科研学术

　　近日，电子科技大学崔春华教授课题组和中国科学技术大学李震宇教授课题组合作，在《Chemical Science》发表重要研究成果，揭示了酸性水溶液中质子传输的自由基介导新机制。赵瑞娟（电子科大2020级博士生）和张秋月（中国科大博士生）为论文共同第一作者，崔春华教授与李震宇教授为论文共同通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

　　该研究突破了传统质子传输的“结构扩散”理论，发现质子在水溶液中不仅通过经典的Grotthuss机制传输，还会通过形成水自由基阳离子(H2O⦁+)中间体，产生高活性羟基自由基(⦁OH)，提出了新的质子传输途径。团队巧妙设计18-冠醚-6稳定H2O⦁+的实验方案，结合17O和18O同位素标记技术，通过电子顺磁共振（EPR）和同位素标记高分辨质谱等先进表征技术，实现了对质子传输过程中自由基中间体的捕获和观测。结合第一性原理分子动力学模拟，揭示了电荷离域在促进自由基形成中的关键作用。

图1 酸性水溶液自由基介导质子传输

　　这一发现不仅具有重要的理论价值，更对多个应用领域产生影响。在能源领域，该机制解释了燃料电池质子交换膜在酸性条件下的氧化降解问题；在催化领域，为理解酸性电催化CO₂还原过程中铜催化剂的腐蚀现象提供了参考；在环境科学方面，揭示了大气水微滴中自由基的生成途径，特别是⦁OH自由基的生成机制。

　　团队表示：“在酸性条件下，OH⁻的含量可以忽略，因此⦁OH自由基的产生只能来自于H2O而非OH⁻离子，这有别于当前学术界采用的OH⁻→⦁OH路径。同时，该研究证实，即使在常温常压下，水溶液中也可以自发形成高活性自由基。这一发现将推动对酸/碱水溶液反应性的重新思考”。这项研究不仅拓展了人们对质子传输机制的理解，更展示了基础研究如何推动应用科学的发展。

　　该工作是在近期中性水溶液条件下发现碳酸氢盐介导质子传输（Bicarbonate-mediated proton transfer requires cations, Nature Communications, 2024, 15, 9145）工作后的又一重要发现。

　　该项工作得到了国家自然科学基金（22372027和22393913）和中国科学院战略性先导科技专项（XDB0450101）的资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1039/D5SC02206A