺度的粒子通过不同的机制发生的水合的愿景。另一方面，该模型预测，即使是足够小的半径的非极性粒子的水合作用可能会成为philically有利的，由于成对（分散）水-水和水-疏水相互作用的能量的相互作用。这揭示了以前的反直觉观察（理论和模拟），两个惰性气体分子更喜欢形成溶剂分离的对，而不是接触的对。
2013-03-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dynamics of monohydroxy alcohols with chain-like structures: Hydrogen bonding lifetime, chain swapping, and Debye process
Michigan State University（密歇根州立大学）
基于可逆氢键缔合与解离，提出活链模型描述单羟基醇的超分子结构与动力学，揭示四种时间尺度及五个动力学区域，其中德拜弛豫源于链端偶极重定向。
2026-06-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electric-field control of hydrogen bonding via interfacial charge at atomic resolution
University of Arizona（亚利桑那大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Jiangsu University（江苏大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；Hong Kong Institute for Clean Energy, City University of Hong Kong（香港城市大学香港清洁能源研究所）
研究通过界面电荷重分布实现对单层冰中氢键网络的可逆调控，揭示了电场驱动下结构与电子响应的耦合效应，为界面分子组织和集体偶极序控制提供了新途径。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of hydrogen bonding on supercooled liquid dynamics and the implications for supercooled water
大量水的过冷状态在很大程度上被不可避免的结晶所隐藏，这创造了一个实验无法达到的温度状态-一个“无人区”。我们解决这个问题，并规避结晶问题，通过系统地研究氢键低聚液体（乙二醇），其中水对应于单独的链端的过冷动力学。这种新方法允许通过改变链长来改变氢键浓度，从而“稀释水”。我们观察到一个动态的交叉的结构弛豫时间的温度依赖性的所有乙二醇，与大多数过冷液体的共同行为。我们发现，交叉变得更加明显的氢键浓度的增加，这导致了一个显着的动态转变的预测内的水在T~220 K的“无人区”。有趣的是，预测的转变因此发生在所谓的“强-脆”转变的温度下。然而，我们的结果意味着，过冷水的动态转变是类似的，通常观察到的过冷液体。此外，我们还发现支持存在的二次弛豫的水与行为类似的二次弛豫所观察到的乙二醇。
2009-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interplay of local hydrogen-bonding and long-ranged dipolar forces in simulations of confined water
在水的标准模型中，库仑相互作用的球形截断允许有效的分子模拟，并且可以对均匀液体的结构给出非常精确的结果。然而，截断已知产生显着的错误，在非均匀系统，特别是静电性能。局部分子场（LMF）理论纠正这样的截断通过使用一个有效的或重组的静电势，占剩余的长程相互作用的影响，通过密度加权平均场平均值，并满足修改后的泊松方程定义的高斯平滑的电荷密度。我们将LMF理论应用于三个简单的分子系统，表现出不同方面的失败的一个天真的应用程序的球形截断-水之间的疏水壁，水之间的原子波纹亲水壁，水之间的限制与施加电场疏水壁。特别是对于最终系统，1/r的球面截断通常失败，LMF理论纠正了所有三个的失败。此外，LMF理论提供了一种更直观的方式来理解在涉及水的分子模拟中局部氢键和长程静电之间的平衡。
2008-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Local intermolecular structure, hydrogen bonding and related dynamics in the liquid cis/trans N-methylformamide mixture: A density functional theory based Born-Oppenheimer molecular dynamics study
采用Born-Oppenheimer分子动力学模拟技术，系统地研究了室温和密度条件下，N-甲基甲酰胺液体混合物的局部分子间结构及其动力学.特别注意了顺式和反式构象周围的局部结构以及与其最近邻的氢键的形成和动力学。计算的原子-原子径向分布函数与实验数据吻合得很好，揭示了不同类型的氢键分子间相互作用的存在。顺式构象形成的平均氢键数高于反式构象。此外，在液体中形成的氢键的寿命较长时，顺式构象参与键的形成，无论是作为供体或受体。这些发现清楚地表明，液体中顺式构象异构体周围的局部结构网络更具凝聚力。后者的发现也反映在较慢的顺式构象和原子速度时间关联函数的谱密度的低频和高频区域的再取向动力学。最后，计算的平均偶极矩的反式和顺式构象显着高于其相应的气相值，这表明在这种特定的极性液体溶剂中的极化效应的重要性。
2022-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
(H, Li)Br and LiOH Solvation Bonding Dynamics: Molecular Nonbond Interactions and Solute Extraordinary Capabilities
