Статья издала по своей природе Коммуникации, 16 января предлагает новый и лучший набор чисел от исследователей в Чикагском университете, Аргонне и Ливерморских национальных лабораториях и Калифорнийском-университете-Сан-Диего. Улучшая компьютерные модели, эти числа могут в конечном счете помочь ученым, и инженеры создают лучшие способы разделить воду для водородного топлива и других химических процессов.Когда электрон введен в воду, жидкость захватывает его. Энергетическую выгоду из-за этого процесса называют электронной близостью воды, и это ключевое для понимания и моделирования процессов, таких как те, которые происходят в фотоэлектрохимических клетках, чтобы разделить воду, чтобы произвести кислород и водород, по словам Алекса Гэйдука, постдокторанта в UChicago и ведущего автора исследования.
До сих пор ученые столкнулись с техническими трудностями, экспериментально измеряя электронную близость воды, сказала соавтор Джулия Галли, Семейный профессор Liew в Институте Молекулярной Разработки в Чикагском университете и старшего научного сотрудника из Аргонна.«Большинством результатов, указанных в литературе в качестве экспериментальных чисел, являются на самом деле ценности, полученные, объединяя некоторые измеренные количества с сырыми теоретическими оценками», сказал Галли.
Точные теоретические измерения происходили вне досягаемости в течение некоторого времени из-за трудности и высокой вычислительной стоимости моделирования взаимодействий электронов с водой, сказали Калифорнийский-университет-Сан-Диего профессор Франческо Паезани, соавтор исследования, который провел годы, развивая точный потенциал для моделирования жидкой воды. Но через комбинацию моделей Пэезэни, теоретических методов группы Галли и программного обеспечения и суперкомпьютера Аргонна, они пришли к новому и удивительному выводу.
Существенно, исследователи стремились понять, связывает ли жидкость электрон сразу же. Это определяет, может ли электрон в конечном счете участвовать в химических реакциях, поскольку он болтается в жидкости.Согласно результатам, связан электрон, но его энергия связи намного меньше, чем считалось ранее.
Это побудило исследователей пересматривать много хорошо принятых данных и моделей для электронной близости воды.«Мы нашли значительные различия между близостью в поверхности и в оптовой жидкости. Мы также сочли ценности довольно отличающимися от принятых в литературе, которая побудила нас пересматривать полную энергетическую диаграмму электрона в воде», сказали ученый Ливерморской национальной лаборатории и соавтор Т.А. Пам.
У этого открытия есть важные последствия оба для фундаментального понимания свойств воды, а также для понимания типа реакции, названной реакциями сокращения/окисления в водных растворах. Эти реакции широко распространены в химии и биологии, включая то, как клетки ломают еду для энергии и как объекты разъедают в воде.
Особенно, информация об энергетических уровнях воды часто используется во время вычислительного показа материалов для фотоэлектрохимических клеток, чтобы разбить воду, чтобы произвести водород как топливо. Наличие надежной оценки водной электронной близости приведет к более прочным и надежным вычислительным протоколам и лучшему вычислительному показу, сказали исследователи.
Методы для взволнованных государств, используемых в этом исследовании, были разработаны за эти годы Галли и ее коллегами в сотрудничестве, вовлекающем Пама и Марко Говони из Аргонна. Исследование также использовало супервычислительные ресурсы в Аргонне.