Infrared spectroscopy of small protonated water clusters, H +(H2O)n (n = 2-5): Isomers, argon tagging, and deuteration

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 114, Issue 13, 2010, Pages 4570-4579

  Douberly, G E ^a   Walters, R S ^a   Cui, J ^b   Jordan, K D ^b   Duncan, M A ^a  

^a UNIVERSITY OF GEORGIA   (United States)

^b UNIVERSITY OF PITTSBURGH   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ARGON ATOMS; CLUSTER SIZES; COMPUTATIONAL WORK; DEUTERATED ANALOGUE; DEUTERATIONS; EXCITATION SPECTRUM; EXPERIMENTAL STUDIES; HYDROGEN BONDINGS; INFRARED EXCITATION; INFRARED PHOTODISSOCIATION SPECTROSCOPY; ISOMERIC STRUCTURES; PROTONATED WATER CLUSTERS; SINGLE-ISOMER; SMALL CLUSTERS; SMALL SIZE; STABLE ISOMERS; STRETCHING REGION; WATER MOLECULE;

ARGON; ATOMIC SPECTROSCOPY; ATOMS; DEUTERIUM; HYDROGEN BONDS; ISOMERS; PHOTODISSOCIATION;

INFRARED SPECTROSCOPY;

ARGON; DEUTERIUM; PROTON; WATER;

ARTICLE; BINDING SITE; BIOLOGY; CHEMISTRY; HYDROGEN BOND; INFRARED SPECTROPHOTOMETRY; ISOMERISM; PHOTOCHEMISTRY; THERMODYNAMICS;

ARGON; BINDING SITES; COMPUTATIONAL BIOLOGY; DEUTERIUM; HYDROGEN BONDING; ISOMERISM; PHOTOCHEMISTRY; PROTONS; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED; THERMODYNAMICS; WATER;

EID: 77950481848     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp100778s     Document Type: Article

References (82)

