科學家觀察到了最快的化學反應,有哪些的實際意義?

Science_北京

不懼過往,不畏將來!5小時前

編譯/花花  審稿/西莫  責編/雷鑫宇

美國能源部阿貢國家實驗室領導的國際團隊,利用超快X射線自由電子激光脈沖,捕獲了液態水電離后的超快質子轉移過程。

X射線捕獲的離子液態水中超快的質子轉移反應,該反應形成了羥基自由基和水合氫離子。

質子轉移反應是一個具有重要意義的過程,在核工程、空間旅行和環境修復等領域都有廣泛的應用,但一般的超快方法基本上無法觀測到這個過程。

近日,美國能源部阿貢國家實驗室領導的國際團隊利用超快X射線自由電子激光脈沖捕獲了液態水電離后的超快質子轉移過程。 相關論文1月10日發表在《科學》雜志上。

“我們在離子液態水中見證了形成羥基自由基的最快的化學反應?!闭撐耐ㄓ嵶髡?、阿貢國家實驗室的研究員Linda Young說,“羥基自由基相當重要,它可以擴散到有機體中,破壞DNA和RNA等大分子?!?/p>

通過了解羥基自由基形成的時間尺度,人們可以更深入地理解液態水的輻射分解,并最終制定策略抑制這一可能導致輻射損害的關鍵步驟。

當能量充足的輻射擊中水分子時,會引發一系列瞬時反應。首先,輻射會射出一個電子,留下一個帶正電的水分子(H2O+)。H2O+的生命極其短暫,幾乎不可能在實驗中直接觀察到。在萬億分之一秒的時間內,H2O+將一個質子交給另一個水分子,生成水合氫離子和羥基自由基。

雖然科學家們早在20世紀60年代就發現了這種反應,但直到最近,通過由直線加速器相干光源(LCLS)提供的超快X射線探測器,研究人員才觀察到了剩余的正電荷離子。

SLAC國家加速器實驗室的儀器科學家Bill Schlotter說:“捕捉水的關鍵是LCLS的超短X射線脈沖。通過調整這些X射線脈沖的‘顏色’,我們可以區分參與其中的特定離子和分子?!?/p>

LCLS提供的“定格”技術讓研究人員有機首次觀察到羥基自由基的時間演化。

根據Young的說法,雖然研究人員也希望能夠分離出H2O+的光譜特征,但它的壽命太短,只能從OH光譜中推斷出它的存在。超快的質子轉移產生了羥基自由基,從而產生一種特殊的光譜特征,證明羥基自由基的產生,這正是H2O+最開始生成的“時間戳”。

Young認為,這兩種物質的光譜是可以得到的,因為它們存在于一個“水窗口”中,那里的液態水不吸收光。

德國DESY自由電子激光科學中心的Robin Santra領導了理論研究,他說:通過超快X射線吸收,我們可以探測到電離和質子轉移位點附近的結構動力學,包括電子和原子核的運動。在僅僅50萬億分之一秒的時間里,周圍的水分子就會迅速移向離子化的H2O+,當距離足夠近時,水分子會抓住H2O+的一個質子,變成水合氫離子,并產生羥基自由基?!?/p>

Young說:“這項研究的主要成果是建立了一種觀察水中質子轉移反應的方法,并開發了一種清潔的羥基自由基探針?,F在我們不僅測量到了質子轉移的時間范圍,還在極短時間尺度上跟蹤了復雜系統中的羥基自由基?!?/p>

了解羥基自由基的形成還有其他實際意義,如核廢料處理、環境修復等。

雖然研究最快的化學反應本身就很有趣,但了解羥基自由基的形成還有其他實際意義,如核廢料處理、環境修復等。

期刊來源:《科學》

期刊編號: 0036-8075

原文鏈接:

https://phys.org/news/2020-01-scientists-ultrafast-birth-radicals.html

中文內容僅供參考,一切內容以英文原版為準。轉載請注明來源。

免責聲明:本文僅代表文章作者的個人觀點,與本站無關。其原創性、真實性以及文中陳述文字和內容未經本站證實,對本文以及其中全部或者部分內容文字的真實性、完整性和原創性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并自行核實相關內容。

http://www.7870458.live/style/images/nopic.gif
我要收藏
贊一個
踩一下
分享到
相關推薦
精選文章
?
分享
評論
首頁
冰球打架冬奥会