在太平洋西北國家實驗室和SLAC加速器中心的實驗室中，科學家首次獲得了水在關鍵化學反應期間圍繞分子重組的分子影像。光觸發電子與質子的同時轉移，周圍的水立即改變其結構以支持此過程。
這種被稱為質子耦合電子轉移的反應，是光合作用、燃料電池運作以及許多催化過程的基礎。分子吸收光子，電子重新分佈，質子則附著到特定位置。迄今為止，沒有人能同時以原子級精度觀察所有這些變化。
研究人員結合了多種X射線技術：吸收光譜用於追蹤電子的運動，X射線散射用於記錄水分子的重排。實驗在SLAC的Linac相干光源進行，超短脈衝使得在皮秒時間尺度上「凍結」事件成為可能。
他們選擇了釕配合物作為模型，因為它不會因額外的重排而使訊號複雜化。理論計算和分子動力學模擬有助於解讀數據，並將電子結構的局部變化與水網絡的整體重排聯繫起來。
這些結果為開發更高效的催化劑、液流電池和能量轉換裝置開闢了道路。了解溶劑環境如何影響電荷轉移，將使工程師能夠更好地控制實際系統中的這些過程。
科學家指出，直接觀察質子目前仍不可行，但實驗與計算的一致性提供了可靠的圖像。這項新技術已準備好應用於更複雜的生物和技術反應。
這項觀察顯示分子與其水環境是多麼緊密地作為一個整體運作，並為研究基本化學轉變開闢了新的視野。
