Met behulp van een geavanceerde techniek, wetenschappers van de RIKEN Cluster for Pioneering Research hebben aangetoond dat een door licht aangedreven chemische reactie tienduizend keer sneller plaatsvindt op het grensvlak lucht-water - wat we gewoonlijk het wateroppervlak noemen - dan in het grootste deel van het water, zelfs als het licht een equivalente energie heeft. Deze bevinding zou ons kunnen helpen bij het begrijpen van de vele belangrijke chemische en biologische processen die plaatsvinden aan het wateroppervlak.

Water is de belangrijkste vloeistof in de natuur, en onderzoek heeft uitgewezen dat er wel degelijk iets bijzonders is aan de interface. Om redenen die niet goed begrepen werden, het lijkt erop dat sommige chemische reacties gemakkelijk plaatsvinden wanneer de moleculen zich gedeeltelijk in het water bevinden, maar niet wanneer ze volledig zijn opgelost.

Een probleem dat het begrip belemmert, is dat niet goed wordt begrepen hoe chemische reacties daadwerkelijk verlopen op het grensvlak. Om dit te onderzoeken, de RIKEN-groep gebruikte een geavanceerde techniek die ultrasnelle fasegevoelige interface-selectieve vibratiespectroscopie wordt genoemd. Het is een mondvol, maar in wezen betekent het dat je een snelle film kunt krijgen van de intermediaire moleculen die worden gecreëerd als een chemische reactie plaatsvindt op een grensvlak. In dit geval, "hoge snelheid" betekent ongeveer honderd femtoseconden, of minder dan een biljoenste van een seconde.

Met behulp van de methode, ze analyseerden de foto-ionisatie van fenol, een reactie die goed is bestudeerd in bulkwater, gebruikmakend van equivalente hogesnelheidspulsen van ultraviolet licht. De experimenten toonden aan dat dezelfde reactie plaatsvond op het grensvlak, maar dat door verschillen in de omstandigheden daar, de reactie verliep ongeveer tienduizend keer sneller.

Volgens Satoshi Nihonyanagi, een van de auteurs van het onderzoek, gepubliceerd in Natuurchemie , "Het was opwindend om te ontdekken dat de reactiesnelheid voor fenol zo fenomenaal anders is, maar daarnaast, onze methode om chemische reacties direct in realtime waar te nemen aan het wateroppervlak kan ook worden toegepast op andere reacties, en zou ons kunnen helpen een beter begrip te krijgen van hoe reacties verlopen in deze speciale omgeving."

Volgens Tahei Tahara, de leider van de onderzoeksgroep, "Het feit dat er een 10 is, 000-voudig verschil in de reactiesnelheid van een basisch organisch molecuul zoals fenol tussen het bulkwater en het wateroppervlak is ook erg belangrijk voor de katalytische chemie, het vakgebied dat tot doel heeft chemische reacties te bevorderen en te beheersen. In aanvulling op, water in de natuur bestaat als zeewater, die bubbels en aerosolen heeft, dus met een groot oppervlak. Ons werk kan ons helpen te begrijpen hoe moleculen worden geadsorbeerd aan het oppervlak van water, leiden tot chemische reacties die een enorme impact hebben op het mondiale milieu."