在太平洋西北国家实验室和SLAC加速器中心的实验室中，科学家首次获得了水在关键化学反应过程中围绕分子重构的分子图像。光触发电子和质子的同时转移，周围的水立即改变其结构以支持这一过程。
这种被称为质子耦合电子转移的反应，是光合作用、燃料电池工作以及许多催化过程的基础。分子吸收光子，电子重新分布，质子附着到特定位置。迄今为止，没有人能够同时以原子级精度观察所有这些变化。
研究人员结合了多种X射线方法：吸收光谱用于追踪电子运动，X射线散射用于记录水原子的重构。实验在SLAC的直线加速器相干光源上进行，超短脉冲使得能够在皮秒时间尺度上“冻结”事件。
他们选择了一种钌配合物作为模型，该配合物不会因额外的重构而使信号复杂化。理论计算和分子动力学模拟帮助解读了所得数据，并将电子结构的局部变化与水网络的整体重构联系起来。
这些结果为开发更高效的催化剂、液流电池和能量转换设备开辟了道路。理解溶剂环境如何影响电荷转移，将使工程师能够更好地控制实际系统中的这些过程。
科学家指出，直接观察质子目前尚不可行，但实验与计算的一致性提供了可靠的图景。新方法已准备好应用于更复杂的生物和技术反应。
这一观察表明，分子与其水环境是多么紧密地作为一个整体运作，并为研究基本化学转化开辟了新的视野。
