1、水分子簇微观结构研究进展水分子簇微观结构研究进展Outline 水分子簇研究背景水分子簇研究背景水分子簇研究现状水分子簇研究现状前景展望前景展望Outline 水分子簇研究背景水分子簇研究背景水分子簇研究现状水分子簇研究现状前景展望前景展望Water,water everywhereMysteries of water clusterN.Mikami,Science,2004,304,1134-1137OHThanks H-bondsK.Liu,Science,1996,929-993 7676 373 373273273有有H-bondsH-bonds水水7676188188163163没有
2、没有H-bondsH-bonds水水热容热容(J/mol.k)(J/mol.k)沸点沸点熔点熔点(k)(k)(k)(k)Research method 红外光谱法红外光谱法:Liu K,Science,1996,271:929 X射线方法射线方法：C.A.Tulk,Science,2002,297:1320 量子化学计算量子化学计算:K.D.Jordan，J.Phy.Chem.,1993,97:5208水分子簇研究进展水分子簇研究进展Sub-structures of water clusterM.F.Chaplin,Nature Reviews Molecular Cell Biology
3、OHSub-structures of water clusterYan Zubavicus,science,2004,304,974Lone pair electronsHH五角十二面体五角十二面体水四面体电荷分布水四面体电荷分布五元环键角为五元环键角为108 108 水键角为水键角为104.5104.5匹配匹配 512 稳定稳定Protonated water clustersMak T C W,Zhou GD.Crystallography in Modern Chemistry:A Resource Book of Crystal Structures,New York:Wiley,1
4、992HNO33H2O (H7O3)NO3 (H3O)NO32H2OHSbCl63H2O (H7O3)SbCl6 (H5O2)SbCl6H2OHCl3H2O (H7O3)Cl (H5O2)ClH2O酸的水合物酸的水合物经验化学式经验化学式结构式结构式Protonated water clustersOuter hydration shellInner hydration shellBulk water+(ordered)J.-W.Shin,science,2004,304,1137Protonated water clustersD.M.Neumark,J.Chem.Phys.2006,125
5、,171102O;H；H-bondsCH4-water clusters8CH4 46H2O 512 周公度周公度,大学化学大学化学,2002,17,54,2002,17,54 51262 K.D.Jordan,Science,2005,308,1765蓝色紫色蓝色紫色 5 512126 62 2 ，黄色黄色 5 51212 Buck U,Huisken F.Chem Rev.2000,100:38632 512 (1/2,1/2,1/2),(0,0,0)6 51262 (1/4,/1/2,0),(3/4,1/2,0)晶胞化学式晶胞化学式 晶系晶系 晶胞参数晶胞参数/pm CH/pm CH4
6、4所处多面体所处多面体8CH446H2O 立方立方 1180 2 512 ,6 51262 8CH446H2O在在273k，30大气压下形成冰状晶体大气压下形成冰状晶体-可燃冰可燃冰1m3可燃冰可燃冰理论含理论含182m3，实际，实际164m3CH4CH4-water clustersCH4-water clusters机遇：机遇：可用千年可用千年 清洁能源清洁能源挑战：挑战：开采困难开采困难 温室灾难温室灾难第第2828届国际地质大会，届国际地质大会，20062006H.Sato，Chem.Phys.Lett.2006,323,412CO2-water cluster O(H2O),H,C,
7、O(CO2)COCO2 2,CO,CO在水中溶解度在水中溶解度Water clusters in biochemistryWilliam Royer,Ph.Dbiochemistry and molecular pharmacology血红蛋白血红蛋白CO-血红蛋白血红蛋白蛋白质子结构蛋白质子结构水分子簇水分子簇Water clusters in biochemistryH H2 2O O，O O2 2，COCOF97T72T72F97T72T72F97F97CO-血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白William Royer,Ph.Dbiochemistry and molecular pharmacologyProspect 水分子团簇研究从一全新角度审视化学，水分子团簇研究从一全新角度审视化学，生命科学乃至气象学生命科学乃至气象学 甲烷水合物的研究开采是一把双刃剑甲烷水合物的研究开采是一把双刃剑 探测手段匮乏，阻碍研究的进一步开展探测手段匮乏，阻碍研究的进一步开展C.A.Tulk et al.,Science,2002,297,1320
