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最小的水滴由5个水分子组成的水团簇构成

时间:2020-06-17 11:58:50       来源:科技日报

长期以来,人们认为最小的水滴是由6个水分子组成的水团簇。但中国科学院大连化学物理研究所江凌研究员和杨学明院士团队,以及清华大学李隽教授研究团队的最新成果突破了这个认知,证明最小的水滴由5个水分子组成的水团簇构成。相关成果日前发表于美国《国家科学院院刊》。

自然界的水不是以单一水分子(H2O)的形式存在的,而是由若干水分子通过氢键作用而聚合在一起形成水分子簇,俗称水团簇。该团队在研究中发现,由5个水分子组成的水团簇中存在着三维立体结构,这证明了最小的水滴是由5个水分子组成的水团簇构成。

江凌介绍,他们利用大连相干光源,揭示出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和光谱特征,从而为揭开水的微观结构演化提供了新的思路,从全新角度诠释了水的奥秘,突破了长期以来人们对最小水滴是6个水分子团簇组成的传统认知。

研究中,江凌和杨学明团队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装置,首次发现5个水分子团簇(H2O)5在3500—3600cm-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。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,从而提出了“三中心二电子氢键”模型,精准分析出水团簇网络结构的形成机制。

据介绍,该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导专项﹑中国科学院国际大科学计划培育专项等专项基金的资助。(记者郝晓明)