首次观察到离子水的短暂自由基-阳离子对

科学家们第一次成像并测量了水电离过程中一个基本但短暂的步骤——羟基水合氢离子复合物OH(H)的产生_3.O⁺)，这是一个自由基-阳离子对，直到它在十万亿分之一秒后分离。

水电离是一种存在于无数化学反应中的过程，在从放射治疗到储存核废料的腐蚀澳门万博公司等各个方面都起着关键作用。了解水电离的细节对于理解它之后的许多过程至关重要，他说马提亚健康美国斯坦福大学。我和Ming-Fu林而且Xijie王来自加州SLAC国家加速器实验室。

该团队使用SLAC的兆电子伏超快电子衍射仪器对液态水样本产生电子束。当样品被高能激光脉冲加热和电离时，仪器会对分子电离过程中电子散射产生的衍射图样进行快照。

这使得研究人员能够测量样品中氢原子和氧原子之间的键的极其微小的变化，而这是x射线光谱学无法确定的。Ihme说:“氢是一种非常小的原子，用x射线很难测量。”“这种电子衍射系统的好处是，我们实际上可以检测氢。”

快照图像显示，羟基-水合氢离子对仅存活约100飞秒，在样品电离并在250fs内解离为单独的羟基自由基和水合氢离子阳离子后形成约140fs。这比光引起的最快的生化反应之一——视觉蛋白还要快视紫红质的光异构化(200fs)。

该结果验证了迄今为止仅由分子动力学模拟预测的自由基-阳离子复合物的理论描述。Ihme说:“看到理论被证实总是令人兴奋的。”

物理学家解释说，虽然电子衍射方法在探测分子过程时比x射线方法具有更精细的空间分辨率，但它不擅长分辨非常小的时间周期琳达年轻芝加哥大学和美国阿贡国家实验室的研究人员。在一个去年发表的研究Young和她的同事们使用x射线光谱学研究了H₂O⁺在水电离过程中产生的离子，当一个带电粒子第一次撞击水分子并释放出一个电子。她说:“x射线光谱学和电子散射数据的结合将为理论提供严格的检验。”

物理化学家阿里哈桑纳尼领导的意大利的里雅斯特国际理论物理中心的教授说，现在使用电子衍射来研究在纯水以外的条件下水电离的差异将会很有趣，比如在水和另一种物质的界面上。他说:“我认为这为未来在更复杂条件下的研究奠定了基础。”