水合质子与其第一溶剂化层的耦合
化学物理
2023-01-11 v1 原子与分子团簇
摘要
水合质子在水溶液中的水分子间转移伴随着质子迁移时环境的大规模结构重组，从而产生了 Grotthus 机制。Zundel（H5O2+）和 Eigen（H9O4+）阳离子是该过程中的主要中间结构。它们表现出截然不同的气相红外（IR）光谱，表明溶剂化质子在其第一溶剂化层中具有根本不同的环境。由此产生一个问题：是否存在一个最小公分母结构，能够解释 Zundel 和 Eigen 阳离子，进而解释溶剂化质子的红外光谱？对这些质子化阳离子的全维度量子模拟表明，嵌入在母体 Eigen 阳离子静态环境中的两个动态水分子构成了这一基本亚基。它足以解释溶剂化质子在其第一溶剂化层中的光谱特征和非谐耦合。特别是，我们识别出了非谐振动模式，这些模式解释了 Eigen 阳离子实验红外光谱中质子转移峰的大幅展宽，而这一展宽的起源至今仍不清楚。我们关于第一溶剂化层量子力学结构的发现，为进一步研究具有第二及更多溶剂化层的更大质子化水团簇提供了起点。
引用
@article{arxiv.2204.03744,
title = {The coupling of the hydrated proton to its first solvation shell},
author = {Markus Schröder and Fabien Gatti and David Lauvergnat and Hans-Dieter Meyer and Oriol Vendrell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.03744},
year = {2023}
}
备注
main article with 4 figures, methods, and supporting information