1. Bell, R. P. The Proton in Chemistry; Chapman & Hall: London, 1973.
2. Hynes, J. T., Klinman, J. P., Limbach, H.-H., and Schowen, R. L., Eds. Hydrogen-Transfer Reactions; Wiley-VCH Publishers,: Weinheim, 2006.
3. Bertini, I., Gray, H. B., Stiefel, E. I., and Valentine, J. S. Biological Inorganic Chemistry; University Science Books: Sausalito, CA, 2007.
4. Sorensen, B. Hydrogen and Fuel Cells; Elsevier Academic Press: Burlington, MA, 2005.
5. Ferguson, E. E., Fehsenfield, F. C., and Albritton, D. L. In Gas Phase Ion Chemistry; Bowers, M. T., Ed.; Academic Press: New York, 1979; Vol. 1, p 45.
6. D'Auria, R.; Turco, R. P. Geophys. Res. Lett. 2001, 28, 3871
7. Duley, W. W. Astrophys. J. 1996, 471, L57
8. Tielens, A. G. G. M. The Physics and Chemistry of the Interstellar Medium; Cambridge University Press: Cambridge, U.K., 2005.
9. de Grotthuss, C. J. T. Ann. Chim. (Paris) 1805, LVIII, 54 de Grotthuss, C. J. T. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1757, 871 (Engl. transl. (a))
10. Eigen, M. Z. Phys. Chem. (N.F. Frankfurt) 1954, 1, 176 Eigen, M. Angew. Chem. 1963, 75, 489 Eigen, M. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1964, 3, 1 Eigen, M.; Kruse, W.; Maass, G.; DeMaeyer, L. Prog. React. Kinet. 1964, 2, 285
11. Weller, A. Prog. React. Kinet. 1961, 1, 187
12. Zundel, G.; Metzer, H. Z. Z. Phys. Chem. (N.F. Frankfurt) 1968, 58, 225 Zundel, G. Adv. Chem. Phys. 2000, 111, 1
13. Borgis, D.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1118 Kiefer, P.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1834 Kiefer, P.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 11793
14. Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 456
15. Lobaugh, J.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 2056 Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9361 Day, T. J. F.; Soudackov, A. V.; Cuma, M.; Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5839 Voth, G. A. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 143 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 Morkovitch, O.; Chen, H.; Izvekov, S.; Paesani, F.; Voth, G. A.; Agman, N. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9456 Paesani, F.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5702
16. Mohammed, O. F.; Pines, D.; Dreyer, J.; Pines, E.; Nibbering, E. T. Science 2005, 310, 83
17. Garczarek, F.; Gerwert, K. Nature 2006, 439, 109
18. Wraight, C. A. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1757, 886
19. Siwick, B. J.; Bakker, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13412
20. Marx, D. ChemPhysChem 2007, 7, 1848
21. Hammes-Schiffer, S.; Soudackov, A. V. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 14108
22. Peters, K. S. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 89
23. Lin, S. S. Rev. Sci. Instrum. 1973, 44, 516
24. Searcy, J. Q.; Fenn, J. B. J. Chem. Phys. 1975, 61, 5282
25. Kassner, Jr, J. L.; Hagen, D. E. J. Chem. Phys. 1976, 64, 1860
26. Lancaster, G. M.; Honda, F.; Fukuda, Y.; Rabalais, J. W. J. Am. Chem. Soc. 1978, 101, 1951
27. Lau, Y. K.; Ikuta, S.; Kebarle, P. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 1462
28. Hermann, V.; Kay, B. D.; Castleman, A. W., Jr. Chem. Phys. 1982, 72, 185 Yang, X.; Castleman, A. W., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 6845 Wei, S.; Shi, Z.; Castleman, A. W., Jr. J. Chem. Phys. 1991, 94, 3268
29. Stace, A. J.; Moore, C. Chem. Phys. Lett. 1983, 96, 80
30. Echt, O.; Kreisle, D.; Knapp, M.; Recknagel, E. Chem. Phys. Lett. 1984, 108, 401
31. Nagashima, U.; Shinohara, H.; Nishi, N.; Tanaka, H. J. Chem. Phys. 1986, 84, 209
32. Magnera, T. F.; David, D. E.; Michl, J. Chem. Phys. Lett. 1991, 182, 363
33. Schindler, T.; Berg, C.; Niedner-Schatteburg, G.; Bondybey, V. E. Chem. Phys. Lett. 1996, 250, 301 Niedner-Schatteburg, G.; Bondybey, V. E. Chem. Rev. 2000, 100, 4059
34. Honma, K.; Armentrout, P. B. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8307
35. Meot-Ner, M. Chem. Rev. 2005, 105, 213
36. Andersson, P. U.; Ryding, M. J.; Sekiguchi, O.; Uggerud, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 6127
37. Harrison, A. G. Chemical Ionization Mass Spectrometry, 2nd ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1992.
38. Xie, Y.; Remington, R. B.; Schaefer, H. F., III. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4878
39. Wei, D.; Saluhub, D. R. J. Chem. Phys. 1994, 101, 7633
40. Corongiu, G.; Kelterbaum, R.; Kochanski, E. J. Phys. Chem. 1995, 99, 8038
41. Wales, D. J.; Hodges, M. P. Chem. Phys. Lett. 1998, 286, 65 Hodges, M. P.; Wales, D. J. Chem. Phys. Lett. 2000, 324, 279 James, T.; Wales, D. J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 134306
42. Svanberg, M.; Pettersson, J. B. C. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1865
43. Kusaka, I.; Oxtoby, D. W. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10100
44. Singer, S. J.; McDonald, S.; Ojamae, L. J. Chem. Phys. 2000, 112, 710
45. Sobolewski, A. L.; Domcke, W. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 4158
46. Christie, R. A.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8376 Kumar, R.; Christie, R. A.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4111
47. Mella, M.; Clary, D. C. J. Chem. Phys. 2003, 119, 10048
48. Ludwig, R. Chem. Phys. Chem. 2004, 5, 1495
49. Kuo, J.-L.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 2005, 122 024516
50. Chang, H.-C.; Wu, C.-C.; Kuo, J.-L. Int. Rev. Phys. Chem. 2005, 24, 553
51. Yu, H.; Cui, Q. J. Chem. Phys. 2007, 127, 234504
52. Kus, T.; Lotrich, V. F.; Perera, A.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2009, 131, 104313
