Научная команда из Йельского университета осуществила уникальные измерения времени, затрачиваемого протонами для перемещения через миниатюрный кластер ионизированной воды.
Это фундаментальный процесс, он является основой для множества феноменов — от восприятия визуальных образов до функционирования аккумуляторов и реактивного топлива. Результаты работы были опубликованы в научном журнале Science.
Исследование было проведено группой, возглавляемой профессором химии Марком Джонсоном, который многие годы работал над усовершенствованием специализированного масс-спектрометра.
«Мы продемонстрировали, что происходит в области, где протоны не имеют возможности скрыться в крошечных молекулярных системах, — заметил Джонсон. — Теперь у теоретиков появилась четкая экспериментальная база для дальнейшего моделирования химических процессов, которые ранее не имели подтверждения».
Для изучения перемещения протонов ученые применили органическую молекулу 4-аминобензойной кислоты, добавив к ней шесть молекул воды и один протон. Данная система предоставляет возможность отслеживать «прыжки» протонов по водородной сети, которая функционирует как «транспортное средство» для заряда.
Эксперименты проводились на большом 30-метровом масс-спектрометре, где молекулы охлаждаются почти до нуля по шкале Кельвина и подвергаются множеству лазерных импульсов. В результате были установлены временные рамки реакции: хотя промежуточные этапы остаются за кадром, исследователи точно определили начальную и конечную точки нахождения протона.
«Нам удалось зафиксировать скорость химической реакции в конечной системе — это ранее считалось фактически невозможным», — добавил один из соавторов работы, аспирант Абхиджит Рана.
Авторы подчеркивают, что полученные данные помогут глубже разобраться в основных свойствах воды и уточнить существующие модели протонной проводимости, что будет иметь важное значение для энергетических технологий, биологических исследований и будущих инноваций.
