De la surface fouettée par le vent de l'océan ouvert, à des milliards de minuscules gouttes d'eau dans les nuages, l'interface air-eau - la peau de l'eau - est le siège de processus naturels cruciaux, y compris les échanges océan-atmosphère et l'acidification des nuages. L'interface air-eau a même été postulée comme le berceau de la vie. Cependant, des facteurs tels que sa taille subnanométrique et sa nature dynamique, rendre l'investigation de l'interfacial wanter une tâche ardue.

Dans les années récentes, les chercheurs ont étudié l'interface air-eau à l'aide d'électrosprays d'eau :de fines pulvérisations produites en appliquant plus de 5000 V à des solutions d'eau traversant un capillaire métallique. Traditionnellement, les électrosprays ont été utilisés pour étudier les ions en phase gazeuse. À l'aide d'électrosprays, les chercheurs ont suggéré que la surface de l'eau légèrement acide se comporte comme un superacide hautement réactif. Mais le débat reste de savoir si l'interface air-eau à pH doux peut vraiment se comporter comme un superacide.

Maintenant, Les chercheurs de KAUST dirigés par Himanshu Mishra ont utilisé des techniques complémentaires pour démêler les effets purement interfaciaux des effets spécifiques à l'électrospray.

Les chercheurs ont étudié la réactivité de l'isoprène, une molécule volatile libérée par les plantes soumises à un stress thermique, à l'interface eau. « Nous avons comparé deux scénarios :des électrosprays d'eau interagissant avec de l'isoprène gazeux et des mélanges d'eau et d'isoprène vigoureusement agités dans des flacons fermés, " explique Adair Gallo Jr., un doctorat étudiant dans l'équipe de Mishra et auteur principal de l'étude.

L'équipe a recherché la formation de courtes chaînes d'isoprène appelées oligomères. « Curieusement, oligomères d'isoprène formés spontanément dans les électrosprays, dans des conditions acides et basiques, et même en l'absence d'eau, " dit Gallo. Aucun produit d'oligomérisation n'a été détecté lorsque l'eau acidifiée a été vigoureusement agitée avec de l'isoprène pendant des heures. Mais lorsque la même phase organique a été électrosprayée, oligomères formés. Les résultats établissent sans équivoque que l'oligomérisation a eu lieu exclusivement dans des électrosprays.

Simulations informatiques réalisées par Adriano Sanchez, un chercheur postdoctoral dans l'équipe de Mishra, a donné des informations à l'échelle moléculaire sur les résultats. "Nous avons constaté que la formation d'oligomères n'était possible que sur des amas en phase gazeuse ne comprenant pas plus de trois molécules d'eau et un excès de proton, " dit Sanchez.

Collectivement, les résultats de l'équipe ont démontré que les électropulvérisations présentent des voies en phase gazeuse hautement énergétiques pour les réactions chimiques qui sont impossibles aux interfaces air-eau naturelles. "Les électrosprays doivent donc être complétés par des techniques spécifiques à la surface et des simulations informatiques pour éviter des conclusions erronées lors de l'étude des processus interfaciaux, " dit Mishra. " Je pense à ce problème depuis plus de six ans, et maintenant, merci à mon équipe, nous avons réussi à démêler les effets purement interfaciaux des artefacts », explique Mishra. Cette contribution figurera sur la couverture du journal Sciences chimiques .