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"看见"化学之美--《Nature》报道观测溶液中化学键形成的方法

化学键的打开和形成是发生化学反应的必经过程,科学家们一直都对这一神秘而又充满化学美感的过程颇感兴趣。目前,科学家已经可以利用时间分辨技术研究化学键的断裂这一瞬间的动态变化,但是,由于具有双分子的性质,化学键形成的结构动力学却依然是一个亟待解决的难点。两个分子互相接近并发生反应的过程是随机的,很难控制测量的时间,尤其是在溶液反应中,其反应速度受到了化合物分子的扩散速度限制,想要清楚地“观察”其旧键断裂和新键形成的过程也就更加困难。

最近,《Nature》上的一篇文章提出了一种新方法有望解决这一难题,一个韩国和日本科学家团队利用飞秒时间分辨X射线溶液散射(上图),打破了溶液中扩散慢的限制,成功地实时“看见”了一种金的三聚物[Au(CN)2]3在溶液中的形成过程。

研究发现,基态时该金三聚物中金原子的结合很弱,受光激发后发生一系列的动态结构变化,包括共价键的形成(上图)、从弯到直的过渡、化学键收缩以及四聚体的形成,研究人员监测了整个反应过程,时间分辨率在500飞秒10-15s左右。同时,研究人员还确定了反应中间体的亚埃级三维结构。

这项研究实现了实时观测溶液反应中化学键的形成,并且能够详细地观察到化合物结构的动态变化。这给未来化学反应过程的研究提供了一个强有力的工具。


有意思的是,本月早些时候,另外一组科学家在《Science》发表论文,利用飞秒X射线激光脉冲,观测到了固体催化剂催化一氧化碳氧化过程中形成过渡态化合物的过程。


有了这些新的技术,“看见”化学之美,会变得越来越方便。


1. http://www.nature.com/nature/journal/v518/n7539/full/nature14163.html

2. http://www.sciencemag.org/content/347/6225/978.abstract


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