Vibrational spectroscopy as a probe of structure and dynamics in liquid water

Chemical Reviews

Volumn 110, Issue 3, 2010, Pages 1498-1517

  Bakker, H J ^a   Skinner, J L ^b  

^a FOM INSTITUTE AMOLF   (Netherlands)

^b UNIVERSITY OF WISCONSIN MADISON   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CORRELATION FUNCTION; EXPERIMENTAL TECHNIQUES; FREQUENCY RESOLUTIONS; LIQUID WATER; LOCAL ENVIRONMENTS; LONG-TIME DECAY; PEAK SHIFT; PULSE ECHOES; RAMAN LINE SHAPES; SPECTRAL DIFFUSION; STRUCTURE AND DYNAMICS; THERMAL EQUILIBRIUMS; TIME CONSTANTS; TIME CORRELATION FUNCTIONS; TIME DECAY; ULTRAFAST VIBRATIONAL SPECTROSCOPY; VIBRATIONAL FREQUENCIES;

VIBRATIONAL SPECTROSCOPY;

LIQUIDS;

EID: 77949638476     PISSN: 00092665     EISSN: 15206890     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr9001879     Document Type: Article

References (175)

1. Ball, P. Life's Matrix: A Biography of Water; Farrar, Straus, and Giroux: New York, 1999.
2. Ball, P. Nature 2008, 452, 291.
3. Ball, P. Chem. Rev. 2008, 108, 74.
4. Reed, A. E.; Weinhold, F.; Curtiss, L. A.; Pochatko, D. J. J. Chem. Phys. 1986, 84, 5687.
5. Ojamäe, L.; Hermansson, K. J. Phys. Chem 1994, 98, 4271.
6. Pedulla, J. M.; Vila, F.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1996, 105, 11091.
7. Xantheas, S. S. Chem. Phys. 2000, 258, 225.
8. Kumar, R.; Skinner, J. L. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8311.
9. Reed, A. E.; Curtiss, L. A.; Weinhold, F. Chem. Rev. 1988, 88, 899.
10. Guillot, B. J. Mol. Liq. 2002, 101, 219.
11. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 5, 2471.
12. Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Chem, Phys. 2002, 116, 10372.
13. Lee, H.-S.; Tuckerman, M. E. J. Chem. Phys. 2007, 126, 164501.
14. Schwegler, E.; Grossman, J. C.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 121, 5400.
15. Mantz, Y. A.; Chen, B.; Martyna, G. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3540.
16. Todorova, T.; Seitsonen, A. P.; Hutter, J.; Kuo, I.-F. W.; Mundy, C. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3685.
17. VandeVondele, J.; Mohamed, F.; Krack, M.; Hutter, J.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014515.
18. Bukowski, R.; Szalewicz, K.; Groenenboom, G. C.; van der Avoird, A. Science 2007, 315, 1249.
19. Fanourgakis, G. S.; Xantheas, S. S. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 4100.
20. Kuharski, R. A.; Rossky, P. J. J. Chem Phys. 1985, 82, 5164.
21. Poulsen, J. A.; Nyman, G.; Rossky, P. J. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1482.
22. Stern, H. A.; Rittner, F.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2237.
23. Paesani, F.; Iuchi, S.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2007, 127, 074506.
24. de la Peña, L. H.; Kusalik, P. G. .J. Chem. Phys. 2004, 121, 5992.
25. Paesani, F.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5702.
26. Ropp, J.; Lawrence, C.; Farrar, T. C.; Skinner, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8047.
27. Smith, D. W. G.; Powles, J. G. Mol. Phys. 1966, 10, 451.
28. Godralla, B. C.; Zeidler, M. D. Mol. Phys. 1986, 59, 817.
29. Hardy, E. H.; Zygar, A.; Zeidler, M. D.; Holz, M.; Sacher, F. D. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3174
30. Jonas, J.; DeFries, T.; Wilbur, D. J. J. Chem. Phys. 1976, 65, 582.
31. Lang, E.; Lüdemann, H.-D. J. Chem. Phys. 1977, 67, 718.
32. Barthel, J.; Bachhuber, K.; Buchner, R.; Hetzenauer, H. Chem. Phys. Lett. 1990, 165, 369.
33. Head-Gordon, T.; Hura, G. Chem Rev. 2002, 102, 2651.
34. Wernet, P.; Nordlund, D.; Bergmann, U.; Cavalleri, M.; Odelius, M.; Ogasawara, H.; Näslund, L. Å.; Hirsch, T. K.; Ojamäe, L.; Glatzel, P.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Science 2004, 304, 995.
35. Smith, J. D.; Cappa, G D.; Wilson, K. R.; Messer, B. M.; Cohen, R. C.; Saykally, R. J. Science 2004, 306, 851.
36. Soper, A. K. Chem. Phys. 2000, 258, 121.
37. Laage, D. .J. Phys. Chem. B 2009, 113, 2684.
38. Teixeira, J.; Bellissent-Funnel, M. C.; Chen, S. H.; Dianoux, A. J. Phys. Rev. A 1985, 31, 1913.
39. Rønne, C.; Thrane, L.; Åstrand, P.-O.; Wallqvist, A.; Mikkelsen, K. V.; Keiding, S. R. J. Chem. Phys. 1997, 1707, 5319.
40. Rønne, G; Åstrand, P.-O.; Keiding, S. R.Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2888.
