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)隊在研究中發(fā)現(xiàn),由5個水分子組成的水團(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)簇紅外光譜實驗裝置,首次發(fā)現(xiàn)5個水分子團(tuán)簇(H2O)5在3500—3600cm-1區(qū)間出現(xiàn)顯著的OH伸縮振動,具有三維立體水團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的特征峰。李雋團(tuán)隊采用自編的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,理論與實驗高度吻合。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﹑中國科學(xué)院國際大科學(xué)計劃培育專項等專項基金的資助。