为何水合氢离子在水中的扩散快于氢氧根离子？

水中水合氢离子与氢氧根离子通过质子转移的现象无处不在。它是酸碱化学、某些酶反应乃至流感感染的基础。尽管历经两个世纪的研究，水合氢离子在水中扩散快于氢氧根离子的机制仍未被很好理解。本文中，我们采用基于最先进密度泛函理论的分子动力学，并修正非局域范德华相互作用及电子基态的自相互作用，来模拟水及水合水离子。在此理论水平下，水合氢离子的结构扩散保持了先前已认识到的协同行为。然而相比之下，经由氢氧根离子的质子转移由逐步事件主导，其源于一种稳定的超配位溶剂化结构，该结构不利于质子转移。具体而言，后者呈现非平面几何，与中子散射结果一致。质子转移时间关联的不对称性使得水合氢离子比氢氧根离子扩散更快。