有一套特殊的化学反应可以控制我们周围的许多过程 – 从水中腐蚀的桥梁到你的肠道中的早餐。这种反应的一个关键部分涉及电子撞击水，尽管这种反应是多么普遍，但科学家在使用计算机对其进行建模时仍然必须使用球场数字来表示等式中的某些部分。
发表 在 Nature Communications上的一篇文章 为芝加哥大学，阿贡和劳伦斯利弗莫尔实验室以及加州大学圣地亚哥分校的研究人员提供了一组新的更好的数字。通过改进计算机模型，这些数字最终可能有助于科学家和工程师创造更好的方法来分解氢燃料和其他化学过程。
当电子注入水中时，液体会捕获它。根据UChicago博士后研究员Alex Gaiduk的说法，由于这一过程所产生的能量增益被称为水的电子亲和力，它是理解和建模过程的关键，例如在光电化学电池中发生分裂水以产生氧气和氢气的过程。这项研究的主要作者。
共同作者，芝加哥大学分子工程研究所的Liew家庭教授，阿贡的高级科学家Giulia Galli表示，到目前为止，科学家在实验测量水的电子亲和力时面临技术挑战。
“文献中引用的大部分结果都是实验数字，实际上是通过将一些测量数量与粗略的理论估计相结合而得到的值，”Galli说。
新的测量
加利福尼亚大学圣地亚哥分校教授弗朗西斯科·帕萨尼(Francesco Paesani)表示，由于模拟电子与水相互作用的困难和高计算成本，准确的理论测量已经有一段时间了。为液态水建模提供准确的潜力。但是通过Paesani的模型，Galli团队的理论方法和软件以及Argonne的超级计算机的组合，他们得出了一个新的令人惊讶的结论。
从根本上说，研究人员试图了解液体是否会立即与电子结合。这决定了电子在液体中悬浮时是否最终能参与化学反应。
根据结果，电子被束缚，但其结合能比以前认为的要小得多。这促使研究人员重新审视了许多公认的水电子亲和力数据和模型。
“我们发现在表面和大量液体中的亲和力之间存在很大差异。我们还发现了与文献中接受的值非常不同的值，这促使我们重新审视水中电子的完整能量图，“劳伦斯利弗莫尔实验室的科学家兼合着者TA Pham说。
该发现对于基本理解水的性质以及理解在水溶液中称为还原/氧化反应的一类反应具有重要的影响。这些反应在化学和生物学中广泛存在，包括细胞如何分解食物中的能量以及物体如何在水中腐蚀。
特别地，关于水的能级的信息通常在用于光电化学电池的材料的计算筛选期间用于分解水以产生氢作为燃料。研究人员表示，对水电子亲和力进行可靠估计将会产生更强大，更可靠的计算方案和更好的计算筛选。