我们解决了氢键从普通水的模式，其水合作用的声子刚度（振动频率偏移），波动的顺序（线宽），和数分数（声子丰度）后，通过溶剂化注入。
2018-09-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
A doubly associated reference perturbation theory for water
在这项工作中，我们开发了一个新的经典微扰理论的水，其中包括过渡到四面体对称的分散和氢键的贡献的自由能。这种转变是使用Wertheim的热力学微扰理论自洽计算的。然而，由于氢键理论的参考流体结构本身取决于氢键，因此该理论代表了一种超越微扰理论的方法。该理论被证明是准确地代表纯水的热力学。结果表明，新理论能再现等温压缩系数和等压热容的反常密度极大值和极小值。
2019-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
A second order thermodynamic perturbation theory for hydrogen bond cooperativity in water
第一性原理量子力学计算已经广泛地证明了水具有很强的氢键协同性。经典的分子模拟和统计力学方法通常假设成对加和性，这意味着它们不能解释这些三体和更高的协同效应。在本文中，我们扩展了二阶热力学微扰理论，以纠正在4位水的氢键协同。我们发现，缔合理论给出了实质上不同的预测比一阶的结果，其中不包括氢键协同。通过比较光谱，中子衍射和分子模拟数据，我们表明，该理论准确地预测水的氢键结构作为温度和密度的函数。
2017-01-11 cond-mat.soft
Chloride ions as integral parts of hydrogen bonded networks in aqueous salt solutions: the appearance of solvent separated anion pairs
在过去的50年里，与氯离子的氢键经常被讨论。尽管如此，这种二级分子间键合相互作用在氢键网络中的可能作用还没有被详细研究。在这里，我们认为计算机模型的浓缩氯化锂水溶液和计算通常的氢键网络特性，如集群的大小和环状实体的分布，无论是模型，考虑和不考虑氯离子。在氢键环的分析过程中，在高LiCl浓度下检测到大量的“溶剂分离阴离子对”。它表明，考虑到卤素阴离子的氢键网络的有机成分，使结构细节的解释显着更有意义的比只考虑水分子。最后，我们比较模拟的结构产生的“好”和“坏”的潜在集的基础上，在这里开发的工具，并表明，这种新的概念，确实，也有助于区分合理和无意义的结构模型。
2020-05-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Revealing the hidden dynamics of confined water in acrylate polymers: Insights from hydrogen-bond lifetime analysis
本研究通过分子动力学模拟探究三种聚（甲基）丙烯酸酯中受限水的氢键动力学，发现含水量降低会减慢氢键动力学，且不同聚合物官能团会导致水分子氢键断裂后的扩散行为存在差异，深化了对聚合物官能团影响氢键动力学的认知。
2023-04-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Supersymmetry theory of microphase separation in homopolymer--oligomer mixtures
研究了具有强（离子）和弱（氢）相互作用的系统中，由垂直取向的低聚物尾部包围的拉伸均聚物链的周期性交替层的介观结构。我们重点考虑的低聚物沿均聚物链的分布，这是由有效的运动方程与段数扮演虚时间的作用。超对称性技术被发展来考虑缔合氢键、自作用效应、低聚物分布的不均匀性和温度波动。利用自洽的方法可以解释实验观察到的温度依赖性的结构周期和有序-无序转变的温度和周期的低聚物分数的功能，具有不同的键合强度的系统。对于强、中、弱耦合系统，所用模型的一整套参数分别为P4 VP-（DBSA）$_x$、P4 VP-（Zn（DBS）$_2$）$_x$和P4 VP-（PDP）$_x$。从前者到后者的一个通道表明，导致氢键和自作用参数的大小以及有序-无序转变温度的关键下降。
2003-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural, Electronic, and Dynamical Properties of Liquid Water by ab initio Molecular Dynamics based on SCAN Functional within the Canonical Ensemble
采用SCAN元-GGA泛函近似，对正则系综中的液态水进行了从头算分子动力学（AIMD）模拟，并与GGA水平的PBE泛函和包含PBE泛函的Tkatchenko-Scheffler van der Waals（vdW）色散修正的结果进行了系统的比较.我们分析了液态水的各种性质，包括径向分布函数，氧-氧-氧三重态角分布，四面体，氢键，扩散系数，环统计，态密度，带隙和偶极矩。我们发现，扫描功能通常是更准确的比其他两个功能的液态水，不仅捕获的中程VDW相互作用，但也减轻了PBE模拟中规定的过于强大的氢键。我们还比较了基于扫描的AIMD模拟的结果在典型的等温等压合奏。我们的研究结果表明，SCAN提供了一个可靠的描述大多数结构，电子和动力学性质的液态水。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Competition for hydrogen bond formation in the helix-coil transition and protein folding
