Creation and Reaction of Solvated Electrons at and near the Surface of Water

化学 溶剂化电子 水溶液 质子化 肺表面活性物质 蒸发 光化学 相(物质) 反应中间体 无机化学 双水相体系 物理化学 离子 有机化学 放射分析 催化作用 热力学 生物化学 物理
作者
Xiao-Fei Gao,David J. Hood,Xianyuan Zhao,Gilbert M. Nathanson
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (20): 10987-10990 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.3c03370
摘要

Solvated electrons (es-) are among nature's most powerful reactants, with over 2600 reactions investigated in bulk water. These electrons can also be created at and near the surface of water by exposing an aqueous microjet in vacuum to gas-phase sodium atoms, which ionize into es- and Na+ within the top few layers. When a reactive surfactant is added to the jet, the surfactant and es- become coreactants localized in the interfacial region. We report the reaction of es- with the surfactant benzyltrimethylammonium in a 6.7 M LiBr/water microjet at 235 K and pH = 2. The reaction intermediates trimethylamine (TMA) and benzyl radical are identified by mass spectrometry after they evaporate from solution into the gas phase. Their detection demonstrates that TMA can escape before it is protonated and benzyl before it combines with itself or a H atom. Diffusion-reaction calculations indicate that es- reacts on average within 20 Å of the surface and perhaps within the surfactant monolayer itself, while unprotonated TMA evaporates from the top 40 Å. The escape depth exceeds 1300 Å for the more slowly reacting benzyl radical. These proof-of-principle experiments establish an approach for exploring the near-interfacial analogues of aqueous bulk-phase radical chemistry through the evaporation of reaction intermediates into the gas phase.

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