Een team van onderzoekers met leden verbonden aan verschillende instellingen in China heeft real-space beeldvorming aangetoond van enkele van de meest representatieve vormen van gehydrateerde protonen. In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Science , beschrijft de groep het aanpassen van hun qPlus niet-intrusieve atomic force microscope (AFM) om detectie en beeldvorming te verbeteren. Ze gebruikten het om gehydrateerde protonen in water te bestuderen die op verschillende metalen materialen waren geplaatst. Yoshiaka Sugimoto, verbonden aan de Universiteit van Tokyo, heeft een stuk Perspectives gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin het werk van het team wordt geschetst.

Zoals Sugimoto opmerkte, vonden chemici het een uitdaging om de gewenste informatie te verkrijgen over de locatie en dynamiek van protonen tijdens bevochtiging - het proces waarbij vloeistoffen worden geabsorbeerd op vaste oppervlakken. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers een methode ontwikkeld om dit te doen waarbij gebruik wordt gemaakt van een aangepaste AFM.

AFM's zijn microscopen die kunnen worden gebruikt om het oppervlak van materialen op atomair niveau te scannen. Een gewenst molecuul wordt bevestigd aan de punt van een sonde die vervolgens heel dicht bij een te bestuderen materiaal wordt bewogen. Naarmate de punt dichterbij wordt bewogen, bewaken sensoren de krachten van het materiaal terwijl ze op het molecuul inwerken.

In hun werk hebben de onderzoekers hun microscoop aangepast om een ​​specifiek materiaal onder specifieke omstandigheden te bestuderen - in dit geval een waterlaag met één molecuul die op een metalen oppervlak staat. In hun experimenten diende het water als een met water bevochtigd vast oppervlak. Voorafgaand onderzoek heeft aangetoond dat water zich onder dergelijke omstandigheden net als ijs zal gedragen, wat betekent dat het de Bernal-Fowler-regels zal volgen en een netwerkstructuur met waterstofbruggen zal vormen.

Door hun gemodificeerde AFM te gebruiken, waren de onderzoekers in staat om real-space beeldvorming van twee veel voorkomende vormen van gehydrateerde protonen aan te tonen; Eigen en Zundel kationen. Ze waren ook in staat om D- en L-defecten waar te nemen. De onderzoekers waren ook in staat om gekoppelde Eigen-Zundel-interconversies te observeren die betrokken zijn bij protonoverdracht, die, zo stellen ze, een nog te begrijpen rol kunnen spelen in elektrochemische processen.

Kijken naar enkele protonen die bewegen op water-vaste grensvlakken

© 2022 Science X Network