長期以來，人們認為最小的水滴是由6個水分子組成的水團簇。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)明院士團隊，以及清華大學(xué)李雋教授研究團隊的最新成果突破了這個認知，證明最小的水滴由5個水分子組成的水團簇構(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，俗稱水團簇。該團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，由5個水分子組成的水團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個水分子團簇組成的傳統(tǒng)認知。
研究中，江凌和楊學(xué)明團隊利用自主研制的基于大連相干光源中性團簇紅外光譜實驗裝置，首次發(fā)現(xiàn)5個水分子團簇(H2O)5在3500—3600cm-1區(qū)間出現(xiàn)顯著的OH伸縮振動，具有三維立體水團簇結(jié)構(gòu)的特征峰。李雋團隊采用自編的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，精準分析出水團簇網(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。
