Polimorfismo e poliamorfismo em água bicamada confinada em nano poros com fendas sob alta pressão

Uma propriedade física distintiva da água em grande escala é seu rico comportamento de fase no estado sólido, que inclui 15 formas cristalinas (gelo I-gelo XIV) e pelo menos 3 formas vítreas de água, a saber, amorfa de baixa densidade, amorfa de alta densidade e amorfa de muito alta densidade (VHDA). O confinamento em escala nanométrica adiciona uma nova variável física que pode resultar em uma riqueza de novas fases quasi-2D de gelo e gelo amorfo. Simulações computacionais anteriores revelaram que quando a água é confinada entre duas placas hidrofóbicas planas a cerca de 7-9 Å de distância, numerosos gelos bicamados (BL) (ou polimorfos) podem surgir, por exemplo, gelo hexagonal BL (gelo BL I). De fato, o crescimento do gelo BL I através da deposição de vapor em um substrato de grafeno/Pt(111) foi alcançado experimentalmente. Neste trabalho, relatamos evidências de simulação computacional de amorfização induzida por pressão de gelo BL I para gelo BL-amorfo e então para BL-VHDA(2) a 250 K e 3 GPa. Em particular, o BL-VHDA(2) pode se transformar em BL-VHDA(1) via descompressão de 3 para 1,5 GPa a 250 K. Este fenômeno de transição poliamorfa 2D é semelhante à amorfização induzida por pressão em gelo 3D (por exemplo, de gelo hexagonal para HDA e então para VHDA via recozimento isobárico). Além disso, quando o gelo BL I é comprimido instantaneamente até 6 GPa, um novo gelo BL de muito alta densidade é formado. Esta nova fase de gelo BL pode ser vista como uma matriz de nanotubos de gelo quadrados. As percepções obtidas a partir da amorfização induzida por pressão e cristalização da água confinada oferecem um guia para buscar um caminho termodinâmico para cultivar uma nova forma de clatrato de metano cujo framework de gelo BL exibe o padrão Arquimediano 4⋅8(2) (quadrado-octágono).