Dr. Xi Zhang published a JCR 1 paperViews [2874] Delivery time :2014-09-01 15:45:43

        Recently, Dr. Xi Zhang published a review paper on Coordination Chemistry Reviews. The title of the paper is "Hydrogen-bond relaxation dynamics: resolving mysteries of water ice" . The IF is 12.098.

Hydrogen-bond relaxation dynamics: resolving mysteries of water ice

Yongli Huang*, Xi Zhang*, Zengsheng Ma, Yichun Zhou, Weitao Zheng, Ji Zhou, Chang Q. Sun

(*Equal Contribution)

Coordination Chemistry Reviews,  DOI: 10.1016/j.ccr.2014.10.003

 We present recent progress in understanding the anomalous behavior of water ice under mechanical compression, thermal excitation, and molecular undercoordination (with fewer than four neighbors in the bulk) from the perspective of hydrogen (O:H–O) bond cooperative relaxation. Extending the Ice Rule suggests a tetrahedral block that contains two H2O molecules and four O:H–O bonds. This block unifies the length scale, geometric configuration, and mass density of molecular packing in water ice. This extension also clarifies the flexible and polarizable O:H–O bond that performs like a pair of asymmetric, coupled, H-bridged oscillators with short-range interactions and memory. Coulomb repulsion between electron pairs on adjacent oxygen atoms and the disparity between the O:H and the H–O segmental interactions relax the O:H–O bond length and energy cooperatively under stimulation. A Lagrangian solution has enabled mapping of the potential paths for the O:H–O bond at relaxation. The H–O bond relaxation shifts the melting point, O 1s binding energy, and high-frequency phonon whereas the O:H relaxation dominates polarization, viscoelasticity, and the O:H dissociation energy. The developed strategies have enable clarification of origins of the following observations: (i) pressure-induced proton centralization and phase transition–temperature depression; (ii) thermally-induced four-region oscillation of the mass density and the phonon frequency over the full temperature range; and (iii) molecular-undercoordination-induced supersolidity that is elastic, hydrophobic, thermally stable, with ultra-low density. The supersolid skin is responsible for the slipperiness of ice, the hydrophobicity and toughness of water skin, and the bi-phase structure of nanodroplets and nanobubbles. Molecular undercoordination mediates the O:H and H–O bond Debye temperatures and disperses the liquid-solid transition phase boundary, resulting in freezing point depression and melting point elevation. O:H–O bond memory and water-skin supersolidity ensures a solution to the Mpemba paradox–hot water freezes faster than its cold. These understandings will pave the way towards unveiling anomalous behavior of H2O interacting with other species such as salts, acids and proteins, and excitation of H2O by other stimuli such as electrical and magnetic fields.

link： http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854514002756