[科普中国]-溶剂化电子

溶剂化电子也称溶剂合电子。类似于水合离子，水合分子；也称为溶剂合离子或溶剂合分子。它是溶剂分子在质点周围定向排列而产生的微粒，若这个质点是电子，周围为溶剂包围，即溶剂合电子。

简介溶剂化电子具有很高的扩散系数和迁移率，是一个很强的还原剂。

在有机化学中，溶剂化电子的反应是研究有机氧化还原反应最重要的手段，作为一个最简单的亲核试剂广泛地用在合成制备上，以实现某些难以进行的反应。

溶剂化电子即与周围溶剂分子之间达到平衡态构型的定域化（陷落）电子。溶剂化电子在光谱可见区有吸收，例如在-121℃脉冲（5nm）辐照正丙醇，在550nm波长处形成最大吸收峰，溶剂化电子是还原性粒种。

溶剂化电子的产生方法（1）碱金属与溶剂作用

（2）纯水的辐射分解

（3）光化学反应

（4）电解方法

溶剂化电子的理论模型为了解释溶剂化电子的结构，国外不少科学工作者作了大量的理论研究，提出了各种模型：有电子与介质溶剂分子近程相互作用的分子轨道模型（molecular orbital model）、远程相互作用的连续体模型（continuum model）、以及包括近程和远程相互作用的半连续体模型（semicontinuummodel）。它们都与实验数值有较好的一致性，特别是半连续体模型1。

相关应用溶剂化电子是19世纪早期人们发现的电子的一种可能的存在方式。但直到20世纪60年代，人们实验观察到了水合电子后，才真正证实了它的存在。此后人们又相继发现了一些其他过程或物态中也存在着诸多电子溶剂化现象，从而在实验上及理论上均引起了人们的广泛关注。此类溶剂化的电子属于弱束缚电子，主要包括“次生电子”、“游离电子”等，它完全不同于通常意义上束缚态电子（如： “核 实电子”、“价态电子”、“低激发态电子”等）。它相对较为稳定的、饱和的分子实和溶剂环境来讲似乎又是“多余的”，故又称“多余、过剩电子（excess or extra electron） ”，通常代表一类加入到某个“特定环境”的外来电子。其主要特点是它们一般远离核实或分子骨架，具有较为弥散的分布。因此，受核实或分子骨架的吸引作用较弱，易于电离或失去，具有较大的流动性、灵活的离域性及超快的区域迁移动力学。且其微观Hamiltonian算符不再或不严格遵守厄米属性。

已经证明，电子溶剂化现象广泛存在于众多领域的诸多过程或物态。此类溶剂化的电子一般来源于电极过程放电、光激电离辐射、核辐射、授受体热动力学驱动授体释放转移、微环境诱导的电荷分离、生物体内正常生理或损伤破坏过程等。不同于光热场驱动的分子内/分子间短程电子转移，这类释放游离的电子即可通过“中继站”或介导介质进行跳跃或扩散长程迁移，也可能被某特殊微环境永久俘获（囚禁），以稳定态（如：无机固体电子化物，electride）、较长寿命的亚稳态、暂态存在或湮灭（转化为价电子），形成了电荷长程转移过程中各种各样具有不同寿命的溶剂化的结构。可见，这类溶剂化“电子”的存在、演化或转移必然依托于一定的微环境介质。因此，固相缺陷及表面、均质异质溶液的体相及界面、蛋白质、DNA各类微环境结构单元、气相分子簇等构成了各种各样的过剩电子的载体。当过剩电子结合于此类电子载体就可生成电子结合物或“溶剂”结合的电子（“溶剂”化的电子）。类似于传统的物种“溶剂化”概念，溶剂化电子可理解为：加入的电子被溶剂分子所包围，形成一笼状结构，电子云分布于笼的内部作为溶剂化的“底物”。目前，这类被“溶剂”结合的电子均已广义地被接纳称为“溶剂化电子”。根据它们与介质微环境结合的不同结构特征，此“溶剂化电子”的状态一般又可粗略地分为笼状溶剂化态、表面结合态、偶极束缚态等。在体相介质中，由于微环境介质的流变性，此 类“溶剂化电子”又可表现为离域态、定域态及具有不同离域度的中间态，有的甚至具有类s /p-原子轨道特征等。

通常这类能“溶剂化”电子的结构单元或介导介质与电子授受中心并不具有有效的轨道耦合。因此，电子转移的隧道机理不再适用，电子的直接跳跃或电子“扩散”传播机理也许成为值得探索的有效途径。毫无疑问，此类用于“溶剂化”电子的各种局域结构扮演着电子长程迁移“中继站”的作用。它不仅展现了许多不同于常态“价态电子”的非常独特的性质及其迁移动力学，而且也展现了截然不同于通常化学意义上的已经比较成熟的电荷转移理论的诸多新的方面，并且在均相/异相过程、生命过程、大气环境机制、核废料加工处理等一些与电荷转移密切相关的过程中扮演着非常重要的角色。同时在材料学或分子电子学领域，此类“过剩电子”对分子、分子簇、聚集体乃至材料的性质能产生较大影响，甚至能使它们表现 出很多独特的可调的性质（如：独特的非线性光学性质、超导性、探针性质、“量子点”效应等 ），展现出了潜在的应用前景2。

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学