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Une démonstration d’imagerie en espace réel de certaines des formes les plus représentatives de protons hydratés

Le modèle schématique des protons solvatés dans l’eau monocouche. Bleu : protons solvatés de type Zundel ; Rouge : molécules d’eau ; Jaune : substrat d’or. Crédit : Ying Jiang, Université de Pékin

Une équipe de chercheurs composée de membres affiliés à plusieurs institutions en Chine a démontré l’imagerie en espace réel de certaines des formes les plus représentatives de protons hydratés. Dans leur article publié dans la revue La science, le groupe décrit la modification de son microscope à force atomique (AFM) non intrusif qPlus pour améliorer la détection et l’imagerie. Ils l’ont utilisé pour étudier les protons hydratés dans l’eau placés sur différents matériaux métalliques. Yoshiaka Sugimoto, de l’Université de Tokyo, a publié un article Perspectives dans le même numéro de revue décrivant le travail effectué par l’équipe.

Comme l’a noté Sugimoto, les chimistes ont trouvé difficile d’obtenir les informations souhaitées concernant l’emplacement et la dynamique des protons pendant le mouillage, le processus par lequel les liquides sont absorbés sur des surfaces solides. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé une méthode pour ce faire qui implique l’utilisation d’un AFM modifié.

Les AFM sont des microscopes qui peuvent être utilisés pour balayer la surface des matériaux au niveau atomique. Une molécule souhaitée est fixée à la pointe d’une sonde qui est ensuite déplacée très près d’un matériau à l’étude. Au fur et à mesure que la pointe se rapproche, des capteurs surveillent les forces du matériau lorsqu’elles agissent sur la molécule.

Dans leur travail, les chercheurs ont modifié leur microscope pour étudier un matériau spécifique dans des conditions spécifiques – dans ce cas, une couche d’eau à une seule molécule posée sur une surface métallique. Dans leurs expériences, l’eau servait de surface solide mouillée d’eau. Des recherches antérieures ont montré que dans de telles conditions, l’eau se comportera un peu comme de la glace, ce qui signifie qu’elle suivra les règles de Bernal-Fowler, formant une structure en réseau avec des liaisons hydrogène.

En utilisant leur AFM modifié, les chercheurs ont pu démontrer l’imagerie en espace réel de deux formes courantes de protons hydratés ; Cations propres et Zundel. Ils ont également pu observer les défauts D et L. Les chercheurs ont également pu observer des interconversions couplées Eigen-Zundel impliquées dans le transfert de protons, qui, notent-ils, pourraient jouer un rôle encore incompris dans les processus électrochimiques.






L’animation du processus d’interconversion entre un cation Zundel et deux cations propres, accompagné d’un transfert simultané de protons entre la couche d’eau et le substrat d’or. Crédit : Ying Jiang, Université de Pékin

Observer des protons uniques se déplaçant aux interfaces eau-solide


Plus d’information:
Ye Tian et al, Visualisation des cations Eigen/Zundel et leur interconversion dans l’eau monocouche sur des surfaces métalliques, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abo0823

Yoshiaki Sugimoto, Voyant comment la glace enfreint la règle, La science (2022). DOI : 10.1126/science.add0841

© 2022 Réseau Science X

Citation: Une démonstration d’imagerie en espace réel de certaines des formes les plus représentatives de protons hydratés (2022, 18 juillet) récupéré le 19 juillet 2022 sur https://phys.org/news/2022-07-real-space-imaging-hydrated -protons.html

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