53. Huang, X.; Carter, S.; Bowman, J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 5431 Huang, X.; Cho, H. M.; Carter, S.; Ojamae, L.; Bowman, J. M.; Singer, S. J. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7142 Dai, J.; Bacic, Z.; Huang, X.; Carter, S.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 6571 Huang, X.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2005, 122 044308 McCoy, A. B.; Huang, X.; Carter, S.; Landeweer, M. Y.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2005, 122 061101 Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 2933 Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7671
54. Pickard, IV, F. C.; Pokon, E. K.; Liptak, M. D.; Shields, G. C. J. Chem. Phys. 2005, 122, 024302
55. Devlin, J. P.; Severson, M. W.; Mohamed, F.; Sadlej, J.; Buch, V.; Parrinello, M. Chem. Phys. Lett. 2005, 408, 439
56. Shin, I.; Park, M.; Min, S. K.; Lee, E. C.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 234305 Singh, N. J.; Park, M.; Min, S. K.; Suh, S. B.; Kim, K. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3795 Chan, B; Del Bene, J. E.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12197 Park, M.; Shin, I.; Singh, N. J.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10692 Karthikeyan, S.; Park, M.; Shin, I.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10120 Karthikeyan, S.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 9237
57. Parthasarathi, R.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 13287
58. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6918 Vendrell, O.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184302 Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184303 Vendrell, O.; Meyer, H.-D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4692 Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 352 Vendrell, O.; Brill, M.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 130, 234305 Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2009, 131 034308
59. Luo, Y.; Maeda, S.; Ohno, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10732
60. Begemann, M. H.; Gudeman, C. S.; Pfaff, J.; Saykally, R. J. Phys. Rev. Lett. 1983, 51, 554 Begemann, M. H.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 3570 Gruebele, M.; Polak, M.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1987, 87, 3347
61. Liu, D.-L.; Oka, T. Phys. Rev. Lett. 1985, 54, 1787 Tang, J.; Oka, T. J. Mol. Spectrosc. 1999, 196, 120
62. Dong, F.; Uy, D.; Davis, S.; Child, M.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 224301 Dong, F.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 2006, 125, 144311
63. Schwarz, H. A. J. Chem. Phys. 1977, 67, 5525
64. Yeh, L. I.; Okumura, M.; Myers, J. D.; Price, J. M.; Lee, Y. T. J. Chem. Phys. 1989, 91, 7319 Okumura, M.; Yeh, L. I.; Myers, J. D.; Lee, Y. T. J. Phys. Chem. 1990, 94, 3416 Yeh, L. I.; Lee, Y. T.; Hougen, J. T. J. Mol. Spectrosc. 1994, 164, 473 Wang, Y.-S.; Jiang, J. C.; Cheng, C.-L.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Chang, H.-C. J. Chem. Phys. 1997, 107, 9695 Jiang, J.-C.; Wang, Y.-S.; Chang, H.-C.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Niedner-Schatteburg, G.; Chang, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1398
65. Asmis, K. R.; Pivonka, N. L.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Kaposta, C.; Neumark, D. M.; Wöste, L. Science 2003, 299, 1375
66. Fridgen, T. D.; McMahon, T. B.; MacAleese, L.; Lemaire, J.; Maitre, P. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9008
67. Shin, J.-W.; Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Johnson, M. A.; Walters, R. S.; Jaeger, T. D.; Duncan, M. A.; Christie, R. A.; Jordan, K. D. Science 2004, 304, 1137
68. Miyazaki, M.; Asuka, F.; Ebata, T; Mikami, N. Science 2004, 304, 1134
69. 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
70. Headrick, J. M.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2004, 121, 11523 Diken, E. G.; Headrick, J. M.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1487 Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; Myshakin, E. M.; Jordan, K. D.; McCoy, A. B.; Huang, X.; Bowman, J. M.; Carter, S. J. Chem. Phys. 2005, 122, 244301 McCunn, L. R.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 321 McCunn, L. R.; Roscioli, J. R.; Elliott, B. M.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6074
71. Lin, C.-K.; Wu, C.-C.; Wang, Y.-S.; Lee, Y. T.; Chang, H.-C.; Kuo, J.-L.; Klein, M. L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 938 Wu, C.-C.; Lin, C.-K.; Chang, H.-C.; Jiang, J.-C.; Kuo, J.-L.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 2005, 122 074315
72. Duncan, M. A. Intl. Rev. Phys. Chem. 2003, 22, 407
73. Ebata, T.; Fujii, A.; Mikami, N. Int. Rev. Phys. Chem. 1998, 17, 331
74. Bieske, E. J.; Dopfer, O. Chem. Rev. 2000, 100, 3963
75. Robertson, W. H.; Johnson, M. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 173
76. Frisch, M. J.; et al. Gaussian 03, Revision D.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
77. Shimanouchi, T. Molecular Vibrational Frequencies. In NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69; Linstrom, P. J.; Mallard, W. G., Eds.; National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899 (http://webbook.nist.gov); February 2008, accessed August 2009.
78. Walters, R. S.; Pillai, E. D.; Duncan, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16599
79. Carnegie, P. D.; McCoy, A. B.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4849
80. Nesbitt, D. J.; Field, R. W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12735
81. Douberly, G. E.; Ricks, A. M.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 8449
82. Douberly, G. E.; Walters, R. S.; Cui, J.; Jordan, K. D.; Duncan, M. A. Manuscript in preparation.