1 / 1 OH在空气/水(H2O)界面的拉伸振动弛豫过程示意图。来源:《自然通讯》

RIKEN的科学家们在《自然通讯》杂志上发表的一项研究中，揭示了与空气交界的受激水分子如何失去能量的更完整图景。这一发现对于更好地理解发生在水面上的过程是有价值的。

水在很多方面都是异常的。例如，它的冰点和沸点比预期的要高得多，而且它作为固体(冰)的密度比作为液体的密度小。

几乎所有水的不寻常性质都源于相邻水分子之间不断形成和断裂的弱键。被称为氢键，这些键的形成是因为氧比氢更吸引电子。因此，一个分子中略带负电的氧被另一个分子中略带正电的氢所吸引。

但是一小部分水分子——那些位于表面的水分子——经历的氢键与其他水分子不同。在这种情况下，伸入空中的手臂不会形成氢键。

直到现在，还没有人能够发现这些表面分子的臂在被拉伸后是如何放松的。这是因为将信号从这些分子中分离出来是非常具有挑战性的。

RIKEN分子光谱实验室的Tahei Tahara说:“我们对液体中水分子的行为有很好的了解，但是我们对界面上的水分子的理解远远落后。”

在过去的十年里，田原领导的一个团队一直试图通过开发高度复杂的光谱技术来探测表面水分子的相互作用来纠正这种情况。

该团队现在已经开发出一种基于红外光谱的技术，这种技术足够灵敏，可以探测到地表水分子的氧氢键是如何放松的。

利用这项技术，研究小组发现，在空气中竖起的氧氢键首先旋转时不会损失能量。然后，它们以与液体分子类似的方式放松，形成氢键网络。

Tahara说:“从这个意义上说，在与相邻分子相互作用后，界面上的分子和液体内部的分子之间没有太大的区别——它们都有相同的松弛过程。”“这些发现描绘了一幅全面的画面，展示了氧氢键是如何在水面上松弛的。”

田原和他的团队现在打算用他们的光谱技术来观察发生在水界面的化学反应。