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油滴上の界面水の並外れた活動

水中の油滴のラマン-MCR分光法。クレジット： 自然 （2025）。 doi：10.1038/s41586-025-08702-y 疎水性界面での水の挙動は、化学、生物学、材料科学、地質学、および工学に及ぶ、1世紀以上にわたって科学者を困惑させてきました。最近の発見は、水マイクロドップレットの異常な化学や電気触媒と接触するなど、界面水の極めて重要な役割を強調しています。 で公開された新しい研究 自然 油水メソスコピック界面で無秩序な分子構造と超高度静電界（〜40〜90 mV/cm）を体系的に解決し、疎水性表面の「不活性」な性質に関する教科書の仮定を覆し、触媒、生物医学、緑のエネルギーのための新しいアベニューを開きます。 何十年もの間、合計頻度生成（SFG）分光法は界面水の研究を支配してきましたが、固有の制限に苦しんでいました。研究者は現在、新しいアプローチを開拓しています。高解像度のラマン分光法と多変量曲線解像度（MCR）アルゴリズムを統合します。 前例のない信号対雑音比を持つ溶媒バックグラウンドと溶質相関（SC）スペクトル信号を分離することにより、油水エマルジョンにおける界面層の最初のナノスケール解像度測定値を達成しました。 彼らの重要な調査結果には以下が含まれます。 構造障害： 四面体水素結合ネットワークの特徴である3250cm⁻¹での特徴的なOHストレッチ肩は、油滴界面で終わりに消滅し、劇的な構造障害を示しています。分子動力学シミュレーションにより、界面水分子の約25％が、「氷のような秩序化された層」の古典的な予測と矛盾している、骨のない「フリー」OHグループを持っていることが明らかになりました。 超高電界：自由OH結合の共鳴赤方偏移（3575cm⁻¹）を分析することにより、チームは界面静電界（40〜90 mV/cm）を定量化し、酵素活性部位（〜100 mV/cm）の強いフィールドに匹敵します。これらのフィールドは、液滴ζポテンシャルと直接相関しています。ζを-60 mVから-20 mVの赤方偏移を減少させ、主要なメカニズムとして電荷分布（たとえば、水酸化物吸着または油水電荷移動など）を含みます。 触媒的意味：遷移状態理論の計算では、このようなフィールドは活性化自由エネルギーを約4.8 kcal/mol減少させ、室温で3,000倍を> 3,000倍に促進することが示されました。これは、水マイクロドロップレーションの機械的基礎を提供し（10日〜10〜10°の速度向上）、接触電気触媒における触媒のないレドックス反応を説明します。 障害のある界面と巨大な電界の発見は、生物学的プロセス（タンパク質凝集、膜相互作用）の理解と、トリボ電気ナノ発生因子、大気エアロゾル核生成、水精製、油酔いの修復などの技術を変えることができます。 「オイルドロップレットインターフェイスの水構造と電界」というタイトルのこの論文は、コロンビア大学のウェイミン教授とカリフォルニア州バークレーのテレサヘッドゴードン教授が率いる共同チームの仕事でした。共同ファーストの著者は、ナイクシン・チアン、ジョセフ・ハインデル、Xiaoqi Lang、およびRuoqi Zhaoからの重大な貢献をしたLixue Shi博士とAllen Lacour博士です。 詳細： Lixue Shi et al、油滴の界面での水構造と電界、 自然 （2025）。 doi：10.1038/s41586-025-08702-y コロンビア大学が提供 引用：最も馴染みのある物質のなじみのない顔：油滴上の界面水の並外れた活動（2025年3月19日）2025年3月19日https://phys.org/news/2025-03-unfam…