电子注入水后不久会发生什么?

由于1月16日在Nature Communications上发表的一篇文章,这个长达数十年的问题现在得到了答案。该研究是芝加哥大学,美国能源部(DOE)Argonne和Lawrence Livermore National的研究人员合作的成果。实验室和加州大学圣地亚哥分校。

由于1月16日在Nature Communications上发表的一篇文章,这个长达数十年的问题现在得到了答案。该研究是芝加哥大学,美国能源部(DOE)Argonne和Lawrence Livermore National的研究人员合作的成果。实验室和加州大学圣地亚哥分校。

芝加哥大学分子工程研究所的Liew家庭教授,阿贡的高级科学家Giulia Galli教授说,到目前为止,科学家们在想要通过实验测量水的电子亲和力时面临技术挑战。

“文献中引用的大部分结果都是实验数字,实际上是通过将一些测量数量与粗略的理论估计值相结合而得到的值,”她说。

另一方面,由于直接模拟相互作用的困难和高计算成本,准确的理论测量已经无法实现,加州大学圣地亚哥分校教授Francesco Paesani说,该研究的合着者多年来一直致力于为液态水建模提供准确的潜力。

Paesani开发的水分子之间的相互作用潜力被用来模拟液态水和水的表面结构。一旦获得结构,Galli团队开发的用于研究物质激发态的高度精确的理论方法和软件被用于理解当电子注入水中时会发生什么。

从根本上说,研究人员试图了解电子是否存在于液体中并最终参与化学反应。中心问题是,“液体是否会立即与电子结合?”

研究人员发现电子与水结合; 然而,它的结合能比以前想象的要小得多。这促使研究人员重新审视了许多公认的水电子亲和力数据和模型。

Galli和她的同事多年来开发了本研究中使用的兴奋状态的方法,与来自Lawrence Livermore的TA Pham和来自Argonne的Marco Govoni合作,两人都是本研究的共同作者。

“使用开发用于研究现实系统中兴奋状态现象的软件(命名为无空状态或WEST)和阿贡领导计算设施(ALCF),我们终于能够为足够大且时间足够长的样本生成数据。研究液态水的电子亲和力,“Govoni说。

“我们发现在表面和大量液体中的亲和力之间存在很大差异。我们还发现了与文献中接受的值不同的值,这促使我们重新审视水中电子的完整能量图,“Pham补充道。

这一发现对于寻求从根本上理解水的性质的科学家以及想要描述水溶液中还原/氧化反应的科学家都有重要的影响,这些反应在化学和生物学中广泛存在。

特别是,科学家们在筛选用于光电化学电池的材料时经常使用有关水的能量水平的信息。对水电子亲和力的可靠估计(该研究的研究人员提供了大量水及其表面)将有助于科学家建立更稳健,更可靠的计算协议,并改进材料的计算筛选。

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