Role of charge transfer in the structure and dynamics of the hydrated proton

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 15, 2009, Pages 5149-5161

  Swanson, Jessica M J ^a   Simons, Jack ^a  

^a UNIVERSITY OF UTAH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINDING ENERGY; CHARGE TRANSFER; HYDRATES; ION EXCHANGE; ION SOURCES; IONS; MASS TRANSFER; PROTON TRANSFER; PROTONS; STABILIZATION;

AB INITIO ENERGIES; AQUEOUS SYSTEMS; BULK WATERS; CHARGE DEFECTS; CHARGE DELOCALIZATION; CONCEPTUAL FRAMEWORKS; DYNAMIC CONDITIONS; FUNDAMENTAL BUILDING BLOCKS; HYDRATED PROTONS; HYDRONIUM IONS; IR SPECTRUM; STRUCTURE AND DYNAMICS; WATER MOLECULES;

MOLECULES;

EID: 65249172519     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp810652v     Document Type: Article

References (68)

1. de Grotthuss, C. J. T. Ann. Chim. 1806, 54.
2. Marx, D. ChemPhysChem 2006, 7, 1848.
3. Swanson, J. M. J.; Maupin, C. M.; Chen, H.; Petersen, M. K.; Xu, J.; Wu, Y.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 4300.
4. Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 456.
5. Markovitch, O.; Chen, H.; Izvekov, S.; Paesani, F.; Voth, G. A.; Agmon, N. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9456.
6. Lapid, H.; Agmon, N.; Petersen, M. K.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014506.
7. Eigen, M. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1964, 3, 1.
8. Zundel, G. The hydrogen bond-Recent developments in theory and experiments. II Structure and spectroscopy; North-Holland: Amsterdam, 1976.
9. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1995, 103, 150.
10. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5749.
11. Tuckerman, M. E.; Marx, D.; Klein, M. L.; Parrinello, M. Science 1997, 275, 817.
12. Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Hutter, J.; Parrinello, M. Nature 1999, 397, 601.
13. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10464.
14. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10398.
15. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5547.
16. Day, T. J. F.; Soudackov, A. V.; Cuma, M.; Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5839.
17. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9361.
18. Wu, Y.; Chen, H.; Wang, F.; Paesani, F.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 467.
19. Buch, V.; Dubrovskiy, A.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Sadle, J.; Hammerich, A. D.; Devlin, J. P. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 2144.
20. Buch, V.; Milet, A.; Vacha, R.; Jungwirth, P.; Devlin, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 7342.
21. Vacha, R.; Buch, V.; Milet, A.; Devlin, P.; Jungwirth, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 4736.
22. Dang, L. X. J. Chem. Phys. 2003, 119, 6351.
23. Wick, C. D.; Kuo, I. F. W.; Mundy, C. J.; Dang, L. X. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 2002.
24. Cui, S. T.; Liu, J. W.; Selvan, M. E.; Keffer, D. J.; Edwards, B. J.; Steele, W. V. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2208.
25. Cui, S.; Liu, J.; Selvan, M. E.; Paddison, S. J.; Keffer, D. J.; Edwards, B. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 13273.
26. Selvan, M. E.; Liu, J.; Keffer, D. J.; Cui, S.; Edwards, B. J.; Steele, W. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1975.
27. Ishiyama, T.; Morita, A. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9277.
28. Devanathan, R.; Venkatnathan, A.; Dupuis, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 13006.
29. Venkatnathan, A.; Devanathan, R.; Dupuis, M. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7234.
30. Khaliullin, R. Z.; Cobar, E. A.; Lochan, R. C.; Bell, A. T.; Head- Gordon, M. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 8753.
31. Khaliullin, R. Z.; Bell, A. T.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, 184112.
32. Hynes, J. T. Nature 1999, 397, 565.
33. Ciobanu, C. V.; Ojamae, L.; Shavitt, I.; Singer, S. J. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5321.
34. Yagasaki, T.; Iwahashi, K.; Saito, S.; Ohmine, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144504.
35. Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Walters, R. S.; Hammer, N. I.; Christie, R. A.; Cui, J.; Myshakin, E. M.; Duncan, M. A.; Johnson, M. A.; Jordan, K. D. Science 2005, 308, 1765.
