一組研究人員發現鹽水表面的水分子的組織方式與之前認為的不同，因此需要重新繪制教科書模型。

許多與氣候和環境過程相關的重要反應發生在水分子與空氣的界面處。例如，海水蒸發在大氣化學和氣候科學中發揮著重要作用。了解這些反應對于減輕人類對地球的影響至關重要。

空氣和水界面上的離子分布會影響大氣過程。然而，迄今為止，對這些重要界面處微觀反應的精確理解一直存在激烈爭論。

在今天發表在《自然化學》雜志上的一篇論文中，劍橋大學和德國馬克斯普朗克聚合物研究所的研究人員表明，大多數鹽水溶液(稱為電解質溶液)表面的離子和水分子是有組織的以一種與傳統理解完全不同的方式。這可能會帶來更好的大氣化學模型和其他應用。

技術

研究人員著手研究空氣和水交匯處的離子分布如何影響水分子。傳統上，這是通過一種稱為振動和頻生成(VSFG)的技術來完成的。利用這種激光輻射技術，可以直接測量這些關鍵界面處的分子振動。然而，盡管可以測量信號的強度，但該技術無法測量信號是正信號還是負信號，這使得解釋過去的發現變得困難。此外，單獨使用實驗數據可能會得出不明確的結果。

該團隊通過利用一種更復雜的 VSFG(稱為外差檢測 (HD)-VSFG)來研究不同的電解質溶液，從而克服了這些挑戰。然后，他們開發了先進的計算機模型來模擬不同場景下的界面。

綜合結果表明，帶正電的離子(稱為陽離子)和帶負電的離子(稱為陰離子)都從水/空氣界面耗盡。簡單電解質的陽離子和陰離子使水分子向上和向下定向。這是教科書模型的逆轉，教科書模型教導離子形成雙電層并使水分子僅沿一個方向定向。

優素福·哈米德化學系的共同第一作者 Yair Litman 博士說：“我們的工作表明，簡單電解質溶液的表面具有與之前認為的不同的離子分布，并且離子富集的次表面決定了界面的組織方式：最頂部有幾層純水，然后是富含離子的層，最后是散裝鹽溶液。”

馬克斯·普朗克研究所的共同第一作者 Kuo-Yang Jiang 博士說：“這篇論文表明，將高級 HD-VSFG 與模擬相結合是一種寶貴的工具，將有助于在分子水平上理解液體界面。”

馬克斯·普朗克研究所分子光譜部門負責人米沙·波恩教授補充道：“這些類型的界面在地球上隨處可見，因此研究它們不僅有助于我們的基本理解，而且還可以帶來更好的設備和技術。我們正在應用這些相同的方法來研究固/液界面，這可能在電池和能源存儲方面具有潛在的應用。”