(纯计算)法国洛林大学J. Am. Chem. Soc.: 空气-水界面的静电和化学反应性_行业动态_化工资讯

2023年1月9日，J. Am. Chem. Soc.在线发表了法国洛林大学Manuel F. Ruiz-López课题组的研究论文，题目为《Electrostatics and Chemical Reactivity at the Air–Water Interface》。

最近已经发现，与常规的体相反应相比，水界面上的化学反应可以快几个数量级，但尽管其广泛的影响，从大气到合成化学或技术应用，这一现象仍不完全理解。一些实验表明，由于空间不对称和离子在界面处积聚而产生的强电场的作用被认为是一个可能的原因，但反应体系周围溶剂的重组应该会提供更大的额外静电贡献，这些贡献尚未分析。在此研究中，作者借助第一性原理分子动力学模拟，通过仔细评估空气-水界面上的溶剂化静电来深入研究这个问题。研究模拟证实， 与体积溶液相比，静电力确实可以成为速率加速的关键因素 。值得注意的是，研究表明这种效应不能简单地归因于局部电场的大小，并且 必须考虑界面处溶剂化的独特动力学行为引起的完全静电势的波动 。这一发现为该现象在有机合成中的未来应用铺平了道路，特别是薄膜和微液滴中的电荷转移或氧化还原反应。

图1 空气-水界面OH的QM/MM MD模拟的快照和密度分布

图2 电场(E)/静电势(V)/OH质量中心(ZOH) 的相对位置随时间变化的移动平均值

图3 当OH穿过空气-水界面时的溶剂静电响应和溶剂化的变化示意图

图4 OH的SOMO能量分布

【 论文链接 】

Martins-Costa, M.T.C . & Ruiz-Lopez, M.F. Electrostatics and Chemical Reactivity at the Air–Water Interface. J. Am. Chem. Soc. , 2023 . https://doi.org/10.1021/jacs.2c12089

【其他相关文献】

[1] Ruiz-Lopez, M.F., Francisco, J.S., Martins-Costa, M.T.C. et al. Molecular reactions at aqueous interfaces. Nat. Rev. Chem ., 2020 , 4, 459–475. https://doi.org/10.1038/s41570-020-0203-2

[2] Ruiz-López, M. F., Martins-Costa, M. T. C., Francisco, J. S. et al. Tight electrostatic regulation of the OH production rate from the photolysis of hydrogen peroxide adsorbed on surfaces. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. , 2021 , 118, e2106117118 . https://doi.org/ 10.1073/pnas.210611711

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