质子扩散和/交换在无形固体水中,温度在114到134K之间
Megan K Dunlap1, Loni Kringle1, Bruce D Kay1
1Physical Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington 99352, USA.
这项研究量化了在无形固体水 (ASW) 中的/交换和水合质子扩散. 估计了质子扩散系数,揭示了可能与水分子运动相关的机制.
科学领域:
- 物理化学 物理化学
- 表面科学是一门学科.
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 了解无形固态水 (ASW) 中的质子行为对于各种化学和物理过程至关重要.
- 之前的研究已经探索了质子运动,但在ASW膜中缺乏详细的表征.
研究的目的:
- 为了实验性地确定/ (H/D) 交换的反应系数.
- 以温度的函数来描述ASW中水合过量质子的扩散.
- 为了研究ASW薄膜中的质子的距离依赖分布.
主要方法:
- 水膜沉积在Pt{11}) 基板上,并暴露在原子中,形成水合质子.
- 通过在加热后使用红外光谱学观察D2O探针分子来监测质子扩散和H/D交换.
- 通过改变D2O分子与基质的距离来探测质子的空间分布.
主要成果:
- 在114K和134K之间观察到ASW膜内的质子扩散和平衡分布.
- 质子度随着距离的衰减为x-2,与图像电荷电场效应一致.
- 据估计,质子扩散系数在114 K的10^-20 m2/s到134 K的10^-18 m2/s之间.
- 确定了质子扩散的0.40 eV的激活能量.
结论:
- 在ASW中,水合过量的质子的扩散受到图像电荷电场的显著影响.
- 激活能量表明,质子扩散与水分子 (转换和旋转) 的动态相结合.
- 这些发现为天体化学和材料科学相关的无形冰中质子运输机制提供了关键的见解.
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