液态水及水溶液垂直电离能与功函数的精确测定
化学物理
2021-12-30 v2
摘要
液态水及水溶液（包括块体及其相关界面）的绝对尺度电子能量学，是水基化学的核心决定因素。然而，此类信息通常实验上难以获取。我们证明，可采用一种改进的液体微射流光电子能谱(PES)技术来解决这一问题。通过引入凝聚态物理中的概念，我们建立了新颖的全液相真空以及平衡溶液-金属电极费米能级参考流程。这使得此前难以捉摸的、溶质诱导的水的电子能量学扰动以及垂直电离能(VIE)定义，能够在绝对且普适的化学势尺度上被精确量化。我们在宽电离能范围内应用这些流程，准确测定液态水的VIE为11.33 0.02 eV、氧化稳定性为6.60 0.08 eV（分别相对于其液-真空界面势与费米能级），并准确测定了液态水的功函数为4.73 0.09 eV。进一步，将我们的新方法应用于一对示例性水溶液，我们提取了水合碘离子的绝对VIE，重申了水的电子结构对高块体盐浓度的鲁棒性，并量化了参考能级依赖的水VIE降低，以及已知表面活性剂部分水合时溶液功函数0.48 0.13 eV的收缩。我们这些实验成果标志着在量化水中电子结构相互作用与化学反应活性方面的重大进展，如今已明确扩展至绝对尺度块体与界面溶液能量学的测量，包括那些与水电化学过程相关的能量学。
引用
@article{arxiv.2104.01630,
title = {Accurate Vertical Ionization Energy and Work Function Determinations of Liquid Water and Aqueous Solutions},
author = {Stephan Thürmer and Sebastian Malerz and Florian Trinter and Uwe Hergenhahn and Chin Lee and Daniel M. Neumark and Gerard Meijer and Bernd Winter and Iain Wilkinson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.01630},
year = {2021}
}
备注
Main manuscript: 47 pages, 6 figures. Supporting information: 16 pages, 7 figures