최근의 연구 결과에 따르면, 염수 표면의 물 분자는 기존에 이론화된 것과는 다른 방식으로 조직되어 있습니다. 이는 기후 및 환경과 관련된 많은 중요한 반응들이 물 분자가 공기와 상호 작용하는 곳에서 발생한다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 해양의 수증기화는 대기화학 및 기후 과학에 중요한 역할을 합니다. 이러한 반응을 이해하는 것은 지구 환경에 인간의 영향을 완화시키기 위한 노력에 매우 중요합니다.
이와 관련하여 공기와 물의 경계면에서 이온의 분포는 대기 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 이러한 중요한 경계면에서의 미시적인 반응의 정확한 이해에 대해서는 현재까지 강력한 논쟁이 있었습니다.
최근 Nature Chemistry에 발표된 논문에 따르면, 영국 캠브리지 대학과 독일 막스 플랑크 고분자 연구소의 연구팀은 다수의 염동액 솔루션에서 이온과 물 분자가 전통적으로 이해되던 방식과 완전히 다른 방식으로 조직되어 있음을 밝혀냈습니다. 이는 대기화학 및 기타 응용 분야에서 더 나은 모델을 개발할 수 있는 가능성을 제시할 수 있습니다.
연구자들은 공기와 물이 정확히 만나는 부분에서 물 분자가 이온의 분포에 어떻게 영향을 받는지 연구하고자 하였습니다. 기존에는 진동발생 합동 생성 기법(VSFG)이라는 기술을 사용하여 조사해왔습니다. 그러나 이전에는 결과의 해석이 어려웠으며, 모호한 결과를 낼 수 있는 한계가 있었습니다.
연구팀은 이러한 도전을 극복하기 위해 VSFG의 보다 정교한 형태인 복합 감지 (HD) 방법을 사용하여 다양한 염동액 솔루션을 연구하였습니다. 또한 다양한 시나리오에서 경계면을 시뮬레이션하기 위해 고급 컴퓨터 모델을 개발하였습니다.
결과적으로 연구팀은 양이온과 음이온 모두 물/공기 경계면에서 고갈되며, 단순한 염동액의 같은 방향으로 정렬되지 않고 두중 전하 층을 형성한다는 것을 밝혀냈습니다. 이는 기존의 모델과 상반된 결과로써, 이온들이 물 분자를 하나의 방향으로 정렬하는 것이 아니라는 것을 의미합니다.
공동 저자인 Yusuf Hamied화학 부서의 Dr. Yair Litman은 “우리의 연구는 단순한 염동액 솔루션의 표면이 기존에 생각되던 것과는 다른 이온 분포를 가지고 있음을 보여주었으며, 이온에 풍부한 하부층이 경계면의 배열에 영향을 주는 것을 확인했습니다. 상단에는 몇 층의 순수한 물, 이온이 풍부한 층, 그리고 대량의 염동액이 있는 것입니다”라고 말했습니다.
