在之前研究离子在空气-水界面吸附的过程中，研究人员报道了令人惊讶的结果，即双电荷碳酸根阴离子比单电荷碳酸氢根阴离子表现出更强的表面亲和力。与单价弱水合阴离子通常在界面区域显示出较高的浓度相比，多价（和强水合）阴离子预计会表现出更弱的表面倾向。

近日，劳伦斯伯克利国家实验室Jin Qian，加州大学圣地亚哥分校Tod A. Pascal，加州大学伯克利分校Richard J. Saykally使用共振增强深紫外二次谐波产生光谱来测量碳酸盐（CO₃²⁻）和碳酸氢盐（HCO₃^-）阴离子在空气-水界面上的吸附吉布斯自由能。

文章要点

1）对比经典静电理论的预测并支持我们之前的 X 射线光电子能谱发现，研究人员发现碳酸根阴离子确实比碳酸氢根阴离子表现出更强的表面亲和力。

2）广泛的计算机模拟表明，CO₃²⁻ 与界面区域中的 Na⁺ 抗衡阳离子的强离子配对导致近中性团聚簇的形成，这与基于水合自由能和毛细波的界面离子吸附理论一致。

3）模拟的 X 射线光电子能谱预测，与碳酸氢盐相比，碳酸盐光谱有 1 eV 的偏移，进一步证实了我们的实验。

这些发现不仅增进了研究人员对离子吸附化学的基本理解，而且影响了海洋酸化、海喷雾气溶胶化学和哺乳动物呼吸生理学等重要的实际过程。

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Shane W. Devlin, et al, Agglomeration Drives the Reversed Fractionation of Aqueous Carbonate and Bicarbonate at the Air−Water Interface, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c05093

https://doi.org/10.1021/jacs.3c05093