在纳米级空腔中的水，无处不在，这对地质学和生物学的日常现象，是至关重要的。然而，纳米尺度水的性质，可能显著有别于常规体水bulk water性质，例如，纳米通道中，水呈现异常低的介电常数、接近无摩擦的水流，或可能存在方形冰相square ice phase。这些特性表明，纳米承压水nanoconfined water，可用于纳米流体、电解质材料和水脱盐的技术应用。然而，在纳米尺度上，对水进行实验表征的挑战和第一性原理模拟的高成本，阻碍了控制水的行为所需的分子水平理解。
今日，英国 剑桥大学（University of Cambridge)Venkat Kapil，Christoph Schran，Angelos Michaelides等，在Nature上发文，融合了一系列计算方法，第一性原理研究了类石墨烯通道内的单层水。
研究发现，单层水表现出新颖丰富和多样的相行为，其高度敏感于温度和作用于纳米通道内的范德华压力。除了熔化温度随压力非单调变化超过400开尔文的多个分子相之外，还预测了介于固体和液体之间的六方相，以及具有超过电池材料的高电导率的超离子相。
这一研究表明，纳米限制nanoconfinement，有望易得并实现超离子行为的前景途径。
The first-principles phase diagram of monolayer nanoconfined water.
单层纳米承压水的第一性原理相图。
图1：单层纳米承压水的相图。
图2：在中等压力下，单层水的六方相。
图3：高压时的超离子行为。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05036-x
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05036-x
本文译自Nature。
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