VUV photochemistry and nuclear spin conversion of water and water–orthohydrogen complexes in parahydrogen crystals at 4 K

文献情報

出版日 2021-02-02
DOI 10.1039/D0CP04523C
インパクトファクター 3.676
著者

Brendan Moore, Termeh Bashiri, Hatsuki Otani, Pavle Djuricanin, Rasoul Malekfar, Amir Hossein Farahbod, Takamasa Momose


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要旨

Samples of H2O, HDO, and D2O were isolated in solid parahydrogen (pH2) matrices and irradiated by vacuum ultraviolet (VUV) radiation at 147 nm. Fourier-Transform Infrared (FTIR) spectra showed a clear depletion of D2O and an enrichment of both HDO and H2O by 147 nm irradiation. These irradiation-dependent changes are attributed to the production of OH and/or OD radicals through photodissociations of H2O, HDO, and D2O. The radicals subsequently react with the hydrogen matrix, leading to the observed enrichment of H2O. No trace of isolated OH or OD was detected in the FTIR spectra, indicating that the OH/OD radicals react with the surrounding matrix hydrogen molecules via quantum tunneling within our experimental timescale. The observed temporal changes in concentrations, especially the increase of HDO concentration during VUV irradiation, can be interpreted by a model with a rapid conversion from orthohydrogen (oH2) to pH2 in water–oH2 complexes upon VUV photodissociation, indicating either the acceleration of the nuclear spin conversion (NSC) of H2 due to the magnetic moment of the intermediate OH/OD radical, or the preferential reaction of the OH/OD radical with a nearby oH2 molecule over other pH2 molecules. We have also identified and quantified an anomalously slow NSC of H2O and D2O complexed with oH2 in solid pH2.

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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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