Fission of charged nano-hydrated ammonia clusters – microscopic insights into the nucleation processes

文献情報

出版日 2019-10-22
DOI 10.1039/C9CP04221K
インパクトファクター 3.676
著者

Bart Oostenrijk, Darío Barreiro, Noelle Walsh, Anna Sankari, Erik P. Månsson, Stacey L. Sorensen, Mathieu Gisselbrecht


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要旨

While largely studied on the macroscopic scale, the dynamics leading to nucleation and fission processes in atmospheric aerosols are still poorly understood at the molecular level. Here, we present a joint experimental–theoretical study of a model system consisting of hydrogen-bonded ammonia and water molecules. Experimentally, the clusters were produced via adiabatic co-expansion. Double ionization ionic products were prepared using synchrotron radiation and analyzed with coincidence mass- and 3D momentum spectroscopy. Calculations were carried out using ab initio molecular dynamics to understand the fragmentation within the first ∼500 fs. Further exploration of the potential energy surfaces was performed at a DFT level of theory to gain information on the energetics of the processes. Water was identified as an efficient nano-droplet stabilizer, and is found to have a significant effect even at low water content. On the molecular level, the stabilizing role of water can be related to an increase in the dissociation energy between ammonia molecules and the water enriched environment at the cluster surface. Furthermore, our results support the role of ammonium as a charge carrier in the solution, preferentially bound to surrounding ammonia molecules, which can influence the atmospheric nucleation process.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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