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液态水不仅仅是氢氧分子

Skoltech的科学家与斯图加特大学的研究人员合作发现,纯液态水中的短寿命离子(H3O 和OH-)的浓度远远高于pH值的估计值,因此显著改变了我们对水动力结构的理解。

摘要液态水固有离子在氧化还原过程、催化反应和电化学体系中起着重要的作用。由核量子效应引起的氢原子在水分子之间的低势垒隧穿,预计会产生短命的过量质子态。然而,到目前为止,还没有关于纯水中这些过量质子态的浓度的信息。

“我们使用水的同位素:普通水(H2O)、重水(D2O)和半重水(HDO)来识别过量质子状态。通过将氢原子(H)逐渐替换为氘(D),改变了过量质子相关物种(HD2O 、DH2O 、H3O 和D3O )的相对浓度,确定了它们对累积红外吸收的贡献。我们在半重水光谱的分子弯曲模式附近发现了浓度依赖的光谱特征,没有已知的模型能够解释。我们将这些特征与皮秒时间尺度上可能存在的过量质子联系起来。”

“虽然以前的水结构的研究是基于晶体实验,并没有反映水的动力学,我们的研究带来了新的见解,在超短时间尺度的复杂的水结构。该发现预测了电场与水相互作用的新效应,以及水的其他异常特性,”CEST高级研究科学家、主要作者瓦西里·阿尔特莫夫博士(Vasily Artemov)总结道。

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