動量解析光學技術揭露了控制界面能量轉移和化學反應的界面水結構
刊登日期:2023-04-14
帶電水界面主導許多自然現象，並對於先進觸媒和能源儲存裝置的發展非常重要。其中微觀界面的過程，例如離子脫溶和反應中的電荷轉移，直接受水界面特異性的氫鍵網絡控制。然而，人們對這些鍵結水層結構以及其中離子和分子之間的相互作用的知識非常有限。本所溫昱傑博士團隊開發出一種動量解析式非線性光學技術，可用於量測界面鍵結水層及離子擴散層的振動光譜，從而獲得有關水界面微觀結構和帶電狀態等微觀訊息。
此團隊利用模型表面活性劑與水的界面展示出新技術的突破性。實驗結果揭露了一個隱藏、具有弱氫鍵供體的水分子鍵結狀態，暗示表面活性劑頭基具有完整但非對稱的水合層結構。在另一個應用中，研究團隊在兩性離子磷脂酰膽鹼脂質(zwitterionic phosphatidylcholine lipid) 與水的界面，發現了受脂質頭基影響而高度極化的鍵結水層結構。本研究提供了一種在分子層級、原位探測電化學與生物/水溶液界面的可行方法，其並進一步強調了應用動量解析非線性光學於探索具體背景訊號情況下的表面激發，從而擴展了表面非線性光學在一般凝態物理研究中的應用。
此項成果已在今（2023）年4月發表於國際期刊《科學進展》（Science Advances）。本研究的兩位主要作者為蕭堯與周廷翰，分別為本院物理所現任與前任研究助理，與該團隊的Animesh Patra博士共同進行研究。研究經費由本院及國家科學及技術委員會支持。
期刊連結: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg2823