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水分子的发现将迫使教科书被重写 • Earth.com

水分子的发现将迫使教科书被重写 • Earth.com

与传统知识的显着转变是,英国大学的研究人员最近进行的一项研究…… 剑桥大学 马克斯·普朗克研究所 聚合物研究 揭示了对水分子行为的开创性见解。

这一发现将重新绘制教科书模型,对我们对气候和环境科学的理解具有重要意义。

水分子和盐水

传统上,人们认为盐水或电解质溶液表面的水分子以某种方式排列。

这种排列在各种大气和环境过程(例如海水蒸发)中发挥着关键作用,并且是大气化学和气候科学的组成部分。

因此,全面了解这些表面行为是解决人类对地球影响的关键。

然而,研究这些表面的传统方法,特别是使用振动频率和生成(VSFG)技术,有其局限性。

振动和频发生 (VSFG)

虽然 VSFG 可以有效测量这些关键界面处分子振动的强度,但它无法区分这些信号是正信号还是负信号。

从历史上看,这种差距导致了对数据的模糊解释。

研究团队使用 VSFG 的高级版本(称为外差检测 (HD)-VSFG),并结合复杂的计算机建模,正面解决了这些挑战。

他们的方法可以更精确地研究不同的电解质溶液及其在空气-水界面上的行为。

革命性成果

这项研究的发现堪称革命性的。 人们长期以来认为离子会形成双电层,将水分子引向一个方向,但与此相反,这项研究展示了一种完全不同的情况。

发现水/空气界面中的正离子(阳离子)和负离子(阴离子)都被耗尽。

更有趣的是,简单电解质中的阳离子和阴离子可以向上和向下引导水分子,颠覆了当前的模型。

亚尔·利特曼博士 优素福·哈米德,化学系该研究的共同第一作者解释了研究结果。

“我们的工作表明,简单电解质溶液的表面具有与之前认为的不同的离子分布,”利特曼解释道。

“富含离子的底面决定了界面的组织:在顶部,有几层纯水,然后是富含离子的层,最后是盐水。”

对水分子研究的意义

共同第一作者、马克斯·普朗克研究所的郭阳江博士呼应了这些发现的重要性,强调了高水平 HD-VSFG 和模拟的结合使用。

“本文表明,高级 HD-VSFG 与模拟的结合是一种宝贵的工具,将有助于对液体界面的分子水平理解,”Chiang 解释道。

Misha Boone 教授,该大学分子光谱学系主任 马克斯·普朗克研究所他说:“这些类型的界面存在于地球上的任何地方,因此研究它们不仅有助于我们的基本理解,而且还可以带来更好的设备和技术。”“我们应用这些相同的方法来研究固体/液体界面,这可以它在电池和储能方面具有潜在的应用前景。

他补充说,该团队正在应用这些方法来研究固/液界面,这可能在电池和能源存储等领域具有潜在的应用。

总之,这项研究是大气化学建模和一系列应用的范式转变,代表了我们理解环境过程的重要一步。

它证明了对知识的不懈追求和科学研究在重塑我们对自然世界的理解方面的变革力量。

完整的研究发表在期刊上 自然化学

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