Il modello schematico dei protoni solvati in acqua monostrato. Blu:protoni solvati di tipo Zundel; Rosso:molecole d'acqua; Giallo:substrato dorato. Credito:Ying Jiang, Università di Pechino
Un team di ricercatori con membri affiliati a diverse istituzioni in Cina ha dimostrato l'imaging nello spazio reale di alcune delle forme più rappresentative di protoni idratati. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive la modifica del proprio microscopio a forza atomica (AFM) non intrusivo qPlus per migliorare il rilevamento e l'imaging. Lo usarono per studiare i protoni idratati nell'acqua posti su diversi materiali metallici. Yoshiaka Sugimoto, con l'Università di Tokyo, ha pubblicato un articolo su Perspectives nello stesso numero della rivista che delinea il lavoro svolto dal team.
Come notato da Sugimoto, i chimici hanno trovato difficile ottenere le informazioni desiderate riguardo alla posizione e alla dinamica dei protoni durante la bagnatura, il processo per cui i liquidi vengono assorbiti su superfici solide. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per farlo che prevede l'uso di un AFM modificato.
Gli AFM sono microscopi che possono essere utilizzati per scansionare la superficie dei materiali a livello atomico. Una molecola desiderata viene fissata sulla punta di una sonda che viene quindi spostata molto vicino a un materiale in studio. Quando la punta si avvicina, i sensori monitorano le forze del materiale mentre agiscono sulla molecola.
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno modificato il loro microscopio per studiare un materiale specifico in condizioni specifiche, in questo caso uno strato d'acqua a singola molecola che si trova su una superficie metallica. Nei loro esperimenti, l'acqua fungeva da superficie solida bagnata dall'acqua. Ricerche precedenti hanno dimostrato che in tali condizioni, l'acqua si comporterà in modo molto simile al ghiaccio, il che significa che seguirà le regole di Bernal-Fowler, formando una struttura a rete con legami idrogeno.
Utilizzando il loro AFM modificato, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare l'imaging nello spazio reale di due forme comuni di protoni idratati; cationi di Eigen e Zundel. Sono stati anche in grado di osservare i difetti D e L. I ricercatori sono stati anche in grado di osservare le interconversioni accoppiate di Eigen-Zundel coinvolte nel trasferimento di protoni, che, osservano, potrebbero svolgere un ruolo ancora da capire nei processi elettrochimici.
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