Los nanofilamentos de titanio de lepidocrocita cuántico-confinados unidimensionales, 1D, (1DL) son un polimorfo recientemente descubierto de TiO2 que tiene un gran potencial para diversas aplicaciones, incluyendo fotocatálisis, purificación de agua, degradación de colorantes y almacenamiento de energía. Estas excepcionales funcionalidades se originan de la única estructura atómica de 1DL y las diversas morfologías de autoensamblaje, que aún están bajo investigación activa. La comprensión actual se centra en la estructura atómica a lo largo de la dirección de crecimiento 1DL 100, indicando que comparte una estructura atómica de backbone típica del titanio de lepidocrocita bidimensional, 2DL, pero exhibe una longitud significativamente mayor a lo largo del 100. Lo que ha permanecido elusivo es cuál es el ancho mínimo alcanzable a lo largo de la dirección 001 y por qué los 1DL, a pesar de sus muy pequeñas dimensiones, son excepcionalmente estables en agua. En este trabajo, se investiga la estructura atómica y la estabilidad termodinámica y dinámica de celdas unitarias de 1DL con anchos 001 variables bajo un ambiente acuoso neutro en pH utilizando cálculos de primeros principios y simulaciones de dinámica molecular ab initio basadas en la teoría de funcionales de densidad. Atribuimos la notable estabilidad en agua a las terminaciones inducidas por moléculas de agua en los bordes de la cinta que tienden a formar enlaces de hidrógeno entre ellas cuando el número de terminaciones de agua es 4 por celda unitaria. En consecuencia, se encuentra que el ancho estable teóricamente mínimo de 1DL es tan pequeño como solo una constante de red (2 octaedros TiO6) de 2DL a lo largo de la dirección 001. Adicionalmente, se estudian sistemáticamente los efectos de la variación del ancho de sección transversal sobre el bandgap y los desplazamientos de los picos Raman, comparándolos con los de 2DL para revelar los efectos de confinamiento cuántico inducidos por la reducción de dimensionalidad.
Liu et al. (Viernes,) estudiaron esta cuestión.