生物聚合物在明确的溶剂，如水，氢键与溶剂的能力的螺旋线圈过渡的问题是解决分析使用适当修改的版本的广义模型的多肽链。在较低温度下，除了常规的螺旋-螺旋转变外，还发现了额外的螺旋-螺旋或凹入转变。由于聚合物-聚合物和聚合物-水氢键之间的竞争，产生了凹入转变。两种类型的氢键之间的平衡可以通过温度的变化，也可以通过压力，机械力，渗透应力或其他外部影响而向任何一个方向移动。多肽和多核苷酸都被认为是在一个统一的形式主义。我们的方法提供了一个解释的实验困难的观察与压力的折返过渡，并强调了DNA的研究拉实验的优势。结果进行了讨论，并与最近的一些出版物中所报道的一个显着的协议水平进行了比较。
2011-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Hydrogen bond relaxation dynamics and the associated vibronic and volumetric anomalies of H2O upon frozen
结合扩展冰规则的鲍林，拉曼光谱，和分子动力学计算，使我们能够澄清的异常体积膨胀，拉曼声子弛豫，和冻结后的硬度和脆性的H2O的键合起源。我们发现，分子内“H+/p-O ~ 2-”键的长度和强度随温度的升高而增大，而“O ~ 2-：H+/p”键的长度和强度随温度的升高而增大，但在“O ~ 2-：冻结时H2O的H+/p-O2-”氢键，这是由于非均匀结合的成键和非成键电子对之间的极化和库仑排斥的结果。非键的伸长和非键孤对电子的极化分别是冰的体积膨胀、刚度和脆性的原因。这一发现将对理解H2O在压力和约束等其他刺激下的物理异常产生重要影响。
2011-10-02 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
Dissecting Hydrophobic Hydration and Association
我们使用适当定义的短程参考模型的液态水澄清不同的角色，当地的氢键，范德华吸引力，和远程静电相互作用发挥在水中的非极性溶质的溶剂化和协会。虽然局部氢键相互作用主导涉及小溶质的疏水效应，但发现更长范围的静电和分散相互作用在描述大溶质周围的界面结构中越来越重要。氢键网络设置溶质长度尺度，在该尺度下观察到这些小和大长度尺度制度之间的溶剂化行为的交叉。不平衡的长程作用力作用于界面水分子在疏水缔合中也很重要，在这里通过分析模型甲烷和巴克敏斯特富勒烯溶质的缔合来说明。
2015-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Growth and organization of (3-Trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine within reactive amino-terminated self-assembled monolayer on silica
烷烃链是单层制造中最常用的分子。长链用于它们的强范德华相互作用，诱导良好的层组织。胺官能封端的烷基链是非常令人感兴趣的，并且被广泛用于进一步的表面官能化。由于它是强制性的，这样的层组织在表面提供胺部分，本研究涉及探索胺封端的SAM形成作为一种替代通常的氨丙基烷基硅烷SAM。此外，使用长的NH 2封端的烷基链允许形成氢键，这要归功于沿着链产生的两个NH部分。此外，这样的氢键使得可以缩短分子长度，同时保持良好组织的单层。为此目的，我们进行了一个完整的研究（3-三甲氧基甲硅烷基丙基）二亚乙基三胺（MATRIS）的天然氧化硅使用各种溶剂，相对湿度和温度值的接枝。接枝动力学进行了监测椭圆偏振和测角法，SAM的结构和组织使用AFM和ATR-FTIR光谱。氢键被证明在SAM的生长过程中，并在最终完成SAM。我们相信，这样的研究能够更好地控制高质量的C18 S SAM，以提高它们在进一步表面官能化应用中的效率。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular Dynamics Study of Conformations of Beta-Cyclodextrin and its Eight Derivatives in Four Different Solvents
了解原子水平的相互作用和产生的结构特征是开发用于药物和其他应用的β-环糊精（$β$ CD）衍生物所必需的。使用分子动力学（MD）模拟和溶剂化自由能计算探索了四种不同溶剂对天然$β$ CD及其亲水性（甲基化$β$ CD; ME $β$ CD和羟丙基$β$ CD; HP $β$ CD）和疏水性衍生物（乙基化$β$ CD; ET $β$ CD）结构的影响。天然$β$ CD、2-ME $β$ CD、6-ME $β$ CD，2，6-DM $β$ CD，2，3，6-TM $β$ CD，6-HP $β$ CD，2，溶于非极性溶剂的6-HP $β$ CD和2，6-ET $β$ CD（环己烷; CHX和辛烷; OCT）通过分子内氢键稳定地形成对称的环状空腔形状。相比之下，极性溶剂（甲醇; MeOH和水; WAT）中的$β$ CD表现出大的结构变化和波动，导致其空腔的显著变形。发现与极性溶剂的氢键是导致这种行为的主要因素之一：溶剂- \b{eta} CD氢键与分子内键合强烈竞争，导致$β$ CD的结构稳定性发生显著变化。例外的是疏水性2，6-ET $β$ CD，其在所有溶剂中均保持其球形空腔。基于此，提出2，6-ET $β$ CD可作为缓释药物载体。
2017-08-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Liquid-Liquid Crossover in Water Model: Local Structure vs. Kinetics of Hydrogen Bonds
本研究通过局部序参量揭示水模型中的液-液交叉线，发现交叉附近水分子动力学显著变化，并利用氢键寿命和配位数变化等动力学量，结合自由能景观概念解释氢键动力学。
2024-03-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
