水微滴中丙酮酸自发两电子还原的竞争途径

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Competing pathways of spontaneous two-electron reduction of pyruvic acid in water microdroplets

实验发现水微滴中溶解的丙酮酸可通过两种途径被水合电子还原为乳酸：直接结合后质子转移或先形成氢负离子再快速还原，反应效率受竞争性氢气生成影响，非闭壳层水合电子可能促进副反应。

　　

最近的一项实验表明，只需向水微滴中喷洒含有溶解丙酮酸的微滴，无需添加其他催化剂，就能迅速将丙酮酸还原为乳酸。尽管之前已经研究过一些在水微滴中的一电子还原反应，但这种自发两电子还原过程背后的机制仍然不明确。在这项研究中，我们采用了从头算（ab initio）分子动力学（AIMD）模拟来探索可能的反应路径。我们发现，丙酮酸可以直接与水微滴中的水合介电子相互作用，但需要一个额外的缓慢的分子内质子转移过程才能完成整个还原反应。另一种方法是，介电子可以先与一个质子结合，形成H^?后，丙酮酸的还原可以快速完成。丙酮酸的还原效率还取决于与副反应（如氢气生成）的竞争。如果水合介电子处于非对称构型而非闭合壳层构型，还可能生成氢自由基并从水微滴中逸出。这些结果加深了我们对微滴化学中多电子还原过程的理解。