近日，中科院大連化學物理研究所莊巍研究組（1107組）與Rice大學的鄭俊榮教授（大連化物所高級伙伴研究員）合作，在水溶液中離子團簇化研究中取得新進展，研究成果發(fā)表在PNAS上（Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 10.1073/pnas.1019565108 (2011).）。本文由美方鄭俊榮擔任通訊作者，美方承擔全部實驗工作，大連化物所承擔全部理論工作。該工作已獲得Science雜志highlight（SCIENCE VOL 331 PAGE 1494/ 25 MARCH 2011），后續(xù)的研究工作正在進行中。
盡管科學界為解開水中的離子水合作用結構做出了長期的努力，但是許多未知問題依然存在，特別是在1∶1強電解質水溶液的離子團簇的存在和結構。過渡金屬鹽類溶解于水，通常認為會有一定數(shù)量的抗衡離子以保持協(xié)調。相比較而言，堿金屬離子并不遵循這一路徑，傳統(tǒng)上認為這類鹽溶解時大量的水分子使陰、陽離子完全分離。然而，鄭俊榮與莊巍的此項精確二維光譜研究揭開了簡單鹽更為復雜的溶解場景，陰、陽離子在溶液中依然彼此相互影響。研究表明氰酸堿鹽濃溶液展現(xiàn)出陰離子團簇化。
鄭俊榮、莊巍等人運用二維紅外光譜學結合泵浦/探針，以各向異性輕、重氰酸堿鹽作為探針探測周圍的能量轉移，通過與運動學方程的擬合，揭示了水溶液中LiSCN、NaSCN、KSCN和CsSCN的離子團簇化現(xiàn)象。研究結果表明，在近飽和的KSCN水溶液 (water/KSCN摩爾比率=2.4/1)，95%陰離子形成離子團簇。旋轉各向異性測量結果表明離子簇的尺度接近于18個陰離子，實驗結果與分子動力學理論模擬結果很好的吻合。當稀釋溶液或者轉換成更小的堿金屬離子時（鈉或鋰）時，在離子團簇中探測到的陰離子比例降低；銫作為最大的穩(wěn)定堿金屬，相應的獲得最高的團簇比例。該振動能量轉移方法使研究種類繁多的其他快短程分子相互作用成為可能。