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2日，記者從中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，清華大學(xué)蔣玲研究員、楊學(xué)明院士和李軍教授合作，發(fā)現(xiàn)了幾種新的最小冰塊結(jié)構(gòu)，這是由8個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇，采用自行研制的基于大連相干光源的中性團(tuán)簇紅外光譜實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理提供了新的思路。這項(xiàng)研究結(jié)果最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

冰在我們的生活中無(wú)處不在。然而，由于冰晶化過(guò)程的快速性和難控制性，準(zhǔn)確分析微冰的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理仍然是一個(gè)巨大的科學(xué)問(wèn)題。了解冰的微觀結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理對(duì)于研究水分子是如何逐步成長(zhǎng)為水團(tuán)簇、液態(tài)水和冰的具有重要意義。

蔣玲和楊學(xué)明團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，中性水分子八聚體（H2O）8的紅外光譜顯示出冰的光譜特征。此外，清華大學(xué)李軍課題組利用清華大學(xué)編制的tgmin程序和高精度量子化學(xué)理論計(jì)算了水分子八聚體的各種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和紅外光譜。理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，表明這些最小冰塊是由8個(gè)水分子組成的水團(tuán)簇。

結(jié)果表明，水八聚體中存在五種穩(wěn)定的立方結(jié)構(gòu)，其中三種是首次觀察到的。這些立方結(jié)構(gòu)中的水分子以三種配位的方式與立方體的上角相連。這些特殊結(jié)構(gòu)之所以具有良好的穩(wěn)定性，是因?yàn)榇嬖诖罅康碾x域三中心雙電子氫鍵。更有趣的是，在冰的表面有三個(gè)相互協(xié)調(diào)的水團(tuán)。

本研究揭示了最小冰塊的幾種新結(jié)構(gòu)，為揭示冰的微觀結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，特別是“速凍”提供了新的思路。這對(duì)大氣科學(xué)和水科學(xué)的研究具有重要的科學(xué)意義。