Вход на сайт

Просмотр новости

Найдите то, что Вас интересует

Ученые впервые увидели связь переноса электронов и протонов с водой

Дата публикации: 07-10-2026 09:53:13

Многие процессы преобразования энергии в природе зависят от согласованного перемещения электронов и протонов. Однако наблюдать одновременно изменения внутри реагирующей молекулы и перестройку окружающей среды крайне сложно из-за высокой скорости таких процессов. Теперь исследователи с помощью сверхбыстрых рентгеновских методов смогли проследить за ключевыми этапами подобной реакции в воде. О том, как электроны, протоны и вода одновременно участвуют в переносе энергии, — в материале «Известий».

Основное содержимое страницы с новостью.

Многие процессы преобразования энергии в природе зависят от согласованного перемещения электронов и протонов. Однако наблюдать одновременно изменения внутри реагирующей молекулы и перестройку окружающей среды крайне сложно из-за высокой скорости таких процессов. Теперь исследователи с помощью сверхбыстрых рентгеновских методов смогли проследить за ключевыми этапами подобной реакции в воде. О том, как электроны, протоны и вода одновременно участвуют в переносе энергии, — в материале «Известий».

Электрон, протон и вода: как удалось увидеть реакцию в реальном времени

Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications. Ученые изучили перенос протона и электрона, который лежит в основе многих процессов преобразования энергии. Для этого они использовали модельный комплекс рутения и запустили реакцию световым импульсом.

Исследователи смогли последовательно проследить, как после возбуждения меняется распределение электронов, а затем происходит протонирование атома азота в молекуле. Одновременно с этими изменениями перестраивалась ближайшая оболочка молекул воды вокруг комплекса. В частности, наблюдалось изменение водородных связей между молекулой и водой.

Вода оказалась частью механизма: что происходило вокруг молекулы

При возбуждении комплекса светом электронная плотность перераспределялась и преимущественно локализовалась на определенной части молекулы. Примерно через 460 пс (пикосекунд) происходило ее последующее протонирование. Вместе с этим менялось расположение окружающих молекул воды.

В исходном состоянии атомы азота взаимодействовали с водой через водородные связи одного типа. После присоединения протона структура этих связей менялась: формировались взаимодействия между протонированным атомом азота и атомами кислорода воды. Расчеты показали, что значительная часть перестройки растворителя происходила непосредственно возле участка молекулы, который получил протон.

Ультрабыстрый рентген: как ученые поймали почти неуловимое движение

Чтобы получить эту картину, исследователи объединили сразу несколько методов. Фемтосекундная оптическая спектроскопия позволила отслеживать изменения состояния молекулы, рентгеновская спектроскопия поглощения — изменения электронной структуры в области конкретного атома, а временно-разрешенное рентгеновское рассеяние — перестройку молекулярного окружения.

Затем экспериментальные данные сопоставили с расчетами электронной структуры и молекулярно-динамическими моделями. Такой подход позволил связать изменения электронной плотности с изменениями в первой сольватационной оболочке — ближайшем окружении молекулы из воды.

Элиза Биасин, экспериментальный химик-физик из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории

Мы впервые смогли зафиксировать, как электронные изменения, связанные с переносом протона, сочетаются с реорганизацией окружающего растворителя. Это дает нам новый способ понять, как молекулы и их окружение совместно эволюционируют во время фундаментальных химических превращений.

Ранее отдельные особенности подобных процессов удавалось изучать косвенно, однако одновременно проследить изменения электронной структуры, протонирование и перестройку растворителя было значительно сложнее. Авторы показали, что объединение рентгеновских методов может дать структурную информацию о последовательных этапах переноса протона и электрона.

От фотосинтеза до батарей: зачем понадобилось разбирать реакцию

Перенос протонов и электронов связан с каталитическими реакциями, биоэнергетикой и преобразованием энергии. Подобные процессы участвуют, в частности, в фотосинтезе и других биологических системах, где движение заряда сочетается с перемещением протонов.

Исследователи отмечают, что разработанный подход может использоваться для изучения более сложных механизмов переноса протонов и электронов. В перспективе такие знания могут помочь лучше контролировать подобные реакции при разработке катализаторов, систем искусственного фотосинтеза и технологий преобразования энергии.

При этом нынешняя работа была выполнена на модельном комплексе рутения, поэтому полученные результаты нельзя напрямую переносить на все биологические и технологические системы.

Схожие новости

#Наименование новостиТональностьИнформативностьДата публикации
1Физики обнаружили необычное поведение плазмы у сжатого цезия08.9204-10-2026
2Физики увидели следы кварков в материи ранней Вселенной07.0107-10-2026
3从光子到宇宙粒子01028-08-2026
4Neutrinovoltaic: от фундаментальной физики к новым источникам энергии08.0520-08-2026
5Инженеры получили патент на плазмотрон с непрерывной подачей расходуемого электрода09.1504-10-2026
6В РФ приблизились к пониманию работы уникальных графеновых фильтров для воды08.6502-10-2026
7全域宇宙背景能转化:中微子伏特技术跨学科全解析01011-08-2026
8ПЛАНЕТА НАЧАЛА ЖИТЬ В ДРУГОМ ИЗМЕРЕНИИ Все ещё помнят ожидания ...07.8328-09-2026
9Visible light does not speed up water evaporation, rigorous experiments suggest06.8903-10-2026
10Ученые изучили электрические поля гроз с помощью космических частиц07.2302-10-2026

Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 10. Тональность: 0. Информативность: 8.13. Источник: izvestia.ru.