Ett team av forskare med medlemmar knutna till flera institutioner i Kina har visat real-space-avbildning av några av de mest representativa formerna av hydratiserade protoner. I deras artikel publicerad i tidskriften Science , beskriver gruppen modifiering av deras qPlus icke-intrusive atomic force microscope (AFM) för att förbättra upptäckt och avbildning. De använde den för att studera hydratiserade protoner i vatten placerat på olika metallmaterial. Yoshiaka Sugimoto, med University of Tokyo, har publicerat ett Perspectives-stycke i samma tidskriftsnummer som beskriver lagets arbete.

Som noterats av Sugimoto har kemister funnit det utmanande att få önskad information om protonernas placering och dynamik under vätning - processen där vätskor absorberas på fasta ytor. I denna nya satsning har forskarna utvecklat en metod för att göra det som innebär användning av en modifierad AFM.

AFM är mikroskop som kan användas för att skanna ytan av material på atomnivå. En önskad molekyl fästs på spetsen av en sond som sedan flyttas mycket nära ett material som studeras. När spetsen flyttas närmare övervakar sensorer krafterna från materialet när de verkar på molekylen.

I sitt arbete modifierade forskarna sitt mikroskop för att studera ett specifikt material under specifika förhållanden - i det här fallet ett enmolekylärt vattenlager som står på en metallyta. I deras experiment tjänade vattnet som en vattenvätad fast yta. Tidigare forskning har visat att under sådana förhållanden kommer vatten att bete sig ungefär som is, vilket innebär att det kommer att följa Bernal-Fowler-reglerna och bilda en nätverksstruktur med vätebindningar.

Genom att använda sin modifierade AFM kunde forskarna demonstrera real-space imaging av två vanliga former av hydratiserade protoner; Eigen- och Zundel-katjoner. De kunde också observera D- och L-defekter. Forskarna kunde också observera kopplade Eigen-Zundel-interkonversioner involverade i protonöverföring, som, de noterar, kan spela en ännu inte förstådd roll i elektrokemiska processer.

Titta på enskilda protoner som rör sig vid vattenfasta gränssnitt

© 2022 Science X Network