Undersøgelse skyller huden

Fra den vindpiskede overflade af det åbne hav, til billioner af små vanddråber i skyer, luft-vand-grænsefladen-vandets hud-er stedet for afgørende naturlige processer, herunder hav-atmosfære-udveksling og skyforsuring. Luft-vand-grænsefladen er endda blevet postuleret som livets vugge. Imidlertid, faktorer såsom dens subnanometerstørrelse og dynamiske natur, gøre efterforskningen af ​​grænsefladesøster til en skræmmende opgave.

I de seneste år, forskere har undersøgt luft-vand-grænsefladen ved hjælp af elektrosprays af vand:fine sprays fremstillet ved at påføre mere end 5000 V til vandopløsninger, der passerer gennem en metallisk kapillar. Traditionelt, elektrospray er blevet brugt til at studere ioner i gasfasen. Ved hjælp af elektrospray, forskere har antydet, at overfladen af ​​let surt vand opfører sig som en meget reaktiv supersyre. Men debatten er stadig, om luft-vand-grænsefladen ved mild pH virkelig kan opføre sig som en supersyre.

Nu, KAUST-forskere under ledelse af Himanshu Mishra har anvendt komplementære teknikker til at adskille rent grænsefladeeffekter fra elektrospray-specifikke effekter.

Forskerne undersøgte reaktiviteten af ​​isopren - et flygtigt molekyle frigivet af planter, der oplever varmestress - ved vandgrænsefladen. "Vi sammenlignede to scenarier:elektrospray af vand, der interagerer med isoprengas, og kraftigt omrørte blandinger af vand og isopren i lukkede hætteglas, " forklarer Adair Gallo Jr., en ph.d. studerende i Mishras team og hovedforfatter af undersøgelsen.

Holdet ledte efter dannelsen af ​​korte isoprenkæder kaldet oligomerer. "Spændende nok, isopren spontant dannede oligomerer i elektrospray, under sure og basiske forhold, og selv i mangel af vand, "Siger Gallo. Der blev ikke fundet nogen oligomeriseringsprodukter, da forsuret vand blev kraftigt omrørt med isopren i timevis. Men da den samme organiske fase blev elektrosprayet, dannede oligomerer. Resultaterne viser utvetydigt, at oligomeriseringen udelukkende fandt sted i elektrospray.

Computersimuleringer udført af Adriano Sanchez, en postdoc i Mishras team, gav molekylær indsigt i resultaterne. "Vi fandt ud af, at oligomerdannelse kun var mulig på gasfaseklynger omfattende ikke mere end tre vandmolekyler og et overskydende proton, " siger Sanchez.

I fællesskab teamets resultater viste, at elektrosprays præsenterer meget energiske gasfasebaner for kemiske reaktioner, der er umulige ved naturlige luft-vand-grænseflader. "Elektrospray bør derfor suppleres med overfladespecifikke teknikker og computersimuleringer for at undgå forkerte konklusioner, når man studerer grænsefladeprocesser, " siger Mishra. "Jeg har tænkt på dette problem i over seks år, og nu, tak til mit team, vi har formået at adskille rent grænsefladeeffekter fra artefakter "siger Mishra. Dette bidrag vil blive vist på forsiden af ​​tidsskriftet Kemisk videnskab .