許多與氣候和環境過程有關的重要反應都發生在水分子與空氣接觸的地方。例如，海水蒸發在大氣化學和氣候科學中發揮重要作用。了解這些反應對於減輕人類對地球的影響至關重要。一組研究人員發現，鹽水錶面水分子的組織方式與先前想像的不同，教科書上的模型需要重新繪製，這為環境科學與技術提供了新的視角。

離子在空氣和水界面的分佈會影響大氣過程。然而，如何準確地理解這些重要介面上的微觀反應至今仍存在激烈的爭論。

氯化鈉溶液中液體/空氣界面的圖示。來源：Yair Litman

劍橋大學和德國馬克斯-普朗克聚合物研究所的研究人員在今天（1 月15 日）發表在《自然-化學》雜誌上的一篇論文中指出，大多數鹽水溶液（即電解質溶液）表面的離子和水分子的組織方式與傳統認識完全不同。這可能會帶來更好的大氣化學模型和其他應用。

研究人員著手研究水分子如何受到空氣和水交會處離子分佈的影響。傳統上，這種研究是透過一種名為振動總頻發生（VSFG）的技術來完成的。利用這種雷射輻射技術，可以直接測量這些關鍵界面上的分子振動。不過，雖然可以測量訊號的強度，但該技術無法測量訊號是正還是負，這使得過去很難解釋研究結果。此外，僅使用實驗數據也會得到模稜兩可的結果。

研究小組克服了這些難題，利用一種更複雜的VSFG 形式（稱為外差檢測(HD)-VSFG）來研究不同的電解質溶液。然後，他們開發了先進的電腦模型來模擬不同情況下的介面。

顛覆傳統的模型

綜合結果表明，帶正電荷的離子（稱為陽離子）和帶負電荷的離子（稱為陰離子）都會從水/空氣界面耗盡。簡單電解質中的陽離子和陰離子會使水分子向上或向下定向。這與教科書上的模型相反，教科書上的模型認為離子形成電雙層，水分子只定向一個方向。

共同第一作者、來自優素福-哈米德化學系的亞伊爾-利特曼博士說：”我們的研究表明，簡單電解質溶液表面的離子分佈與之前認為的不同，富含離子的次表層決定了界面的組織方式：最上方是幾層純水，然後是富含離子的層，最後是大體積鹽溶液。”

共同第一作者、馬克斯-普朗克研究所的Kuo-Yang Chiang 博士說：”這篇論文表明，將高水平的HD-VSFG 與模擬相結合是一種寶貴的工具，將有助於從分子層面了解液體界面”。

馬克斯-普朗克研究所分子光譜學部門負責人米沙-波恩（Mischa Bonn）教授補充說：”這些類型的界面在地球上隨處可見，因此對它們的研究不僅有助於我們從根本上理解它們，還能帶來更好的設備和技術。我們正在運用這些相同的方法來研究固/液界面，這可能會在電池和儲能領域得到潛在的應用。”

編譯來源：ScitechDaily