【科技日報】我科學家發現新型氫水化合物

發表時間: 2021-01-14 作者:科技日報記者吳長鋒

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科學研究院獲悉,該院固體物理所計算物理與量子材料研究部極端環境量子物質中心團隊利用金剛石對頂砧高壓實驗技術,結合原位拉曼光譜實驗技術、原位X射線衍射實驗技術以及第一性原理,計算研究了一種新型氫水合物的形成過程以及結構性質。研究成果發表在國際著名期刊《物理學評論快報》上。

  固態水分子由于氫鍵的存在傾向于形成三維框架結構。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生締合,從而產生各種各樣的構型和結構。純水在低于400萬大氣壓以及77K—300K的溫度壓力區間,以存在至少3種非晶相及16種晶相而聞名,具有非常復雜的相圖。這種結構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構的相互作用,形成穩定的氣體水合物,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成的六環形空腔中,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,其不同于眾所周知的有序相C1,這種新結構在壓力升高或溫度降低后會轉變為C1相。它也可以被看作是有序冰的無序結構,與其他所有已發現的有序冰結構均不同,是一種新型無序冰結構。

 

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