36. Kim, J.; Schmitt, U. W.; Gruetzmacher, J. A.; Voth, G. A.; Scherer, N. E. J. Chem. Phys. 2002, 116, 737.
37. Komatsuzki, T.; Ohmine, I. Chem. Phys. 1994, 180, 239.
38. Morokuma, K. Acc. Chem. Res. 1977, 10, 294.
39. Kendall, R. A.; Dunning, T. H., Jr.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796.
40. Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007.
41. The augmented Dunning basis sets (aug-cc-pvtz) resulted in basis set linearity issues during Zundel optimizations, so the standard cc-pvtz basis set was used for the Zundel cation.
42. Frisch, M. J.; Truck, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; and Pople, J. A. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2004.
43. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
44. Muller-Dethlefs, K.; Hobza, P. Chem. Rev. 2000, 100, 143.
45. Smiechowski, M.; Stangret, J. J. Chem. Phys. 2006, 125, 204508.
46. Kitaura, K.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 1976, 10, 325.
47. Stevens, W. J.; Fink, W. H. Chem. Phys. Lett. 1987, 139, 15.
48. Bagus, P. S.; Hermann, K.; Bauschlicher, C. W, Jr. J. Chem. Phys. 1984, 80, 4378.
49. Khaliullin, R. Z.; Head-Gordon, M.; Bell, A. T. J. Chem. Phys. 2006, 124, 204105.
50. Shao, Y.; Fusti-Molnar, L.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C.; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V.; O 'Neill, D. P.; Distasio, R. A., Jr.; Lochan, R. C.; Wang, T.; Beran, G. J. O.; Besley, N. A.; Herbert, J. M.; Lin, C. Y.; Van Voorhis, T.; Chien, S. H.; Sodt, A.; Steele, R. P.; Rassolov, V. A.; Maslen, P. E.; Korambath, P. P.; Adamson, R. D.; Austin, B.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Dachsel, H.; Doerksen, R. J.; Dreuw, A.; Dunietz, B. D.; Dutoi, A. D.; Furlani, T. R.; Gwaltney, S. R.; Heyden, A.; Hirata, S.; Hsu, C.-P.; Kedziora, G.; Khalliulin, R. Z.; Klunzinger, P.; Lee, A. M.; Lee, M. S.; Liang, W.; Lotan, I.; Nair, N.; Peters, B.; Proynov, E. I.; Pieniazek, P. A.; Rhee, Y. M.; Ritchie, J.; Rosta, E.; Sherrill, C. D.; Simmonett, A. C.; Subotnik, J. E.; Woodcock, H. L.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K.; Chipman, D. M.; Keil, F. J.; Warshel, A.; Hehre, W. J.; Schaefer, H. F.; Kong, J.; Krylov, A. I.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172.
51. Wu, Y.; Chen, H.; Wang, F.; Paesani, F.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7146.
52. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471.
53. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
54. Boese, A. D.; Doltsinis, N. L.; Handy, N. C.; Sprik, M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1670.
55. Wu, Y. J.; Tepper, H. L.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2006, 124, 024503.
56. Parrinello, M.; Hutter, J.; Marx, D.; Focher, P.; Tuckerman, M.; Andreoni, W.; Curioni, A.; Fois, E.; Roetlisberger, U.; Giannozzi, P.; Deutsh, T.; Alavi, A.; Sebastiani, D.; Laio, A.; VandeVondele, J.; Seitsonen, A.; Billeter, S. CPMD V3.11; IBM Corp. and Max Planck Inst., Stuttgart, 1990- 2008.
57. Troullier, N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43.
58. Grossman, J. C.; Schwegler, E.; Draeger, E. W.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 120, 300.
59. Izvekov, S.; Parrinello, M.; Burnham, C. J.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2004, 120, 10896.
60. Reed, A. E.; Weinstock, R. B.; Weinhold, F. J. Chem. Phys. 1985, 83, 735.
61. Cances, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032.
62. We tangentially note that the 'special pair ' partner water (O1x) is better defined as that with the smallest value, as opposed to the closest O to the central O0. The latter definition is incorrect (i.e., O0 hops to a further O with the smallest value) in ∼15% of the tested structures.
63. Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Parrinello, M. J Phys.: Condens. Matter 2000, 12, A153.
64. Lowdin, P. J. Chem. Phys. 1950, 18, 365.
65. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833.
66. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1841.
67. Martin, F.; Zipse, H. J. Comput. Chem. 2005, 26, 97.
68. Ojamae, L.; Shavitt, I.; Singer, S. J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 5547.