酸性溶液質子傳輸自由基機制被揭示

　　近日，電子科技大學教授崔春華課題組和中國科學技術大學教授李震宇課題組合作，在《化學科學》上發表重要研究成果，揭示了酸性水溶液中質子傳輸的自由基介導新機制。

　　該研究突破了傳統質子傳輸的“結構擴散”理論，發現質子在水溶液中不僅通過經典的Grotthuss機制傳輸，還會通過形成水自由基陽離子(H2O?+)中間體，產生高活性羥基自由基(?OH)，提出了新的質子傳輸途徑。團隊巧妙設計18-冠醚-6穩定H2O?+的實驗方案，結合17O和18O同位素標記技術，通過電子順磁共振（EPR）和同位素標記高分辨質譜等先進表征技術，實現了對質子傳輸過程中自由基中間體的捕獲和觀測。結合第一性原理分子動力學模擬，揭示了電荷離域在促進自由基形成中的關鍵作用。

　　這一發現不僅具有重要的理論價值，更對多個應用領域產生影響。在能源領域，該機制解釋了燃料電池質子交換膜在酸性條件下的氧化降解問題；在催化領域，為理解酸性電催化CO2還原過程中銅催化劑的腐蝕現象提供了參考；在環境科學方面，揭示了大氣水微滴中自由基的生成途徑，特別是?OH自由基的生成機制。

　　團隊表示：“在酸性條件下，OH?的含量可以忽略，因此?OH自由基的產生只能來自于H2O而非OH?離子，這有別于當前學術界采用的OH?→?OH路徑。”

　　同時，該研究證實，即使在常溫常壓下，水溶液中也可以自發形成高活性自由基。這一發現將推動對酸/堿水溶液反應性的重新思考。

　　這項研究不僅拓展了人們對質子傳輸機制的理解，更展示了基礎研究如何推動應用科學的發展。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1039/D5SC02206A