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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，氫鍵會在高壓作用下變得對稱，讓人無法區(qū)分出單個水分子；而低壓條件則會引起質(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。
常見的冰是質(zhì)子無序的，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間12月22日報道，來自美國、中國和俄羅斯的科學(xué)家們在《物理評論快報》雜志中發(fā)文，對一種在室溫和相對低壓條件下形成的籠狀氫水合物進行了描述。研究人員表示，這種新型氫水合物或許是解決氫燃料儲存、運輸問題的潛在方案——自然狀態(tài)下儲存，氫氣有爆炸危險；即便以壓縮方式存儲，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：“這不是人類首次關(guān)注氫水合物。此前，我們曾預(yù)測了一種氫水合物，每個水分子中含有兩個氫分子。然而，這種特殊水合物只能在至少38萬大氣壓下才能存在。這在實驗室中不難實現(xiàn)，但卻缺乏實際應(yīng)用價值。我們最新報道的這種氫水合物，雖然氫含量相對較低，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。
美國華盛頓卡內(nèi)基研究所和中國合肥固體物理研究所的科學(xué)家在研究不同種類的氫水合物性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)了這種異乎尋常的新水合物。
Oganov教授團隊用自行開發(fā)的USPEX進化算法破解了水合物的結(jié)構(gòu)。通過模擬實驗，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)子無序應(yīng)該是在室溫條件下發(fā)生的，這也解釋了實驗中獲得的X射線衍射和拉曼光譜數(shù)據(jù)。
原創(chuàng)編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責(zé)編：陳之涵
期刊來源：《物理評論快報》
