我所發現醇的疏水表面對水分子結構的影響

  近日,我所袁開軍研究員和北大鄭俊榮教授團隊通過高濃度醇水溶液的動力學研究,發現醇的疏水表面能導致周圍的水分子氫鍵結構增強,該研究揭示了醇水溶液中水的微觀結構動力學的變化規律。

  醇和水混合溶液是工業和生活中經常用到的溶液。醇水混合通常會導致整個系統的熵減小以及熱容量增大。為了理解這個現象,科學家在19世紀提出了“Iceberg”的模型,即醇的疏水基團(烷烴基)會導致它周圍的水分子氫鍵結構增強,形成所謂類冰狀的結構。但是這種理論并沒有被后來的動力學計算支持,前人利用中子散射技術和拉曼光譜技術進行的的實驗研究則得出了完全相反的結論,因此醇水結構動力學還沒有統一的認識。

  該團隊利用低溫紅外光譜和二維紅外光譜對醇水溶液進行了系統的研究。在高濃度的醇水溶液中,水的光譜發生明顯位移以及水分子轉動弛豫明顯變慢。實驗表明醇的疏水基團確實會導致其周圍水分子氫鍵結構增強,而在高溫下,疏水基團表面的水分子反而會形成更加無序的結構。該結論支持了水分子氫鍵增強的論斷,但是水并不會形成所謂的類冰狀結構。該工作對醇水微觀結構動力學提供了新的機理。

  相關研究成果于近日發表在《物理化學快報》(Journal of Physical Chemistry Letters)上。上述工作得到國家自然科學基金委動態化學前沿研究中心項目、中科院戰略性先導科技專項(B)“能源化學轉化的本質與調控”﹑自然科學基金面上項目等資助。(文/圖 袁開軍)

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