來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》
發(fā)布時(shí)間：2020-06-17
大連相干光源發(fā)現(xiàn)最小水滴立體結(jié)構(gòu)。 大連相干光源供圖
本報(bào)訊（記者劉萬(wàn)生）近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員江凌和院士楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)，以及清華大學(xué)教授李雋研究團(tuán)隊(duì)在由五個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇中發(fā)現(xiàn)了三維立體結(jié)構(gòu)的存在，證明最小的水滴是由五個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇。相關(guān)成果發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。
“水的結(jié)構(gòu)是什么？”這是《科學(xué)》雜志在創(chuàng)刊125周年特刊中提出的125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題之一。
水不是以單一水分子（H2O）的形式存在的，而是由若干水分子通過(guò)氫鍵作用聚合在一起，形成水分子簇，俗稱(chēng)水團(tuán)簇。水分子通過(guò)自身不停地振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以及其內(nèi)部氫鍵斷裂和生成的過(guò)程，促使水團(tuán)簇形成各種動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：少量水分子組成的水團(tuán)簇呈現(xiàn)平面型，當(dāng)水分子達(dá)到一定數(shù)量后水團(tuán)簇就會(huì)呈現(xiàn)立體結(jié)構(gòu)，這些立體的水團(tuán)簇也被稱(chēng)作水滴。
江凌說(shuō)：“我們利用大連相干光源，發(fā)現(xiàn)有限溫度條件下水分子五聚體已開(kāi)始呈現(xiàn)體相水的結(jié)構(gòu)特征，從全新角度詮釋了水的奧秘。”
其研究結(jié)果表明，在有限溫度條件下，五個(gè)水分子團(tuán)簇（H2O）5的二維和三維結(jié)構(gòu)可以共存。三維立體結(jié)構(gòu)的形成是引起紅外光譜顯著變化的根本原因。他們提出了“三中心二電子”氫鍵模型，精準(zhǔn)分析了水團(tuán)簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。
該研究揭示了由五個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇已經(jīng)開(kāi)始呈現(xiàn)水的立體結(jié)構(gòu)和光譜特征，突破了人們長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)最小水滴是六個(gè)水分子團(tuán)簇的傳統(tǒng)認(rèn)知，為揭開(kāi)水的微觀(guān)結(jié)構(gòu)演化提供了新思路。
“大連光源”是我國(guó)第一臺(tái)大型自由電子激光科學(xué)研究用戶(hù)裝置，是當(dāng)今世界上唯一運(yùn)行在極紫外波段的自由電子激光裝置，也是世界上最亮的極紫外光源。
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