大连化物所发现冰立方的新结构

    大连日报讯（李刚 李钦明 大连新闻传媒集团记者谢小芳）冰在我们的生活中是普遍存在的。然而，由于冰的结晶过程非常迅速并且难以控制，精确解析微冰结构和形成机制仍是一个巨大的科学难题。研究水分子如何一步步成长为水分子团簇、液态水和冰的过程，对理解冰的微观结构和形成机制至关重要。近日，中科院大连化物所江凌研究员和杨学明院士团队与清华大学李隽教授研究组合作，利用自主研制的基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法，发现了多个最小冰立方的新结构，这些最小冰立方是由八个水分子组成的水团簇。该工作为揭开冰的微观结构和形成机制提供了新思路，相关成果于近日发表在《自然·通讯》上。

    近期，江凌和杨学明团队利用自主研制的中性团簇红外光谱实验装置，发现中性水分子八聚体的红外光谱呈现出冰的光谱特征。此外，清华大学李隽研究组采用自编的TGMin程序结合高精度的量子化学理论方法，计算了水分子八聚体的各种稳定结构和红外光谱，理论结果与实验结果高度吻合。

    研究结果表明，水分子八聚体存在5个稳定的立方体结构，其中3个水立方体结构是首次被实验所观测到的。这些立方体结构中的水分子均以三配位的方式结合在立方体的顶角，这些特殊结构的优异稳定性源于大量的离域三中心二电子氢键作用。更有趣的是，在冰的表面确实存在着这种三配位的水分子团簇。

    该工作揭示了最小冰立方的多个新结构，为揭开冰的微观结构和形成机制（尤其是速冻）提供了新的思路，对于大气科学和水科学等领域的研究具有重要的科学意义。