大连化物所水溶液中离子团簇化合作研究取得重要成果

2011-4-01 09:33 来源: 中国科学院
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  近日,中科院大连化学物理研究所庄巍研究组与美国莱斯大学郑俊荣教授(大连化物所高级伙伴研究员)合作,在水溶液中离子团簇化研究中取得新进展。

  尽管科学界为解开水中的离子水合作用结构做出了长期的努力,但是许多未知问题依然存在,特别是在1:1强电解质水溶液的离子团簇的存在和结构。过渡金属盐类溶解于水,通常认为会有一定数量的抗衡离子以保持协调。相比较而言,碱金属离子并不遵循这一路径,传统上认为这类盐溶解时大量的水分子使阴、阳离子完全分离。然而,郑俊荣与庄巍的此项精确二维光谱研究揭开了简单盐更为复杂的溶解场景,阴、阳离子在溶液中依然彼此相互影响。研究表明氰酸碱盐浓溶液展现出阴离子团簇化。

  郑俊荣、庄巍等人运用二维红外光谱学结合泵浦/探针,以各向异性轻、重氰酸碱盐作为探针探测周围的能量转移,通过与运动学方程的拟合,揭示了水溶液中LiSCN、NaSCN、KSCN和CsSCN的离子团簇化现象。研究结果表明,在近饱和的KSCN水溶液(water/KSCN摩尔比率=2.4/1),95%阴离子形成离子团簇。旋转各向异性测量结果表明,离子簇的尺度接近于18个阴离子,实验结果与分子动力学理论模拟结果很好的吻合。当稀释溶液或者转换成更小的碱金属离子时(钠或锂)时,在离子团簇中探测到的阴离子比例降低;铯作为最大的稳定碱金属,相应的获得最高的团簇比例。该振动能量转移方法使研究种类繁多的其他快短程分子相互作用成为可能。

  相关研究成果已发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。本文由郑俊荣担任通讯作者,美方承担全部实验工作,大连化物所承担全部理论工作。该工作已被Science杂志highlight报道(SCIENCE VOL 331 PAGE 1494/ 25 MARCH 2011),后续的研究工作正在进行中。