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Probing the propensity of perchlorate anion for surface solvation by infrared photodissociation spectroscopy

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我々は、密度汎関数理論計算を援用した赤外光解離(IRPD)分光法を用いて、最大8個の水分子でマイクロハイドレーションされた過塩素酸アニオンClO4-を調査した。 D2タグ付きClO4-(H2O)n(n=0-8)のIRPDスペクトルのO-H伸縮(2800-3800cm-1)およびフィンガープリント(800-1800cm-1)スペクトル領域で観測された特徴は、溶媒の振動モード(自由および水素結合したO-H伸縮およびH2O屈曲モード)と溶質の振動モード(過塩素酸塩伸縮モード)に割り当てられた。 マイクロハイドレーションによるClO4-の3重縮退反対称伸縮モード(1102cm-1)の分裂は、局所的な溶媒和ネットワークの対称性を直接反映している。 一方、水素結合したO-H伸縮バンドが自由なO-H振動子のものと比較して赤方偏移している(>3700 cm-1)ことは、アニオン-水(3550-3650 cm-1)および水-水(3240-3540 cm-1)の水素結合の強さを反映している。 水-水相互作用が強くなると、水-水の水素結合形成が早く始まり(n = 2)、最終的にはClO4-の非対称溶媒和が起こる。これは、第1水和シェルが完成する前に、n = 5で第2水和シェル、n = 8で第3水和シェルの人口が増えることからもわかる。 本研究では、表面張力の高いアニオンの周りで水素結合ネットワークが形成される初期段階をボトムアップで見ることができ、これらの洞察を過塩素酸塩水溶液の水-蒸気界面で得られた最近の結果と照らし合わせて議論する。

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