X 射线光谱研究绘制了水环境中超快电荷离域图

电子密度的运动是全世界化学家感兴趣的课题，因为物质通过电子相互作用。这些过程非常快，传统上需要阿秒级的时间分辨实验来研究和描述。然而，还有其他方法。

乌普萨拉大学 Olle Björneholm 领导的研究团队与布拉格化学与技术大学 Eva Muchová 领导的理论小组合作，发现这种超快电荷离域可以用一种更简单的方法——X 射线光谱法来检测。他们也是世界上第一个描述水合电子在水中形成并与钠、镁和铝离子分离所需时间的人。他们的研究结果目前发表在《自然通讯》杂志上。

“电子在水环境中离开离子后会发生什么，这是一个有趣的科学课题，已在很多论文中讨论过。然而，这个谜题缺少的是初始步骤的时间尺度——水合电子的形成和它脱离离子的最初时刻，”Muchová 说。

“一切都发生得太快了，用目前的时间分辨实验方法，我们需要阿秒激光脉冲，但这并不容易获得。此外，我们仍然不知道它们是否能正常工作。所以，我们采取了不同的方法。”

讨论过程的草图。图片来源：布拉格化学与技术大学

她所说的“不同”是指不通过时间分辨率来观察所描述的过程，而是通过将其分解为能量的二维图来观察。这些图可以想象成用长曝光时间拍摄的照片，即使移动物体的速度太快而无法清晰地捕捉到，也可以观察到运动。通过分析信号，他们能够重建电子从离子中脱离的速度。

这项在汉堡 DESY 同步加速器上进行的实验表明，水从离子中“带走”电子所需的时间取决于离子的电荷强度，因此也取决于周围水分子的排列。在这个比喻中，钠就像一个无忧无虑的父母，任由孩子游泳，铝则表现得像一个严格的保护者，而镁则介于两者之间。