研究人员发现，带电粒子或离子在溶液表面并不像之前认为的那样活跃，相反，他们位于溶液下面。
随着分析方法变得更加复杂，现有的科学模型不断被重新审视。最新受到关注的是分子在一定体积盐水表面的组织方式。
英国剑桥大学和德国马克斯·普朗克聚合物研究所的研究人员发现，带电粒子或离子在溶液表面并不像之前认为的那样活跃，相反，他们位于溶液下面。
剑桥大学的一份新闻稿解释说，这一发现将需要重新绘制教科书模型。
剑桥大学的理论化学家 Yair Litman 表示：“我们的工作表明，简单电解质溶液的表面具有与之前认为的不同的离子分布，并且富含离子的次表面决定了界面的组织方式。”
现有模型的所有阳离子或所有阴离子都指向表面“向上”，形成所谓的双电层的顶层，如上面的向下和向上的图像所示。 （Litman 等人，《自然化学》，2024）
为了实现这一发现，该团队使用了激光辐射技术的升级版，称为振动和频生成（VSFG），该技术能够以令人印象深刻的精度测量最小尺度的分子振动。
与神经网络驱动的模型一起，这种改进的技术意味着研究人员能够看到表面的离子是带正电（阳离子）还是带负电（阴离子）。
除了检测离子的地下层外，这项新研究还表明，这些离子可以向上和向下定向（指的是分子的实际物理排列），而不仅仅是一个方向。
“最顶部有几层纯水，然后是富含离子的层，最后是散落的盐溶液，”利特曼说。
氯化钠溶液中液体/空气界面的图形表示。 （亚尔·利特曼）
简而言之，该实验揭示了大多数简单液体电解质溶液的边界处发生的情况。分子排列决定了它们将如何与周围的物质发生反应。
对这些层及其排列的透彻理解可以为各种其他模型提供信息——例如我们针对海洋表面的模型，这对于预测气候变化对大气的影响至关重要。
研究人员表示，除了增强我们对周围世界的了解之外，他们的工作还可以帮助开发任何需要将固体和液体结合在一起的技术——包括电池。
马克斯·普朗克聚合物研究所的分子物理学家米沙·波恩说：“这些类型的界面存在于地球上的任何地方，因此研究它们不仅有助于我们的基本理解，而且还可以带来更好的设备和技术。”
“我们正在应用这些相同的方法来研究固/液界面，这可能在电池和能源存储方面具有潜在的应用。”
该研究已发表在《自然化学》杂志上。