Ученые впервые увидели, как вода перестраивается в ключевой для жизни реакции

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) вместе с коллегами из SLAC National Accelerator Laboratory впервые зафиксировали, как перестраивается вода в ходе реакции переноса протона и электрона (PCET). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Об этом рассказывает сайт Phys.org.

PCET — один из ключевых механизмов в природе: он позволяет растениям запасать энергию солнца при фотосинтезе, а животным — эффективно перерабатывать пищу. Реакция идет за счет согласованного движения положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, что позволяет молекулам обходить энергозатратные промежуточные стадии.

Команда использовала комбинацию ультрабыстрой рентгеновской спектроскопии и рассеяния на установках Linac Coherent Light Source, а также квантово-химические расчеты и молекулярную динамику. В эксперименте изучали рутениевый комплекс, который при поглощении света в кислой среде захватывает протон из окружения.

Впервые удалось одновременно увидеть, как присоединение протона меняет электронную структуру молекулы в конкретных участках и как при этом перестраивается сеть окружающих молекул воды. Ранее эти процессы наблюдали лишь по отдельности.

По словам физика PNNL Элизы Биасин, подход дает новый способ понять, как молекулы и их окружение эволюционируют вместе в ходе фундаментальных химических превращений. Метод может помочь в разработке более эффективных катализаторов, топливных элементов и проточных батарей.

Авторы отмечают, что напрямую увидеть протон не удалось — рентгеновское рассеяние чувствительно к электронно-богатым атомам. Однако согласие данных и расчетов позволило сделать выводы о согласованном движении протона, электрона и растворителя. С обновлением LCLS-II ученые рассчитывают применять метод к реальным задачам катализа и преобразования энергии.