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新型籠狀氫水合物的分子結(jié)構(gòu)。
冰是一種高度復(fù)雜的物質(zhì)。隨著研究的深入，科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種狀態(tài)的冰。冰的物理性質(zhì)在不同條件下也有顯著區(qū)別，例如，氫鍵會(huì)在高壓作用下變得對(duì)稱(chēng)，讓人無(wú)法區(qū)分出單個(gè)水分子；而低壓條件則會(huì)引起質(zhì)子紊亂，使晶體結(jié)構(gòu)中的水分子表現(xiàn)出多種空間取向。
常見(jiàn)的冰是質(zhì)子無(wú)序的，它可能吸收氙、氯、二氧化碳或甲烷分子，形成天然氣水合物。通常情況下，這種水合物的結(jié)構(gòu)與純冰有別。
eurekalert.org網(wǎng)站當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月22日?qǐng)?bào)道，來(lái)自美國(guó)、中國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家們?cè)凇段锢碓u(píng)論快報(bào)》雜志中發(fā)文，對(duì)一種在室溫和相對(duì)低壓條件下形成的籠狀氫水合物進(jìn)行了描述。研究人員表示，這種新型氫水合物或許是解決氫燃料儲(chǔ)存、運(yùn)輸問(wèn)題的潛在方案——自然狀態(tài)下儲(chǔ)存，氫氣有爆炸危險(xiǎn)；即便以壓縮方式存儲(chǔ)，氫氣密度也偏低。
俄羅斯斯科爾科沃理工學(xué)院教授Artem R. Oganov說(shuō)：“這不是人類(lèi)首次關(guān)注氫水合物。此前，我們?cè)A(yù)測(cè)了一種氫水合物，每個(gè)水分子中含有兩個(gè)氫分子。然而，這種特殊水合物只能在至少38萬(wàn)大氣壓下才能存在。這在實(shí)驗(yàn)室中不難實(shí)現(xiàn)，但卻缺乏實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。我們最新報(bào)道的這種氫水合物，雖然氫含量相對(duì)較低，但能夠在更低壓力下穩(wěn)定存在?！?/p>
氫水合物的晶體結(jié)構(gòu)與壓力密切相關(guān)。Oganov教授表示，在低壓條件下，氫水合物有非常龐大的籠狀結(jié)構(gòu)，可以容納氫分子。隨著壓力的增加，晶體結(jié)構(gòu)變得更加致密，盡管自由度顯著降低了，但更多的氫分子可以被“塞入”晶體結(jié)構(gòu)中。
美國(guó)華盛頓卡內(nèi)基研究所和中國(guó)合肥固體物理研究所的科學(xué)家在研究不同種類(lèi)的氫水合物性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這種異乎尋常的新水合物。
Oganov教授團(tuán)隊(duì)用自行開(kāi)發(fā)的USPEX進(jìn)化算法破解了水合物的結(jié)構(gòu)。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種與已知的質(zhì)子有序C1水合物非常相似，但水分子取向不同的新結(jié)構(gòu)。他們指出，質(zhì)子無(wú)序應(yīng)該是在室溫條件下發(fā)生的，這也解釋了實(shí)驗(yàn)中獲得的X射線(xiàn)衍射和拉曼光譜數(shù)據(jù)。
原創(chuàng)編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責(zé)編：陳之涵
期刊來(lái)源：《物理評(píng)論快報(bào)》
