Le transfert de protons dans les systèmes aqueux est un processus fondamental se produisant constamment autour de nous. Il s'agit d'une molécule perdant un proton, qui s'associe ensuite à une autre molécule. Compte tenu de son importance dans des domaines tels que l'électrochimie, la conversion d'énergie et la biologie, les scientifiques ont rigoureusement étudié ses mécanismes depuis plus de 200 ans depuis le premier modèle.
Maintenant, une équipe internationale de chercheurs étudie ces dynamiques en utilisant la spectroscopie aux rayons X, ce qui leur permet d'examiner comment les atomes individuels se comportent au sein d'une molécule. Leurs expériences ont été menées à l'installation japonaise de radiation des synchrotron-8. L'étude, maintenant publiée dans le Journal de l'American Chemical Societya réuni des chercheurs du Japon, de l'Allemagne, de la Russie, de la Suisse et de la Suède.
« Il n'est pas rare que les excitations aux rayons X entraînent une dissociation ultra-rapide, où les atomes quittent rapidement la molécule excitée », explique Zhong Yin, qui a dirigé l'étude. « Cette fois, cependant, nous avons trouvé le contraire complet: l'excitation locale attire plutôt un proton, créant un nouveau type d'état que nous appelons associatif. »
Yin et ses collègues ont sélectivement excité l'ion hydroxyle aqueux (oh–) et a étudié le mécanisme par lequel un État associatif attire un proton des molécules d'eau voisines. Ils ont observé une caractéristique spectrale de l'épaule, en plus de la forte désintégration locale dans la diffusion inélastique des rayons X (Rix) résonnant – une technique qui mesure la perte d'énergie des rayons X diffusés par les atomes, révélant des détails sur l'environnement moléculaire. Cela a montré un effet isotope dans l'OH aqueux–/ Od–.
En utilisant des calculs de cluster de pointe, les chercheurs ont constaté que la plus petite caractéristique de pic provient d'un état associatif en OH aqueux–où un proton s'approche de l'OH–/ Od– Après une excitation résonante. Cette nouvelle observation dans le processus de diffusion de l'ion hydroxyde solvaté montre que la dynamique nucléaire dans les rix peut impliquer des états associatifs, en plus des états dissociatifs observés dans des systèmes tels que l'eau et l'acide acétique.
Victor Kimberg, qui a dirigé l'analyse théorique, ajoute que ce résultat clarifie non seulement le mécanisme derrière le transfert de protons, mais élargit également l'applicabilité de la spectroscopie aux rayons X. « La sélectivité du site spécifique à l'atome dans les Rix est un avantage crucial par rapport aux méthodes alternatives basées sur des photons et pourrait être une technique idéale pour étudier les propriétés et la dynamique locales dans des solutions avec un large éventail d'applications chimiques et biologiques. »
