Bước ngoặt trong hiểu biết về phát điện từ nước

Tin hoạt động

07/12/2016

Phát hiện này đại diện cho một chuẩn mực quan trọng trong kiến thức của chúng ta về nước tiến hành một điện tích dương, mà là một cơ chế cơ bản trong sinh học và hóa học. Các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi giáo sư hóa học Yale Mark Johnson, báo cáo khám phá của họ trong ấn bản ngày 1 tháng 12 của tạp chí Science.

Trong hơn 200 năm, các nhà khoa học đã suy đoán về các lực lượng cụ thể tại nơi làm việc khi điện chạy qua nước - một quá trình được gọi là cơ chế Grotthuss. Nó xảy ra trong tầm nhìn, ví dụ, khi ánh sáng chiếu vào võng mạc của mắt. Nó cũng lần lượt lên theo cách các tế bào nhiên liệu hoạt động.

Nhưng các chi tiết vẫn còn u ám. Đặc biệt, các nhà khoa học đã tìm cách thử nghiệm để làm theo những thay đổi về cấu trúc trong các trang web của các phân tử nước liên kết với nhau khi một proton phụ được chuyển từ một nguyên tử oxy khác.

"Các nguyên tử oxy không cần phải di chuyển nhiều ở tất cả", Johnson nói. "Nó là loại giống như cái nôi của Newton, đồ chơi của trẻ với một dòng của quả bóng thép, mỗi một treo bằng một sợi dây. Nếu bạn nâng một quả bóng để nó đập vào các dòng, chỉ có bóng cuối di chuyển đi, để lại những người khác không xáo trộn. "

Phòng thí nghiệm của Johnson đã dành nhiều năm tìm hiểu thành phần hóa học của nước ở cấp độ phân tử. Thông thường, điều này được thực hiện với các công cụ thiết kế đặc biệt được xây dựng tại Đại học Yale. Trong số rất nhiều những khám phá của phòng thí nghiệm được sử dụng sáng tạo ion hóa electrospray, được phát triển vào cuối những người đoạt giải Nobel Yale John Fenn.

Johnson và nhóm của ông đã phát triển cách thức để tiến nhanh về đóng băng các quá trình hóa học để cấu trúc thoáng qua có thể được cô lập, để lộ ra những sắp xếp méo mó của các nguyên tử trong một phản ứng. Việc sử dụng thực tế cho những phương pháp từ việc tối ưu hóa các công nghệ năng lượng thay thế cho sự phát triển của dược phẩm.

Trong trường hợp tiếp sức đua proton, nỗ lực trước đó để nắm bắt quá trình này dựa vào sử dụng thay đổi màu sắc hồng ngoại để nhìn thấy nó. Nhưng kết quả luôn luôn xuất hiện trông như một bức ảnh bị mờ.

"Trong thực tế, nó xuất hiện rằng mờ này sẽ là quá nghiêm trọng đến bao giờ cho phép một kết nối hấp dẫn giữa màu sắc và cấu trúc", Johnson nói.

Câu trả lời, ông đã tìm thấy, đã đến làm việc với chỉ một vài phân tử của "nước nặng" - nước làm bằng đồng vị deuterium hydro - và thư giãn họ không gần như tuyệt đối. Đột nhiên, những hình ảnh của các proton trong chuyển động là đáng kể sắc nét hơn.

"Về bản chất, chúng tôi phát hiện ra một loại Rosetta Stone mà tiết lộ thông tin cấu trúc mã hóa trong màu sắc", Johnson nói. "Chúng tôi có thể tiết lộ một chuỗi các biến dạng phối hợp, như các khung hình của một bộ phim." phòng thí nghiệm của Johnson đã được hỗ trợ bởi các nhóm thí nghiệm của Knut Asmis tại Đại học Leipzig và các nhóm lý thuyết của Ken Jordan thuộc Đại học Pittsburgh và Anne McCoy của Đại học Washington.

Một nơi mà thông tin này sẽ hữu ích là trong việc tìm hiểu quá trình hóa học xảy ra ở bề mặt của nước, Johnson ghi nhận. Có cuộc tranh luận tích cực giữa các nhà khoa học về việc liệu có bề mặt nước nhiều hay ít chua hơn so với phần lớn các nước. Hiện nay, không có cách nào để đo pH bề mặt của nước.

Tác giả đầu tiên của bài báo là Conrad Wolke, một cựu sinh viên tiến sĩ Yale trong phòng thí nghiệm của Johnson. Các đồng tác giả của bài báo là từ Đại học Chicago, Đại học Ohio State, Đại học Pittsburgh, Đại học Washington, Đại học Leipzig, và Haber Viện Hiệp hội Max Planck Fritz.

Hỗ trợ tài chính cho nghiên cứu đến từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia, Trung tâm Siêu máy tính Ohio, và Trung tâm Hợp tác nghiên cứu của nghiên cứu Đức Quỹ DFG.

Văn phòng CPSI

Theo Sciencedaily