水液滴能夠表現獨特的化學行為,比如能夠將化學反應速率加快好幾個數量級,體相無法進行的反應能夠在水液滴上發生。比如一個最重要的離子世水合氫離子能夠在液滴表面自發形成羥基自由基。有機醇和烷氧基離子作為與水分子/水合氫離子類似的結構,能夠在微液表面產生類似行為。
有鑒于此,北京師范大學朱重欽教授、南開大學張新星研究員等通過領子力學/分子力學(QM/MM)分子動力學(MD)模擬從頭算分子動力學MD模擬、MS表征,發現溶液微液滴表面的有機醇(RCH2OH)能夠自發形成烷氧自由基。
研究結果表明,微液滴表面強度為10-1 V/?的電場,以及空氣-水界面的部分溶劑化結構共同作用導致RCH2OH解離生成RCH2O-和H3O+。QM/MM MD模擬結果發現RCH2O-能夠在微液滴表面離子化生成RCH2O·自由基。
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此外,微液滴表面的部分溶劑化結構和電場能夠催化RCH2O·自由基發生結構變化為R·CHOH。這項研究結果通過分子動力學研究揭示了微液滴表面廣泛存在自由基,有助于研究大氣氣氛中的有機醇化學。
參考文獻
Ye-Guang Fang, Xiaoxu Li, Chang Yuan, Xiaojiao Li, Xu Yuan, Dongmei Zhang, Xinxing Zhang, Chongqin Zhu, Wei-Hai Fang, Spontaneous Generation of Alkoxide Radical from Alcohols on Microdroplets Surface, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202417920
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202417920