41. Prendergast, D.; Galli, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 215502.
42. Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Chem. Rev. 2004, 104, 1887.
43. Bakker, H. J.; Rezus, Y. L. A.; Timmer, R. L. A. J. phys. Chem. A 2008, 112, 11523.
44. Zheng, J.; Kwak, K.; Payer, M. D. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 75.
45. Cho, M. Chem. Rev. 2008, 108, 1331.
46. Auer, B.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2007, 127, 104105.
47. Buch, V.; Tarbuck, T.; Richmond, G. L.; Groenzin, H.; Li, I.; Schultz, M. J. J. Chem. Phys. 2007, 127, 204710.
48. Auer, B.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2008, 128, 224511.
49. Woutersen, S.; Bakker, H. J. Nature 1999, 402, 507.
50. Cowan, M. L.; Bruner, B. D.; Huse, N.; Dwyer, J. R.; Chugh, B.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T.; Miller, R. D. J. Nature 2005, 434, 199.
51. Kraemer, D.; Cowan, M. L.; Paarmann, A.; Huse, N.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T.; Miller, R. J. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 437.
52. Torii, H. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 9469.
53. Paarmann, A.; Hayashi, T.; Mukamel, S.; Miller, R. J. D. J. Chem. Phys. 2008, 128, 191103.
54. Paarmann, A.; Hayashi, T.; Mukamel, S.; Miller, R. J. D. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204110.
55. Lock, A. J.; Bakker, H. J. J. Chem. Phys. 2002, 117, 1708.
56. Pakoulev, A.; Wang, Z.; Dlott, D. D. Chem. Phys. Lett. 2003, 371, 594.
57. Pakoulev, A.; Wang, Z.; Pang, Y.; Dlott, D. D. Chem Phys. Lett. 2003, 380, 404.
58. Wang, Z.; Pakoulev, A.; Pang, Y.; Dlott, D. D. Chem. Phys. Lett. 2003, 378, 281.
59. Wang, Z.; Pakoulev, A.; Pang, Y.; Dlott, D. D. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9054.
60. Wang, Z.; Pang, Y.; Dlott, D. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 397, 40.
61. Bakker, H. J.; Lock, A. J.; Madsen, D. Chem. Phys. Lett. 2004, 384, 236.
62. Bakker, H. J.; Lock, A. J.; Madsen, D. Chem. Phys. Lett. 2004, 385, 329.
63. Pakoulev, A.; Wang, Z.; Pang, Y.; Dlott, D. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 385, 332.
64. Huse, N.; Ashihara, S.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Chem. Phys. Lett. 2005, 404, 389.
65. Lindner, J.; Vöhringer, P.; Pshenichnikov, M. S.; Cringus, D.; Wiersma, D. A.; Mostovoy, M. Chem. Phys. Lett. 2006, 421, 329.
66. Ashihara, S.; Huse, N.; Espagne, A.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Chem. Phys. Lett. 2006, 424, 66.
67. Ashihara, S.; Huse, N.; Espagne, A.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 743.
68. Wang, Z.; Pang, Y.; Dlott, D. D. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 3196.
69. Roychowdhury, S.; Bagchi, B. Chem. Phys. 2008, 343, 76.
70. Mallik, B. S.; Semparithi, A.; Chandra, A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 5104.
71. Ingrosso, F.; Rey, R.; Elsaesser, T.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 6657.
72. Nicodemus, R. A.; Tokmakoff, A. Chem. Phys. Lett. 2007, 449, 130.
73. Rey, R.; Møller, K. B.; Hynes, J. T. Chem. Rev. 2004, 104, 1915.
74. Woutersen, S.; Emmerichs, U.; Nienhuys, H.-K.; Bakker, H. J. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1106.
75. Gale, G. M.; Gallot, G.; Lascoux, N. Chem. Phys. Lett. 1999, 311, 123.
76. Deàk, J. C.; Rhea, S. T.; Iwaki, L. K.; Dlott, D. D. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4866.
77. Schwarzer, D.; Lindner, J.; Vöhringer, P. J. Chem. Phys. 2005, 123, 161105.
78. Rey, R.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1996, 104 (6), 2356.
79. Lawrence, G P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5827.
80. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1623.
81. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3840.
82. Kropman, M. F.; Nienhuys, H.-K.; Woutersen, S.; Bakker, H. J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 4622.
83. Larsen, O. F. A.; Woutersen, S. J. Chem Phys. 2004, 121, 12143.
84. Bodis, P.; Larsen, O. F. A.; Woutersen, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 5303.
85. Brubach, J. B.; Mermet, A.; Filabozzi, A.; Gerschel, A.; Roy, R. J. Chem. Phys. 2005, 122, 184509.
