液态氦纳米液滴中Li+、Na+和K+离子的时间分辨溶剂化动力学研究

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Time-resolved solvation dynamics of Li+, Na+ and K+ ions in liquid helium nanodroplets

超快泵探针光谱研究Li+、Na+、K+在液氦微滴中的溶剂化动力学，发现其结合速率分别为1.8±0.1、1.8±0.1、1.7±0.1 He/ps。通过比较实验数据与Path Integral Monte Carlo计算获得的离子-氦复合物蒸发能，确认了第一溶剂化壳结构。研究还发现Li+的溶剂化能量耗散速率最高，而K+最低。

　　

2023年，利用超快泵浦-探测光谱技术记录了单个Na⁺离子在液氦液滴中的溶剂化动态，实现了原子级别的观察，并具有飞秒级的时间分辨率[Albrechtsen等人，《自然》，2023年，623卷，第319页]。后续的理论研究表明，其他碱金属离子的溶剂化过程也类似，但目前尚未有实验结果发表。在此，我们将之前针对Na⁺的测量扩展到了Li⁺和K⁺离子。泵浦脉冲选择性地电离最初位于液滴表面的碱金属原子，随后监测形成的碱金属阳离子Ak⁺的溶剂化动态；接着电离液滴内部的Xe原子，并记录随泵浦-探测脉冲延迟变化的从液滴中排出的Ak⁺He_n离子的产量。研究发现，Li⁺、Na⁺和K⁺离子的溶剂化速率分别为每皮秒1.8 ± 0.1、1.8 ± 0.1和1.7 ± 0.1个He原子。此外，通过将Ak⁺He_n离子产量的数量分布与这些离子-He复合物的蒸发能量（通过路径积分蒙特卡罗计算获得）进行比较，我们识别出了Li⁺、Na⁺和K⁺离子的第一层溶剂化壳的特征。最后，我们确定了这三种碱金属离子附近溶剂化能量的时间依赖性耗散过程，发现Li⁺（K⁺）的耗散速率最高（最低）。