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我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新型氫水化合物

發(fā)布時(shí)間:2020年12月30日10:50 來源: 科技日?qǐng)?bào)

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(jì)算物理與量子材料研究部極端環(huán)境量子物質(zhì)中心團(tuán)隊(duì)利用金剛石對(duì)頂砧高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù),結(jié)合原位拉曼光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)、原位X射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及第一性原理,計(jì)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(píng)論快報(bào)》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(chǔ)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(gè)水合物的空間對(duì)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(jì)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(huì)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)。

【責(zé)任編輯:袁君子】

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