705
Міжнародна група дослідників уперше безпосередньо простежила надшвидкий процес, у якому рух протонів і електронів відбувається узгоджено. Саме такі реакції лежать в основі фотосинтезу, клітинного енергетичного обміну й роботи багатьох каталізаторів, але раніше їх було майже неможливо побачити через надзвичайно короткий час, за який змінюється молекулярна структура.
У центрі уваги був механізм протон-зчепленого перенесення електрона. Коли позитивно заряджений протон і негативно заряджений електрон рухаються скоординовано, молекула може уникати проміжних високоенергетичних станів, а реакція відбувається швидше й ефективніше.
Рентгенівський лазер дозволив побачити перебудову
Експеримент провели на джерелі когерентного світла Linac у SLAC. Команда поєднала надшвидку рентгенівську спектроскопію та розсіювання, щоб одночасно простежити зміни електронної структури молекули й перебудову її оточення.
Для чистоти експерименту використали спеціальну сполуку на основі рутенію, яка поглинає світло й у кислих умовах захоплює протон. Сам протон безпосередньо не видно рентгенівським методом, але його рух відновили через зміни електронної густини та перебудову водневих зв’язків у навколишній воді.
Від фотосинтезу до акумуляторів
Природа використовує подібні механізми постійно. У рослин вони допомагають перетворювати енергію сонячного світла, а в живих організмах — забезпечувати ефективні біохімічні реакції. Краще розуміння синхронного руху електронів і протонів може допомогти створювати ефективніші проточні акумулятори, паливні елементи та каталізатори.
