當電子變濕時科學家會得到更好的數據

有一套特殊的化學反應可以控制我們周圍的許多過程 - 從水中腐蝕的橋梁到你的腸道中的早餐。這種反應的一個關鍵部分涉及電子撞擊水，盡管這種反應是多么普遍，但科學家在使用計算機對其進行建模時仍然必須使用球場數字來表示等式中的某些部分。

發表 在 Nature Communications上的一篇文章 為芝加哥大學，阿貢和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室以及加州大學圣地亞哥分校的研究人員提供了一組新的更好的數字。通過改進計算機模型，這些數字最終可能有助于科學家和工程師創造更好的方法來分解氫燃料和其他化學過程。

當電子注入水中時，液體會捕獲它。根據UChicago博士后研究員Alex Gaiduk的說法，由于這一過程所產生的能量增益被稱為水的電子親和力，它是理解和建模過程的關鍵，例如在光電化學電池中發生分裂水以產生氧氣和氫氣的過程。這項研究的主要作者。

共同作者，芝加哥大學分子工程研究所的Liew家庭教授，阿貢的高級科學家Giulia Galli表示，到目前為止，科學家在實驗測量水的電子親和力時面臨技術挑戰。

“文獻中引用的大部分結果都是實驗數字，實際上是通過將一些測量數量與粗略的理論估計相結合而得到的值，”Galli說。

新的測量

加利福尼亞大學圣地亞哥分校教授弗朗西斯科·帕薩尼(Francesco Paesani)表示，由于模擬電子與水相互作用的困難和高計算成本，準確的理論測量已經有一段時間了。為液態水建模提供準確的潛力。但是通過Paesani的模型，Galli團隊的理論方法和軟件以及Argonne的超級計算機的組合，他們得出了一個新的令人驚訝的結論。

從根本上說，研究人員試圖了解液體是否會立即與電子結合。這決定了電子在液體中懸浮時是否最終能參與化學反應。

根據結果??，電子被束縛，但其結合能比以前認為的要小得多。這促使研究人員重新審視了許多公認的水電子親和力數據和模型。

“我們發現在表面和大量液體中的親和力之間存在很大差異。我們還發現了與文獻中接受的值非常不同的值，這促使我們重新審視水中電子的完整能量圖，“勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家兼合著者TA Pham說。

該發現對于基本理解水的性質以及理解在水溶液中稱為還原/氧化反應的一類反應具有重要的影響。這些反應在化學和生物學中廣泛存在，包括細胞如何分解食物中的能量以及物體如何在水中腐蝕。

特別地，關于水的能級的信息通常在用于光電化學電池的材料的計算篩選期間用于分解水以產生氫作為燃料。研究人員表示，對水電子親和力進行可靠估計將會產生更強大，更可靠的計算方案和更好的計算篩選。