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您的位置:首頁>仪器仪表資訊>實驗室動態>我國科學家揭示最小水滴立體結構

我國科學家揭示最小水滴立體結構

發布時間:2020/6/17编辑:Ma Liang 人氣:1561

 
阿儀網 實驗室動態】近日,中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室研究员江凌和中科院院士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中性团簇红外光谱实验方法,揭示了有限温度条件下水分子五聚体已开始呈现体相水的结构特征,从全新的角度诠释了水的奥秘。

  “水的結構是什麽?”這是《科學》雜志在創刊125周年特刊中提出的125個最具挑戰性的科學問題之一。水分子不停地經曆振動、轉動及氫鍵斷裂和生成的過程,從而形成各種動態的網絡結構。液相水的結構是立體的,而最小的水團簇的骨架結構呈平面型。因此,研究水團簇結構的演化,特別是小的水團簇如何從平面骨架構型演化成爲立體的構型,是水結構的一個重要科學問題,對理解水的微觀結構和奇特物性至關重要。與離子團簇不同,中性水團簇難于探測,因此實現質量選擇的中性水團簇紅外光譜的研究是科研人員長期以來的夢想。

  为实现对中性水团簇的精准探测和结构解析,江凌和杨学明团队近年来在相关实验技术发展上取得突破,自主研发了基于大连极紫外自由电子激光(大连相干光源)的中性团簇红外光谱实验方法,首次实现了质量选择中性水团簇的高灵敏探测及红外光谱的研究 (The Journal of Physical Chemistry Letters, 2020, 11, 851)。这一独特的实验方法也为开展各类中性团簇红外谱学和结构的研究打开了大门。

  长期以来,科研人员认为水的最小立体结构是六个水分子的团簇。近期,江凌和杨学明团队利用中性团簇红外光谱实验装置,测定了质量选择的中性水团簇(H2O)n(n=3-6)的红外光谱,首次发现五个水分子团簇(H2O)5在3500至3600 cm-1区间出现显著的OH伸缩振动,具有三维立体水团簇结构的特征峰。清华大学李隽团队采用自编的TGMin程序结合高精度的量子化学理论方法,计算了水团簇的各种稳定结构和红外光谱,理论与实验高度吻合。研究结果表明,在有限温度条件下(H2O)5的二维和三维结构可以共存,三维立体结构的形成是引起红外光谱显著变化的根本原因。该团队提出了三中心二电子氢键模型,精准分析了水团簇网络结构的形成机制。该工作揭示了由五个水分子组成的水团簇已经开始呈现水的立体结构和光谱特征,突破了长期以来对最小水滴是六个水分子团簇的传统认知,为揭开水的微观结构演化的奥秘提供了新思路。

微信號:ayiwangapp17

(来源: 中国科学院科技产业网 )

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