86. Schmidt, D. A.; Mild, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10119.
87. Graener, H.; scifert, G.; Laubereau, A. Phys. Rev. Lett. 1991, 66, 2092.
88. Laenen, R.; Rauscher, C.; Laubereau, A. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 2622.
89. Laenen, R.; Rauscher, C.; Laubereau, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 9304.
90. Laenen, R.; Simeonidis, K.; Laubereau, A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 408.
91. Gordon, R. G. Adv. Magn. Reson. 1968, 3, 1.
92. Skinner, J. L. Mol. Phys. 2008, 106, 2245.
93. Ahlborn, H.; Ji, X.; Space, B.; Moore, P. B. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10622.
94. Martí, J.; Guàrdia, E.; Padró, J. A. J. Chem. Phys. 1994, 101, 1083.
95. Mankoo, P. K.; Keyes, T. J. Chem. Phys. 2008, 129, 034504.
96. Silvestrelli, P. L.; Bernasconi, M.; Parrinello, M. Chem. Phys. Lett. 1997, 277, 478.
97. Skinner, L L.; Auer, B. M.; Lin, Y.-S. Adv. Chem. Phys. 2009, 142, 59.
98. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 8847.
99. Lawrence, G P.; Skinner, J. L. Chem. Phys., Lett. 2003, 369, 472.
100. Lawrence, G P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 264.
101. Piryatinski, A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9664.
102. Piryatinski, A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9672.
103. Rey, R.; Møler, K. B.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 11993.
104. Møller, K. B.; Rey, R.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1275.
105. Fecko, C. J.; Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Science 2003, 301, 1698.
106. Eaves, J. D.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 9424.
107. Harder, E.; Eaves, J. D.; Tokmakoff, A.; Berne, B. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 2005, 102, 11611.
108. Laage, D.; Hynes, J. T. Chem. Phys. Lett. 2006, 433, 80.
109. Diraison, M.; Guissani, Y.; Leicknam, J.-C.; Bratos, S. Chem. Phys. Lett. 1996, 258, 348.
110. Hermansson, K.; Knuts, S.; Lindgren, J. J. Chem. Phys. 1991, 95, 7486.
111. Hayashi, T.; 1. C. Jansen, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Phys. Chem A 2005, 109, 64.
112. Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8107.
113. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269.
114. Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6154.
115. Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2005, 123, 044513.
116. Schmidt, L R.; Roberts, S. T.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A.; Fayer, M. D.; Skinner, J. L. Chem. Phys. 2007, 341, 143.
117. Auer, B.; Kumar, R.; Schmidt, J. R.; Skinner, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 14215.
118. Auer, B.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2008, 129, 214705.
119. Whalley, E.; Klug, D. D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 78.
120. Hadži, D.; Bratos, S. In The Hydrogen Bond; Schuster, P., Zundel, G., Sandorfy, C., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1976; Vol. 2, Chapter 12.
121. Pimentel, G. C.; McClellan, A. L. The Hydrogen Bond; W. H. Freeman and Company: San Francisco, 1960.
122. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford: New York, 1995.
123. Kubo, R. Adv. Chem. Phys. 1969, 15, 101.
124. Smith, J. D.; Cappa, C. D.; Wilson, K. R.; Cohen, R. C.; Geissler, P. L.; Saykally, R. J., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 14171.
125. Lin, Y.-S.; Auer, B. M.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2009, 131, 144511.
126. Auer, B.; Skinner, J. L. Chem. Phys. Lett. 2009, 470, 13.
127. Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Nicodemus, R. A.; Tokmakoff, A. Chem. Phys. 2007, 341, 218.
128. Kumar, R.; Schmidt, J. R.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2007, 126, 204107.
129. Eisenberg, D.; Kauzmann, W. The Structure and Properties of Water, Oxford. University Press: New York, 1969.
130. Jimenez, R.; Fleming, G. R.; Kumar, P. V.; Maroncelli, M. Nature 1994, 369, 471.
131. Ohmine, I.; Saito, S. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 741.
132. Mikenda, W. J. Mol. Struct. 1986, 147, 1.
133. Steinel, T.; Asbury, J. B.; Zheng, J.; Payer, M. D. J. Phys., Chem. A 2004, 108, 10958.
134. Woutersen, S.; Emmerichs, U.; Bakker, H. J. Science 1997, 278, 658.
