洛桑联邦理工学院的一个研究项目成功解码了水中电子的复杂舞蹈，这是理解许多化学现象的关键过程的重要一步，这可能是改进能量转换技术的第一步。

水是地球上生命的摇篮，它不仅是一个被动的背景，而且积极参与生命的化学芭蕾。这种舞蹈的核心是电子的行为，特别是在电荷转移到溶剂(CTTS)的过程中。

CTTS就像一场微观舞蹈，溶解在水中的电子(例如盐)跳出并加入水本身。这个过程产生了一个“水合”电子，它是许多水反应的关键元素，就像生命本身的基础反应一样。因此，CTTS对于理解电子如何在溶液中移动至关重要。

在《自然通讯》上发表的一项新的洛桑联邦理工学院研究中，研究人员JinggangLan、MajedChergui和AlfredoPasquarello研究了电子与其溶剂环境之间复杂的相互作用。

这项工作是在洛桑联邦理工学院构思并主要进行的，兰靖刚在纽约大学西蒙斯计算物理化学中心获得博士后奖学金后完成了贡献。

通过观察CTTS过程，研究人员细致地观察了逃逸电子与其周围的极化水分子之间的动态相互作用，这标志着我们对这种复杂相互作用的理解取得了重大飞跃。

该团队使用溶解在水中的碘化物(碘化物水溶液)，因为它可以更容易地理解电子如何移动到周围的水中。碘化物与食盐一样，没有复杂的内部运动，这使得研究更简单。这使得科学家们能够观察碘化物如何迅速将电子释放到周围的水中，这一过程受到碘化物周围水分子排列的影响。

为了研究CTTS过程，研究人员使用了从头算分子动力学，这是一种复杂的技术，通过使用量子力学的基本物理原理计算原子相互作用和运动，在计算机中模拟分子的行为。

“Abinitio”在拉丁语中的意思是“从头开始”，表明这种方法从基本物理原理出发，使科学家能够准确预测分子和材料如何随时间演变，而无需依赖粒子之间相互作用的经验数据。

将从头开始的方法与复杂的机器学习技术相结合，科学家们能够以前所未有的细节可视化和分析CTTS过程，跟踪电子从附着到碘离子到被溶剂化(被水分子包围和稳定)的旅程。

研究表明，CTTS涉及一系列不同的状态，每个状态都以电子与碘原子核之间的距离为特征：从与碘原子紧密结合(接触对状态)，到分离到溶剂中(溶剂分离状态))，最后完全溶剂化为水合电子。

“进步主要在于基本层面，”帕斯夸雷洛说。“所描述的机制涉及电子激发和离子极化效应之间的微妙相互作用，这会产生我们的模拟所揭示的一系列配置。”

但揭示CTTS也可能对涉及电荷和能量转移反应的广泛应用产生影响。了解电子如何在如此基本的层面上与环境相互作用，可能是开发更高效的太阳能转换系统、改进光催化技术、甚至增进我们对材料科学和环境过程的了解的关键。

Lan说：“了解溶剂的电荷转移可以深入了解化学反应中能量和电子的行为，影响从自然生物活动到能量转换技术的一系列影响。”

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