長期以來，人們認(rèn)為最小的水滴是由6個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇。但中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所江凌研究員和楊學(xué)明院士團(tuán)隊(duì)，以及清華大學(xué)李雋教授研究團(tuán)隊(duì)的最新成果突破了這個(gè)認(rèn)知，證明最小的水滴由5個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇構(gòu)成。相關(guān)成果日前發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

自然界的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氫鍵作用而聚合在一起形成水分子簇，俗稱水團(tuán)簇。該團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，由5個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇中存在著三維立體結(jié)構(gòu)，這證明了最小的水滴是由5個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇構(gòu)成。

江凌介紹，他們利用大連相干光源，揭示出有限溫度條件下水分子五聚體已開始呈現(xiàn)體相水的結(jié)構(gòu)特征和光譜特征，從而為揭開水的微觀結(jié)構(gòu)演化提供了新的思路，從全新角度詮釋了水的奧秘，突破了長期以來人們對最小水滴是6個(gè)水分子團(tuán)簇組成的傳統(tǒng)認(rèn)知。

研究中，江凌和楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)利用自主研制的基于大連相干光源中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)裝置，首次發(fā)現(xiàn)5個(gè)水分子團(tuán)簇(H2O)5在3500—3600cm-1區(qū)間出現(xiàn)顯著的OH伸縮振動(dòng)，具有三維立體水團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的特征峰。李雋團(tuán)隊(duì)采用自編的TGMin程序結(jié)合高精度的量子化學(xué)理論方法，計(jì)算了水團(tuán)簇的各種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和紅外光譜，理論與實(shí)驗(yàn)高度吻合。研究表明，在有限溫度條件下，(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，從而提出了“三中心二電子氫鍵”模型，精準(zhǔn)分析出水團(tuán)簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。

據(jù)介紹，該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)﹑中國科學(xué)院國際大科學(xué)計(jì)劃培育專項(xiàng)等專項(xiàng)基金的資助。(記者 郝曉明)

關(guān)鍵詞： 水分子