前沿透视:Nature Communications - 迄今最小冰立方新结构

科技工作者之家 2020-11-05

来源:今日新材料

冰在生活中普遍存在,然而,由于冰的结晶过程迅速且难以控制,精确解析微冰结构和形成机制仍是难题。研究水分子成长为水分子团簇、液态水和冰的过程,有利于理解冰的微观结构和形成机制。

近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员江凌与中科院院士、大连化物所研究员杨学明团队,与清华大学教授李隽团队合作,利用自主研制的基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法,发现多个最小冰立方的新结构,这些最小冰立方是由八个水分子组成的水团簇,该研究为揭开冰的微观结构和形成机制提供新思路。

江凌和杨学明团队利用自主研制的中性团簇红外光谱实验装置,测定质量选择中性水分子八聚体(H2O)8的红外光谱,呈现冰的光谱特征;李隽团队采用自编的TGMin程序,结合量子化学理论方法,计算水分子八聚体的各种稳定结构和红外光谱,理论与实验吻合。研究表明,水分子八聚体存在5个稳定的立方体结构,其中3个水立方体结构首次被实验观测到。这些立方体结构中的水分子均以三配位的方式结合在立方体的顶角,这些特殊结构的优异稳定性源于大量的离域三中心二电子(3 center-2 electron)氢键作用。此外,冰表面存在这种三配位的水分子团簇。该研究揭示了最小冰立方的多个新结构,为揭开冰的微观结构和形成机制(尤其是速冻)提供新思路,对大气科学和水科学等的研究具有意义。


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来源:gh_d06fa4463e84 今日新材料

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