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论文的一起通讯作者包含闵玮教授、Head-Gordon教授以及施立雪博士（前闵玮课题组博士后，现为复旦大学生物医学研讨院研讨员），施立雪博士与Allen LaCour博士为一起榜首作者。
该研讨发现油-水介观界面处的水分子结构无序化及超强电场现象，为界面水的物理化学特性及其在化学、生物学、材料科学等多个范畴的影响供给了新的知道。
水作为自然界最重要的分子之一，其在界面环境下的行为迥异于体相水。界面水的氢键网络结构、取向及动力学性质受界面效应影响显着，因此在化学、生物学、材料科学、地质学及工程学等许多范畴具有深远影响。例如，近年来微液滴化学及触摸电催化等新式研讨范畴提醒了界面水对反响性的特殊影响。但是，长时间以来，关于水在疏水界面的氢键网络是更有序仍是更无序这一基本问题，科学界存在长时间争议，不同研讨得出了天壤之别的定论，约束了人们对界面水化学活性的了解。
阻止科学家处理这一问题的中心应战在于界面水的试验观测难度极高。界面水层厚度仅为几纳米，而体相水信号往往占有主导地位，使得传统试验手法难以精准勘探其结构。虽然振荡和频率生成光谱（VSFG）作为一种非线性光谱技能，被认为是研讨界面水的有用东西，并在曩昔三十年间大范围的使用在疏水界面研讨，但不同试验室的数据却常常彼此对立。这种不合或许源于样品制备中的不可控因素（如部分潮湿、外表活性杂质等），以及VSFG信号或许遭到界面邻近的体相水影响，导致丈量成果缺少肯定的界面特异性。
为了战胜这些试验应战，该研讨团队立异性地提出了一种全新的界面勘探办法高分辨率拉曼光谱结合多元曲线分化（Raman-MCR）技能。这一办法开始用于研讨均相小分子溶液，本研讨初次将其应用于介观标准界面的勘探。Raman-MCR经过分化拉曼光谱，提取出界面相关的信号，完成了对“溶液环境中”界面的选择性丈量。
比较传统的VSFG或VSFS技能，Raman-MCR具有十分显着优势：1. 避免了VSFG受限于平面界面的缺点，可应用于乳液系统；2. 光谱信号直接可与体相水比照，有助于准确提醒界面结构的改变；3. 削减了样品制备进程中的不可控因素，进步丈量的可靠性。
研讨发现，3250cm-1处的OH弹性振荡肩峰在油-水介观界面简直彻底消失，而这一峰一般与强氢键及有序结构相关。这一现象与小疏水溶质在水溶液中的相反趋势构成比照，标明油-水界面的水分子氢键结构更无序，且氢键强度较弱。分子动力学（MD）模仿进一步验证了这一定论，显现界面处水分子的四面体结构显着损坏。
此外，研讨还发现，约25%的界面水分子出现O-H悬挂键（dangling O-H，即自在OH弹性峰），进一步印证了界面氢键网络的紊乱特性。这一无序化结构或许对界面吸附、分子结合及界面催化反响具有极端严重影响。
更令人惊奇的是，该研讨初次定量测得了油-水界面处的电场强度高达40-90MV/cm，这一强电场远超此前的估量，并挨近某些生物酶活性位点处的静电场强度。研讨之后发现：自在OH弹性峰（~3575cm-1）产生95cm-1的红移，与平面油-水界面上的已知值（~3669cm-1）比较，显着向低能量方向偏移；试验与理论核算均标明，该红移来历于界面处的超强电场；进一步试验显现，下降油滴电位会削减红移起伏，这一成果支撑了界面电场源于油滴电荷的静电来历。
图1：纳米油滴界面水的拉曼光谱。（a）十六烷纳米油滴样品；（b）十六烷-曲拉通X100纳米油滴样品；（c）自在OH弹性峰与油滴电位联系。
这一超强电场对界面化学反响性具有严重影响。研讨标明：该电场可显着下降化学反响的自在能势垒，使反响速率在室温下进步超越3000倍；这一机制或许是水微液滴化学中反响速率提高103-106倍的重要的条件；该发现或许为触摸电催化等新式范畴供给理论基础，提醒水在界面上的非均相氧化复原进程。
此外，这一研讨或许在催化化学、绿色组成、生物化学、环境科学等范畴带来突破性开展。
未来，这一研讨方向或许持续拓宽至更多杂乱界面系统，如生物膜、纳米颗粒外表及气-液界面，推进界面科学的逐渐开展。（来历：科学网）
