Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı ve SLAC hızlandırıcı merkezindeki laboratuvarlarda bilim insanları, anahtar bir kimyasal reaksiyon sırasında suyun bir molekülün etrafında nasıl yeniden yapılandığını ilk kez moleküler görüntülerle elde etti. Işık, elektron ve protonun eşzamanlı transferini başlatır ve çevredeki su, bu süreci desteklemek için anında yapısını değiştirir.
Proton bağlantılı elektron transferi olarak bilinen reaksiyon, fotosentezin, yakıt hücrelerinin çalışmasının ve birçok katalitik sürecin temelini oluşturur. Molekül bir fotonu emer, elektron yeniden dağılır ve proton belirli bir bölgeye bağlanır. Şimdiye kadar hiç kimse tüm bu değişiklikleri atomik hassasiyetle aynı anda gözlemleyemedi.
Araştırmacılar, X-ışını yöntemlerinin bir kombinasyonunu uyguladı: elektron hareketlerini izlemek için absorpsiyon spektroskopisi ve su atomlarının yeniden düzenlenmesini kaydetmek için X-ışını saçılımı. Deneyler, SLAC'taki Linac tutarlı ışık kaynağında gerçekleştirildi; burada ultra kısa darbeler, olayların pikosaniye ölçeğinde 'dondurulmasını' sağladı.
Model olarak, sinyalleri gereksiz yeniden düzenlemelerle karmaşıklaştırmayan bir rutenyum kompleksi seçildi. Teorik hesaplamalar ve moleküler dinamik simülasyonları, elde edilen verilerin yorumlanmasına ve elektronik yapıdaki yerel değişikliklerin su ağının küresel yeniden yapılanmasıyla ilişkilendirilmesine yardımcı oldu.
Sonuçlar, daha verimli katalizörler, akış pilleri ve enerji dönüşüm cihazları oluşturmanın yolunu açıyor. Çözücü ortamının yük transferini nasıl etkilediğini anlamak, mühendislerin bu süreçleri gerçek sistemlerde daha iyi yönetmesini sağlayacaktır.
Bilim insanları, protonun doğrudan gözlemlenmesinin henüz mümkün olmadığını, ancak deneyin hesaplamalarla uyumunun güvenilir bir tablo sağladığını belirtiyor. Yeni yöntem, daha karmaşık biyolojik ve teknolojik reaksiyonlara uygulanmaya hazır.
Bu gözlem, molekülün ve su ortamının ne kadar yakın bir şekilde tek bir bütün olarak hareket ettiğini gösteriyor ve temel kimyasal dönüşümlerin incelenmesi için yeni ufuklar açıyor.
