近日，大連化物所袁開(kāi)軍研究員和北大鄭俊榮教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)高濃度醇水溶液的動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)醇的疏水表面能導(dǎo)致周?chē)乃肿託滏I結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，該研究揭示了醇水溶液中水的微觀結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的變化規(guī)律。
醇和水混合溶液是工業(yè)和生活中經(jīng)常用到的溶液。醇水混合通常會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的熵減小以及熱容量增大。為了理解這個(gè)現(xiàn)象，科學(xué)家在19世紀(jì)提出了“Iceberg”的模型，即醇的疏水基團(tuán)（烷烴基）會(huì)導(dǎo)致它周?chē)乃肿託滏I結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，形成所謂類(lèi)冰狀的結(jié)構(gòu)。但是這種理論并沒(méi)有被后來(lái)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算支持，前人利用中子散射技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行的的實(shí)驗(yàn)研究則得出了完全相反的結(jié)論，因此醇水結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。
該團(tuán)隊(duì)利用低溫紅外光譜和二維紅外光譜對(duì)醇水溶液進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在高濃度的醇水溶液中，水的光譜發(fā)生明顯位移以及水分子轉(zhuǎn)動(dòng)弛豫明顯變慢。實(shí)驗(yàn)表明醇的疏水基團(tuán)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致其周?chē)肿託滏I結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，而在高溫下，疏水基團(tuán)表面的水分子反而會(huì)形成更加無(wú)序的結(jié)構(gòu)。該結(jié)論支持了水分子氫鍵增強(qiáng)的論斷，但是水并不會(huì)形成所謂的類(lèi)冰狀結(jié)構(gòu)。該工作對(duì)醇水微觀結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)提供了新的機(jī)理。
相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)》（Journal of Physical Chemistry Letters）上。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委動(dòng)態(tài)化學(xué)前沿研究中心項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”﹑自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等資助。（文/圖 袁開(kāi)軍）
