大量研究表明，硼酸根離子的水合及締合作用對(duì)于理解和認(rèn)識(shí)硼酸鹽礦物的沉積和結(jié)晶過(guò)程、硼酸鹽溶液木材防腐與阻燃能力以及硼酸-壓水核反應(yīng)堆(PWRs)性能等具有重要作用。然而，關(guān)于硼酸根離子在原子/分子水平上的水合及締合信息尚無(wú)明確的報(bào)道。
中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖資源化學(xué)實(shí)驗(yàn)室溶液結(jié)構(gòu)課題組與日本福岡大學(xué)Yamaguchi研究組合作，采用X射線散射法研究了廣泛濃度范圍內(nèi)偏硼酸鈉溶液中硼酸根離子的水合及締合作用。研究采用X射線衍射儀和曲面成像板檢測(cè)器測(cè)量偏硼酸鈉溶液的X射線散射強(qiáng)度，將二維散射圖樣轉(zhuǎn)化為一維強(qiáng)度數(shù)據(jù)后提取出結(jié)構(gòu)因子，并采用基于蒙特卡洛方法的經(jīng)驗(yàn)勢(shì)能結(jié)構(gòu)參數(shù)精修來(lái)減小實(shí)驗(yàn)和由結(jié)構(gòu)模擬產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)因子間的偏差，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)硼酸鹽離子水合和硼酸根與鈉離子締合結(jié)構(gòu)的深入分析。同時(shí)，為獲得結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)信息，研究還對(duì)硼酸鈉的締合團(tuán)簇進(jìn)行了密度泛函理論(DFT)的計(jì)算驗(yàn)證。研究工作發(fā)表于Phys. Chem. Chem. Phys.。最近，論文被Advance In Engineering 評(píng)選為關(guān)鍵科學(xué)文章(Key Scientific Article)。
近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持下，青海鹽湖所溶液結(jié)構(gòu)課題組圍繞硼酸鹽溶液特殊的介穩(wěn)特性與中科院院士高士揚(yáng)發(fā)現(xiàn)的鹽湖硼酸鹽“稀釋成鹽”現(xiàn)象，采用X射線散射、EXAFS、DFT計(jì)算、Raman光譜、NMR及熱力學(xué)平衡計(jì)算等手段展開系統(tǒng)研究，希望能從溶液微觀結(jié)構(gòu)的側(cè)面找到上述現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。研究團(tuán)隊(duì)解決了多聚硼酸根離子間平衡常數(shù)的計(jì)算問(wèn)題，給出了硼酸鹽溶液中多聚硼酸根離子的分布，建議了相互作用機(jī)理；將傳統(tǒng)主要針對(duì)單原子球形對(duì)稱離子的水合結(jié)構(gòu)研究拓展到多原子及硼氧六元環(huán)的平面對(duì)稱離子體系；研究團(tuán)隊(duì)引入多種計(jì)算模擬方法（DFT +CPMD+MD）并與多種實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相互統(tǒng)一和相互驗(yàn)證；團(tuán)隊(duì)還在X射線散射數(shù)據(jù)解析新方法和解析軟件開發(fā)(XNSSA)等多個(gè)方面均取得了系列進(jìn)展。研究工作已累計(jì)在PCCP, JPCB, JPCA, CPL, J. Chem. Eng. Data, J. Raman Spectro., J. Mol. Liquid.等雜志上發(fā)表SCI論文近20余篇。
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