"In der Vergangenheit", so Masanari Nagasaka gegenüber PhysOrg.com, "wussten wir nur, dass der Protonentransfer ein schneller Prozess ist." Jetzt können wir die Geschwindigkeit des Protonentransfers bestimmen. Dies ist ein Schritt zum Verständnis des Protonentransfermechanismus, der in vielen Bereichen von großer Bedeutung ist. “

Nagasaka ist Assistenzprofessor am Institut für Molekularwissenschaft in Okazaki, Japan, und gehörte der Universität Tokio an, wo er bis letztes Jahr als Doktorand bei Kondoh, Amemiya, Ohta und Iwasawa arbeitete. Ihre Arbeit konzentriert sich auf die Ermittlung der Zeitskala des Protonentransfers zwischen Wasser (H 2 O) und Hydroxyl (OH) auf einer Platin (Pt) -Oberfläche. Ihre Arbeit erscheint in Physical Review Letters : "Protonentransfer in einem zweidimensionalen Wasserstoffbindungsnetzwerk: Wasser und Hydroxyl auf einer Pt (111) -Oberfläche."

„Dies ist ein zweidimensionales Verbindungsnetzwerk“, erklärt Nagasaka. "Es wird ein Modellsystem, um die Protonengeschwindigkeit zu untersuchen und uns eine Zeitskala zu geben."

In dem Experiment verwendete das Team eine laserinduzierte thermische Desorption, um eine speziell strukturierte Wabenanordnung aus H2O und OH herzustellen. Die laserinduzierte thermische Desorption ist eine Methode, die eine physikalische Trennung, üblicherweise von Feststoffen, ermöglicht. Mit einem Laser wird Wärme so bereitgestellt, dass die spezielle Anordnung von Wasser und Hydroxyl auf der Platinoberfläche hergestellt wird.

Gleichzeitig wurde die Entwicklung der H 2 O- und OH-Verteilung mit Hilfe der mikroskaligen Röntgenphotoelektronenspektroskopie (micro-XPS) beobachtet. Dieser Prozess wird verwendet, um die Elementzusammensetzung in kleinem Maßstab zu messen, sodass das Team in Japan den Prozess aufzeichnen kann. Nach der Analyse der Ergebnisse wurde eine Diffusionsgleichung verwendet, um zu bestimmen, dass ein direkter Protonentransfer stattgefunden hatte.

"Das ist eine sehr grundlegende Wissenschaft", erklärt Nagasaka. „Der Protonentransfer ist in der Physik, Chemie und sogar in der Biologie von großer Bedeutung. Aber wir haben kein sehr gutes Verständnis dafür, wie der Mechanismus funktioniert. Dies ist ein wichtiges Ergebnis und ein erster Schritt, um zu untersuchen, wie verschiedene Reaktionen gesteuert werden können. “

Laut Nagasaka war es schwierig, die Reaktionsgeschwindigkeiten zu bestimmen, was sich auf verschiedene Experimente in verschiedenen Bereichen auswirken kann, insbesondere auf solche, die Oberflächenmaterialien betreffen. „Mit unserer neuen Methode konnten wir die Geschwindigkeit auf der Nano-Zeitskala bestimmen“, betont er. „Dies ist das erste Ergebnis dieser Art, und es besteht die Möglichkeit, es auf andere Prozesse anzuwenden.“ Er ist sich nicht sicher, denkt jedoch, dass die Methode der Kombination von laserinduzierter thermischer Desorption mit Mikro-XPS möglicherweise zur Untersuchung der Reaktion verwendet werden könnte Raten in der Fusion.

Die meisten Arbeiten von Nagasaka konzentrieren sich auf die Oberflächenchemie - die Untersuchung, wie verschiedene Moleküle und Atome auf Oberflächen reagieren. Das Gebiet der Oberflächenchemie hat in den letzten Jahren zugenommen, um Elektronik, Kraftstoffherstellung (einschließlich erneuerbarer Kraftstoffe) und andere Anwendungen wie künstliche Düngemittel zu umfassen. Das Verständnis des Protonentransfers könnte neue Studienwege eröffnen und zu Innovationen in einer Reihe von Bereichen sowie in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen führen.

"Dies ist wirklich ein Modellsystem", erklärt Nagasaka. "In den nächsten fünf Jahren werden wir weiter studieren."

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