H+質(zhì)子由單個氫離子組成，是所有化學(xué)元素中最小和最輕的。這些質(zhì)子天然存在于水中，其中一小部分H2O分子自發(fā)分離。它們在液體中的含量決定了溶液是酸性還是堿性。質(zhì)子也極易移動，通過從一個水分子跳到另一個水分子而在水中移動。

水-固體界面的質(zhì)子傳輸

這種運(yùn)輸過程在水體中的工作方式已得到相當(dāng)了解。但是，固體表面的存在會極大地影響質(zhì)子的行為，目前，科學(xué)家們幾乎沒有工具來測量水-固體界面上的這些運(yùn)動。在這項(xiàng)新的研究中，EPFL工程學(xué)院(STI)的博士后研究員Jean Comtet提供了水與固體表面接觸時質(zhì)子行為的第一印象，下降到單分子分子的最終規(guī)模。質(zhì)子和單電荷。他的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上揭示質(zhì)子傾向于沿著這兩種介質(zhì)之間的界面移動。這項(xiàng)研究得益于巴黎高等師范學(xué)院(ENS)化學(xué)系研究人員的幫助，他們進(jìn)行了模擬。

結(jié)晶缺陷

孔戴研究了水和氮化硼晶體之間的界面，氮化硼是一種非常光滑的材料?？状髡f：“晶體表面可能含有缺陷。”“我們發(fā)現(xiàn)這些缺陷充當(dāng)了標(biāo)記，當(dāng)質(zhì)子與它們結(jié)合時會發(fā)光。”使用超分辨率顯微鏡，他能夠觀察到這些熒光信號，并在10納米左右的范圍內(nèi)測量缺陷的位置，這是非常高的精度。更有趣的是，該研究揭示了晶體缺陷活化方式的新見解。Comtet補(bǔ)充說：“我們觀察到晶體表面上的缺陷在與水接觸時會依次發(fā)光。””，產(chǎn)生可識別的途徑。”

實(shí)驗(yàn)性重大突破

該研究的主要發(fā)現(xiàn)之一是質(zhì)子傾向于沿著水-固體界面移動?？状鹘忉屨f：“質(zhì)子繼續(xù)運(yùn)動，但包裹著固體的表面。”“這就是為什么我們會看到這種模式。”EPFL納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LBEN)的教授Aleksandra Radenovic補(bǔ)充說：“這是一項(xiàng)重大的實(shí)驗(yàn)突破，使我們進(jìn)一步了解了水中的電荷如何與固體表面相互作用。”

Comtet說：“在這種特定情況下，我們的觀察結(jié)果可以輕松地推斷到其他材料和環(huán)境中。”這些發(fā)現(xiàn)可能會在許多其他領(lǐng)域和學(xué)科中產(chǎn)生重要影響，從了解細(xì)胞膜界面的生物過程到設(shè)計(jì)更高效的過濾器和電池。