Науковці показали зв’язок електронних змін і перебудови формули води — ScienceDaily
Команда під керівництвом Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії зафіксувала ключові етапи світлоіндукованої реакції протон-спряженого перенесення електрона. Для цього дослідники застосували надшвидкі рентгенівські методи на установці Linac Coherent Light Source у SLAC National Accelerator Laboratory, повідомляє ScienceDaily. Результати опублікували в журналі Nature Communications.
Йдеться про процес, відомий як протон-спряжене перенесення електрона, або PCET. У ньому позитивно заряджений протон і негативно заряджений електрон рухаються узгоджено. Подібні механізми беруть участь у фотосинтезі, каталізі та біологічному перетворенні енергії. Узгоджений рух частинок може дозволяти молекулам уникати проміжних етапів, що потребують додаткової енергії, роблячи реакції швидшими й ефективнішими.
Рентгенівські методи та моделювання
Науковці досліджували комплекс на основі рутенію, який поглинає світло та за кислотних умов захоплює протон із середовища. Вони поєднали рентгенівську абсорбційну спектроскопію, що відстежувала переміщення електронів між ділянками молекули, з рентгенівським розсіянням у часовому розрізі. Другий метод дав змогу спостерігати перебудову атомів, зокрема рух молекул розчинника довкола реагуючої молекули.
Більше актуальних новин читайте у Telegram-каналі UA.News.
Інтерпретувати складні рентгенівські сигнали допомогли розрахунки методом часово-залежної теорії функціонала густини та моделювання молекулярної динаміки. Результати показали, що локальні зміни електронної структури супроводжуються масштабнішою реорганізацією мережі молекул води, коли молекула захоплює протон.
Обмеження експерименту
Автори зазначили, що сам протон безпосередньо не спостерігали: рентгенівське розсіяння переважно фіксує атоми, багаті на електрони. Висновки про рух протона вони зробили на підставі узгодженості вимірювань із теоретичними розрахунками та зафіксованої перебудови електронної структури й водного оточення.
Запропонований підхід може застосовуватися для складніших реакцій PCET. За оцінкою авторів, детальніше розуміння таких процесів у перспективі може допомогти в розробленні ефективніших каталізаторів, паливних елементів і проточних акумуляторів.