135. Nienhuis, H.-K.; van Santen, R. A.; Bakker, H. J. J. Chem Phys. 2000, 112, 8487.
136. Bakker, H. J.; Woutersen, S.; Nienhuys, H.-K. Chem. Phys. 2000, 258, 233.
137. Galiot, G.; Bratos, S.; Pommeret, S.; Lascoux, N.; Leicknam, J.-C.; Koziński, M.; Amir, W.; Gale, G. M. J. Chem. Phys. 2002, 117, 11301.
138. Rezus, Y. L. A.; Bakker, H. J. J. Chem. Phys. 2006, 125, 144512.
139. Rezus, Y. L. A.; Bakker, H. J. J. Chem. Phys. 2005, 123, 114502.
140. Fecko, C. J.; Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 054506.
141. Moilanen, D. E.; Fenn, E. E.; Lin, Y.-S.; Skinner, J. L.; Bagchi, B.; Payer, M. D. Proc.Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 5295.
142. Gale, G. M.; Galiot, G.; Hache, F.; Lascoux, N.; Bratos, S.; Leicknam, J.-C. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1068.
143. Woutersen, S.; Bakker, H. J, Phys. Rev.Lett. 1999, 83, 2077.
144. Bakker, H. J.; Nienhuys, H.-K.; Gallot, G.; Lascoux, N.; Gale, G. M.; Leicknam, J.-C.; Bratos, S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 2592.
145. Cho, M.; Yu, J.-Y.; Joo, T.; Nagasawa, Y.; Passino, S. A.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11944.
146. Piryatinski, A.; Skinner, J. L.J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8055.
147. Stenger, J.; Madsen, D.; Hamm, P.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. J. Phys., Chem. A 2002, 106, 2341.
148. Yeremenko, S.; Pshenichnikov, M. S.; Wiersma, D. A. Phys. Rev. A 2006, 73, 021804.
149. Stenger, J.; Madsen, D.; Hamm, P.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Phys., Rev., Lettt. 2001, 87, 027401.
150. Yeremenko, S.; Pshenichnikov, M. S.; Wiersma, D. A. Chem. Phvs. Lett. 2003, 369, 107.
151. Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Fecko, C. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Proc. Natl. Acad. sci. U.S.A. 2005, 102, 13019.
152. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Stromberg, C.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1107.
153. Roberts, S. T.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 084502.
154. Kwak, K.; Park, S.; Finkelstein, I. J.; Payer, M. D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 124503.
155. Steinel, T.; Asbury, J. B.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Payer, M. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 386, 295.
156. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Kwak, K.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Payer, M. D. J. Chem. Phys. 2004, 121, 12431.
157. Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194521.
158. Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194522.
159. 1. G Jansen, T.; Hayashi, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2005, 123, 114504.
160. Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Asbury, J. B.; Steinel, T.; Fayer, M. D.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8897.
161. Rick, S. W.; Stuart, S. J.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 101, 6141.
162. Garrett-Roe, S.; Hamm, P. J. Chem. Phys. 2008, 128, 104507.
163. Winkler, K.; Undner, J.; Bürsing, H.; Vöhringer, P. J. Chem. Phys. 2000, 113, 4674.
164. Lankhorst, D.; Schriever, J.; Leyte, J. C. Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1982, 86, 215.
165. van der Maarel, J. R. C.; Lankhorst, D.; de Bleijser, J.; Leyte, J. C. Chem. Phys. Lett. 1985, 122, 541.
166. Upari, G.; Szabo, A. Biophys. J. 1980, 30, 489.
167. Kandratsenka, A.; Schroeder, J.; Schwarzer, D.; Vikhrenko, V. S. J. Chem. Phys. 2009, 130, 174507.
168. Timmer, R. L. A.; Bakker, H. J. J. Chem Phys. 2007, 126, 154507.
169. Piletic, I. R.; Moilanen, D. E.; Spry, D. B.; Levinger, N. E.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 4985.
170. Laage, D.; Hynes, J. T. Science 2006, 311, 832.
171. Laage, D.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 14230.
172. Wallqvist, A.; Berne, B. J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13841.
173. Loparo, J. J.; Fecko, C. J.; Eaves, J. D.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. Phys. Rev. B 2004, 70, 180201.
174. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
175. Vega, C.; Sanz, E.; Abascal, J. L. F. J. Chem. Phys. 2005, 122, 114507.