大连化物所揭开水的微观结构演化奥秘

源自：经济日报

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原文标题：大连化物所揭开水的微观结构演化奥秘

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上传时间: 2020-7-12 08:54

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水是地表最多的分子。长期以来，“水的结构是什么？”是最具挑战性的科学问题之一。（资料图片）
　　“水的结构是什么？”这是国际顶级科学期刊《科学》在创刊125周年特刊中提出的125个最具挑战性的科学问题之一。自然界的水，不是以单一水分子（H2O）形式存在的，而是由若干水分子通过氢键作用聚合在一起，形成水分子簇，俗称“水团簇”。水分子通过自身不停振动和转动，以及内部氢键断裂与生成过程，促使水团簇形成各种动态的网络结构：少量水分子组成的水团簇呈现平面型，当水分子达到一定数量之后，水团簇就会呈现立体结构──这也被称作水滴。
　　最小的水滴有多大？长期以来，科学家们认为最小的水滴是由6个水分子组成的水团簇──然而近日，中国科学院大连化学物理研究所江凌研究员与杨学明院士团队，以及清华大学李隽教授研究团队在由5个水分子组成的水团簇中，发现了三维立体结构的存在，证明最小水滴是由5个水分子组成的水团簇。
　　“我们利用大连相干光源，揭示了有限温度条件下水分子5聚体已开始呈现体相水的结构特征，从全新角度诠释了水的奥秘。”江凌说。
　　他们利用自主研制的红外光谱实验装置，首次发现5个水分子团簇（H2O）5，具有三维立体水团簇结构的特征；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。他们还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。
　　该实验揭示了由5个水分子组成的水团簇已开始呈现水的立体结构与光谱特征，突破了人们长期以来对最小水滴是6个水分子团簇的传统认知，为揭开水的微观结构演化奥秘提供了新思路。