我科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新型氫水化合物
科技日報合肥12月29日電 (記者吳長鋒)記者29日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理所計算物理與量子材料研究部極端環(huán)境量子物質(zhì)中心團隊利用金剛石對頂砧高壓實驗技術(shù)，結(jié)合原位拉曼光譜實驗技術(shù)、原位X射線衍射實驗技術(shù)以及第一性原理，計算研究了一種新型氫水合物的形成過程以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)。研究成果發(fā)表在國際著名期刊《物理學(xué)評論快報》上。
固態(tài)水分子由于氫鍵的存在傾向于形成三維框架結(jié)構(gòu)。在自然或人造的極端條件下，水分子很可能與其他氣體小分子發(fā)生締合，從而產(chǎn)生各種各樣的構(gòu)型和結(jié)構(gòu)。純水在低于400萬大氣壓以及77K—300K的溫度壓力區(qū)間，以存在至少3種非晶相及16種晶相而聞名，具有非常復(fù)雜的相圖。這種結(jié)構(gòu)的多樣性也適用于不同的水合物。氣體分子可以通過范德華力與水的籠型結(jié)構(gòu)的相互作用，形成穩(wěn)定的氣體水合物，使得水本身也成為一種具有潛力的儲氣/氣體分離的材料，例如在深海沉積物等中存在大量的天然氣水合物。而氫水合物在行星的形成和演化中則起著至關(guān)重要的作用。
研究表明，在120萬大氣壓和298K溫度下，純氫與純水形成一種新型水合物，水合物中氧原子亞晶格的排布與純水的固體相中氧原子相同，而水合物中氫分子位于氧原子構(gòu)成的六環(huán)形空腔中，整個水合物的空間對稱性滿足三角R3c或R-3c空間群(質(zhì)子有序或無序)，其分子式組成為(H2O)·6H2。
拉曼光譜和理論計算揭示了本研究揭示的新相C1'中的氫無序性質(zhì)，其不同于眾所周知的有序相C1，這種新結(jié)構(gòu)在壓力升高或溫度降低后會轉(zhuǎn)變?yōu)镃1相。它也可以被看作是有序冰的無序結(jié)構(gòu)，與其他所有已發(fā)現(xiàn)的有序冰結(jié)構(gòu)均不同，是一種新型無序冰結(jié)構(gòu)。