实时观察溶剂分子的运动

通过结合x射线技术和分子动力学模拟，在电荷转移过程后，水分子在双金属络合物周围的快速重排被实时监测，并具有原子分辨率。新的结果阐明了分子内的电荷流动是如何与分子环境耦合的，解释说Elisa Biasin来自美国SLAC国家加速器实验室。她说:“这种对分子相互作用的系统和定量理解将帮助我们解开自然和人工能量转换过程中的复杂机制。”

电子转移反应在能量收集中很重要。尽管已知溶剂在这一过程中起着至关重要的作用，但溶质-溶剂相互作用的分子细节在很大程度上仍未被探索。“这是一个巨大的挑战，因为涉及的时间非常短，”评论道克里斯汀Haldrup丹麦技术大学的研究员，他没有参与这项研究。“但通过这样的工作，我们现在第一次可以直接看到大自然在做什么，并将其与我们的模型进行比较。”

卡洛斯Baiz美国德克萨斯大学奥斯汀分校的一名研究人员认为，研究飞秒尺度上的分子运动是超快科学的前沿之一。他说:“主要的挑战在于能够将溶质周围的一小部分分子的信号与液体中的其他分子分离开来。”

利用x射线散射、x射线发射光谱和分子动力学模拟的结合，Biasin和他的同事们现在已经能够研究在铁-钌配合物中光驱动电荷转移过程中溶剂水分子的快速运动。研究小组使用了线性相干光源利用x射线自由电子激光进行实验，并结合超级计算机的先进模拟来分析和解释所获得的数据。他们发现电荷转移激发态的寿命为62飞秒(10飞秒)^-15年S)，第一溶剂化壳层的重组影响了电子的反向转移。

Biasin解释说:“我们首先通过光学激发分子来启动铁原子和钌原子之间的电子转移，然后使用x射线脉冲作为“超快相机”来记录产生的运动。”她说:“散射的x射线包含了构成双金属复合物的原子的位置信息，以及它周围的水分子的分辨率很高。”Biasin补充说，模拟对于识别复合物周围水分子的微妙平移运动至关重要，她说这是由氢键的变化引起的。

Haldrup指出:“作者将时间分辨率降低到100飞秒以下，这一成就是通过将结构研究与x射线光谱学相结合而实现的。”“这使得他们能够非常精确地‘记录’反应。”

亚当Kirrander来自英国爱丁堡大学，他最近用x射线观察光驱动反应的初始步骤他说，x射线散射和x射线光谱学的结合是进行详细机理研究的有力工具。“这个实验完美地展示了通过结合互补技术和模拟在解释实验数据方面的重要作用可以实现的原子级细节。”我相信，在未来几年，我们将看到越来越多这样的多模态测量，因为这些可以前所未有地深入了解复杂系统。”