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Enregistrement W4412121268 · doi:10.5194/epsc-dps2025-118

Uncovering the Role of Hydroxylation and Oxygen Depletion on the Surface Binding Energy of Adsorbates: A Molecular Dynamics Study

2025· preprint· en· W4412121268 sur OpenAlexaff
Amanda Ricketts, Anastasis Georgiou, Déborah Berhanu, D. S. Ebel, François Leblanc, M. Sarantos, Sebastien Verkercke, Liam S. Morrissey

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueSpectroscopy and Quantum Chemical Studies
Établissements canadiensMemorial University of Newfoundland
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésHydroxylationMolecular dynamicsOxygenDynamics (music)Chemical physicsBinding energyChemistrySurface (topology)Molecular oxygenPhotochemistryBiophysicsComputational chemistryAtomic physicsPhysicsBiochemistryOrganic chemistryBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Introduction: The surfaces of airless, planetary bodies like the Moon and Mercury are constantly exposed to several processes that eject atoms into the exosphere1,2. While the composition and densities of these exospheres are known based on observational data from exploratory missions3, the source of each component is not well understood. This uncertainty necessitates better constraints for accurately interpreting the observed exospheric data. While complex laboratory studies drive reliance on theoretical models to study these exosphere-surface interactions.Molecular dynamics (MD) simulations rely on interatomic potentials to model interactions at the atomic level without requiring user-provided inputs. However, their high computational load restricts the size and timescale of simulations. As an alternative, MD can be employed to determine critical mineral-specific parameters, such as the surface binding energy (SBE), that can then serve as inputs for large-scale ejection models.This methodology has been used to study mineral-specific SBEs of both crystalline and amorphous surfaces4,5. More recently, we also considered the effect of adsorbates (i.e., atoms that eject below the escape energy and return to the surface) on SBE and subsequent emission processes for crystalline and amorphous surfaces6. However, the surfaces of these planetary bodies are much more complex than has been considered in these studies. For example, space weathering causes transient or localized hydroxylation of surface minerals via solar wind proton interactions7, as well as dynamic oxygen depletion due to preferential sputtering8. No study has considered how these different structures will affect the SBE and subsequent predicted exospheres. Without considering these complexities the MD derived SBEs are limited in their application to exosphere modelers.Methodology: This study evaluates the adsorption of Na onto hydroxylated and oxygen depleted SiO2, albite, and anorthite, determining SBE distributions using MD simulations.Results: Figure 1 displays the SBE distributions of adsorbed Na on 100% hydroxylated and clean (i.e., non-hydroxylated) SiO2, albite, and anorthite surfaces.Figure 1. SBE distributions of adsorbed Na on the hydroxylated surfaces of SiO2, albite, and anorthite. The whole lines represent the hydroxylated SBE distributions of each surface, and the dashed lines represent the clean surface (i.e., non-hydroxylated) SBE distributions.First, it is evident that the hydroxylation of SiO2, albite, and anorthite surfaces results in a distinct shift of SBE distributions and significantly reduces the average SBEs of adsorbed Na. The average SBE of Na adsorbed onto a clean SiO2 surface is 5.7 eV, while the average SBE of Na adsorbed onto a hydroxylated SiO2 surface is 2.8 eV. We attribute these findings to the unique bond types and interactions formed in each case.In the clean surface models, it is expected that adsorbed Na atoms form ionic bonds with the surface oxygen atoms which have a high bond strength. In the hydroxylated surface models, the surface oxygen atoms are already bonded to hydrogen, reducing its availability for interactions with the adsorbed Na. Instead, Na may be interacting via hydrogen bonding or weak van der Waals interactions with -OH groups, resulting in lower SBEs. These findings align with previous relevant literature9,10, however future experimental work is required for validation.In summary, the localized hydroxylation of surface minerals on the Moon and Mercury suggests that lower energy sites are available for adsorbates, making ejection processes of these atoms significantly more efficient. It is therefore paramount to understand the extent of localized hydroxylation on the surface of airless bodies in order to then quantify the contributions of different sources into the exosphere. Next, surface oxygen depletion of these surfaces will be investigated. The development of a database of SBEs that capture the complexities of surfaces on airless planetary bodies is crucial for connecting source processes to atomic species and achieving a complete understanding of the surface-exosphere connection.References:1. Killen, R.M., et al. (1999)2. Wurz, P., et al. (2022)3. McClintock, et al. (2018)4. Morrissey, L., et al. (2022)5. Morrissey, L., et al. (2024a)6. Morrissey, L., et al. (2024b)7. Yeo, L.H., et al. (2024)8. Killen, R.M., et al. (2007)9. Wang, X. (2023)10. Wang, G., et al. (2020)

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,007
Tête enseignante GPT0,235
Écart entre enseignants0,228 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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