質子水合結構不對稱

水如何溶劑化和運輸質子是化學家和生物學家共同面臨的一個基本問題，對我們理解光合作用和細胞呼吸等過程至關重要。芝加哥大學一組研究人員利用寬頻二維紅外光譜技術揭示了酸如鹽酸在水中分解時的質子行為。雖然一般的化學教科書上一般都說質子與水的結合是水合氫離子H3O+，但發現質子在兩個水分子之間是緊密結合，而且結構主要是不對稱的。

華盛頓大學聖路易斯分校(Washington University in St. Louis)化學助理教授、前芝加哥大學(University of Chicago)博士後阿諾德·o·貝克曼(Arnold O. Beckman)說：我們正在利用通過計算建模做出的預測，包括芝加哥大學(University of Chicago)化學教授格雷格·沃斯(Greg Voth)研究成果。

圖片：CC0 Public Domain

博科園-科學科普：沃斯是開發純水和生物系統中質子轉移計算模型的領軍人物，然而，研究水中質子所面臨的實驗和技術挑戰使得這些模型無法得到驗證，這項研究提供了關於水與質子相互作用複雜本質最全面的實驗觀點。這項研究是通過安德烈·托克馬克科夫(Andrei Tokmakoff)團隊在二維紅外光譜領域的進展而實現的，他是芝加哥大學(University of Chicago)的化學教授，也是這篇論文的合著者。二維紅外光譜在分子運動之前，利用短的紅外激光脈衝捕捉分子結構的快照。

一旦能夠捕捉到快照，研究人員發現，當兩個水分子共享一個質子時，可能會出現許多結構上的變化，而且這些結構的持續時間比先前認為的要長。例如，質子可能在中間或有一點傾斜。或者這兩個水分子之間的距離可能不同。這些數據將被用於改進計算模型，這將幫助研究人員定量地確定這些結構分布的性質，並理解為什麼這些結構比以前認為的更持久。

此外，該論文的合著者、研究生研究員威廉·卡朋特(William Carpenter)打算研究質子從一個水分子到下一個水分子時，結構是如何及時發展的。福涅爾還計劃在催化過程中應用質子轉移研究。很多化學家都在嘗試開發催化劑，模擬植物如何利用水分解來獲得新的清潔能源。像水分解這樣的催化過程依賴於多個質子轉移事件，在分子水平上理解這是如何工作的，可以幫助我們使用水作為燃料。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature Chemistry》｜研究/來自：芝加哥大學， DOI: 10.1038/s41557-018-0091-y

博科園-傳遞宇宙科學之美

閱讀原文進入可下載iOS或安卓App：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！