Учёные раскрыли секрет «протонной магистрали» природы
Фосфорная кислота (H3PO4) и родственные соединения играют ключевую роль в переносе протонов (положительных зарядов) как в живых системах (ДНК, АТФ), так и в технологиях, например, в топливных элементах. Этот процесс, называемый «протонным челночным механизмом», долгое время не был до конца изучен на молекулярном уровне.
Исследователи из Института Фрица Габера вместе с коллегами из Лейпцига и США сосредоточились на изучении ключевой структуры — депротонированного димера H3PO4·H2PO4-. Чтобы получить чёткую картину, молекулу создали в лаборатории и охладили до экстремально низкой температуры — 0,37 Кельвина, почти до абсолютного нуля, поместив в гелиевую нанокаплю. Это позволило минимизировать помехи и детально изучить её структуру с помощью инфракрасной спектроскопии и квантово-химических расчётов.
Результаты оказались неожиданными: вместо двух предсказанных теорией возможных структур эксперимент выявил лишь одну стабильную конфигурацию. Эта структура относительно жёсткая, содержит три водородные связи, соединённые через общий атом кислорода, и имеет высокие энергетические барьеры для движения протонов внутри неё. Подобные структурные мотивы были обнаружены и в других кластерах фосфорной кислоты, что указывает на их общность.
Это открытие помогает объяснить молекулярные основы исключительной протонной проводимости фосфорной кислоты — «протонной магистрали» природы. Результаты не только углубляют понимание переноса заряда в биологических системах, но и могут помочь в разработке новых материалов с улучшенной проводимостью для современных энергетических технологий.
0 комментариев