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新型籠狀氫水合物的分子結(jié)構(gòu)。
冰是一種高度復雜的物質(zhì)。隨著研究的深入，科學家陸續(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?shù)貢r間12月22日報道，來自美國、中國和俄羅斯的科學家們在《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院教授Artem R. Oganov說：“這不是人類首次關注氫水合物。此前，我們曾預測了一種氫水合物，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。”
氫水合物的晶體結(jié)構(gòu)與壓力密切相關。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 責編：陳之涵
期刊來源：《物理評論快報》
