探秘油水乳液界面：水结构与强电场的新发现

《Nature》：Water structure and electric fields at the interface of oil droplets

研究人员利用拉曼光谱法研究十六烷 - 水乳液，发现独特界面特性，或解释疏水 - 水界面反应加速。

　　界面水展现出丰富且复杂的行为，在化学、生物学、地质学和工程学领域发挥着重要作用。然而，关于疏水界面水的基本性质，如取向有序性、水合氢离子（H⁺）和氢氧根离子（OH^-）的浓度、不正确的氢键以及强电场的存在等，仍存在诸多争议。这种争议源于测量界面系统的挑战，即便运用最先进的实验技术和理论方法也难以解决。在此，研究人员报道了一种采用多元曲线分辨（Multivariate Curve Resolution）的溶液内界面选择性拉曼光谱（Raman spectroscopy）方法，用于探测水包十六烷乳液，并借助拉曼光谱的单体场理论模型辅助研究。研究结果表明，油水乳液界面的四面体序降低、氢键减弱，同时存在大量游离羟基。与平面油水界面相比，这些游离羟基的拉伸模式发生约 95 cm^-1的红移。鉴于油滴已知的静电 zeta 电位特性，研究人员推测存在一个从油相发出的强电场（约 50 - 90 MV/cm）。这一电场虽为间接推断得出，但得到了对照实验和理论估算的支持。这些现象在小溶质形成的分子疏水界面或平面油水界面中要么不存在，要么情况相反。相反，水结构无序和增强的电场成为油水乳液中尺度界面的独特特征，这可能有助于解释在疏水 - 水界面观察到的化学反应加速现象。