Naukowcy pokazali związek zmian elektronowych i przebudowy wody w reakcji PCET — ScienceDaily
Zespół kierowany przez Pacific Northwest National Laboratory zarejestrował kluczowe etapy indukowanej światłem reakcji sprzężonego transferu protonu i elektronu. W tym celu badacze zastosowali ultraszybkie metody rentgenowskie w ośrodku Linac Coherent Light Source w SLAC National Accelerator Laboratory, informuje ScienceDaily. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Chodzi o proces znany jako sprzężony transfer protonu i elektronu, czyli PCET. W jego trakcie dodatnio naładowany proton i ujemnie naładowany elektron poruszają się w skoordynowany sposób. Podobne mechanizmy uczestniczą w fotosyntezie, katalizie i biologicznej konwersji energii. Skoordynowany ruch cząstek może pozwalać cząsteczkom unikać etapów pośrednich wymagających dodatkowej energii, dzięki czemu reakcje są szybsze i bardziej efektywne.
Metody rentgenowskie i modelowanie
Naukowcy badali kompleks na bazie rutenu, który pochłania światło i w warunkach kwasowych wychwytuje proton z otoczenia. Połączyli rentgenowską spektroskopię absorpcyjną, która śledziła przemieszczanie elektronów między częściami cząsteczki, z rozpraszaniem promieniowania rentgenowskiego z rozdzielczością czasową. Druga metoda umożliwiła obserwację przebudowy atomów, w tym ruchu cząsteczek rozpuszczalnika wokół reagującej cząsteczki.
Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.
W interpretacji złożonych sygnałów rentgenowskich pomogły obliczenia metodą zależnej od czasu teorii funkcjonału gęstości oraz symulacje dynamiki molekularnej. Wyniki pokazały, że lokalnym zmianom struktury elektronowej towarzyszy reorganizacja na większą skalę sieci cząsteczek wody, gdy cząsteczka wychwytuje proton.
Ograniczenia eksperymentu
Autorzy zaznaczyli, że samego protonu nie obserwowano bezpośrednio: rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego rejestruje przede wszystkim atomy bogate w elektrony. Wnioski o ruchu protonu wyciągnęli na podstawie zgodności pomiarów z obliczeniami teoretycznymi oraz zarejestrowanej przebudowy struktury elektronowej i otoczenia wodnego.
Zaproponowane podejście może być stosowane do bardziej złożonych reakcji PCET. Zdaniem autorów bardziej szczegółowe zrozumienie takich procesów może w przyszłości pomóc w opracowaniu wydajniejszych katalizatorów, ogniw paliwowych i akumulatorów przepływowych.
