The molecular structure of the surface of water–ethanol mixtures

文献情報

出版日 2021-05-11
DOI 10.1039/D0CP06387H
インパクトファクター 3.676
著者

Johannes Kirschner, Anderson H. A. Gomes, Olle Björneholm, Vincenzo Carravetta, Niklas Ottosson, Arnaldo Naves de Brito, Huib J. Bakker


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要旨

Mixtures of water and alcohol exhibit an excess surface concentration of alcohol as a result of the amphiphilic nature of the alcohol molecule, which has important consequences for the physico-chemical properties of water–alcohol mixtures. Here we use a combination of intensity vibrational sum-frequency generation (VSFG) spectroscopy, heterodyne-detected VSFG (HD-VSFG), and core-level photoelectron spectroscopy (PES) to investigate the molecular properties of water–ethanol mixtures at the air–liquid interface. We find that increasing the ethanol concentration up to a molar fraction (MF) of 0.1 leads to a steep increase of the surface density of the ethanol molecules, and an increased ordering of the ethanol molecules at the surface. When the ethanol concentration is further increased, the surface density of ethanol remains more or less constant, while the orientation of the ethanol molecules becomes increasingly disordered. The used techniques of PES and VSFG provide complementary information on the density and orientation of ethanol molecules at the surface of water, thus providing new information on the molecular-scale properties of the surface of water–alcohol mixtures over a wide range of compositions. This information is invaluable in understanding the chemical and physical properties of water–alcohol mixtures.

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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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