《水及水溶液微觀結構的拉曼光譜研究》是依託中國科學技術大學，由劉世林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水及水溶液微觀結構的拉曼光譜研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉世林
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬以拉曼振動光譜為手段，研究水、醇/水溶液以及鹽/水溶液的微觀結構。對於水，記錄不同溫度下水及水/重水混合液的偏振拉曼光譜，通過對比光譜隨溫度的變化研究水的微觀結構，主要關注水的平均氫鍵數、氫鍵的排列方式、氫鍵網路大小等；對於醇/水混合溶液，通過偏振光譜分析水中醇類分子的非一致效應（NCE），回答醇/水溶液的微觀非均勻混合情況，再通過分析O-H伸縮振動譜峰形狀隨濃度的變化，研究醇分子疏水基團和結構對水結構的影響；對於鹽/水溶液，通過分析溶液中鹽和水特徵振動譜峰的超額拉曼光譜，研究正、負離子對水結構的影響以及離子與水的締合情況。儘管這些問題受到廣泛關注和大量研究，但我們的近期工作表明，利用以偏振拉曼光譜為基礎衍生出的一些測量方法仍可獲得諸多新的實驗結果，可望在分子層次上深入了解水及水溶液的微觀結構，以及溶液中分子間的各種相互作用。
結題摘要
本項目的研究目標是利用自己發展的Raman光譜退偏比精確測量方法，通過系統開展水、醇/水溶液以及鹽/水溶液在不同溫度下的偏振拉曼光譜研究，在分子層次上深入了解水及水溶液的微觀結構，以及溶液中分子間的各種相互作用，為液相水的分子間相互作用和分子結構提供光譜學角度的認識。由於採用了新方法和較高的光譜靈敏度，取得了一些新的研究結果。例如：有關水的微觀結構研究，我們發現測量水的-OH伸縮振動拉曼光譜，可以分別歸屬為4種水分子和1種振動模式：DDA、DDAA、DDAA、DAA、free -OH（D: donor, A: acceptor）。通過光譜擬合得到水的微觀結構隨著溫度的變化信息，認為液體水中約60~80%的分子形成4氫鍵結構，約20~40%的分子形成3氫鍵結構，在10 ~ 70 oC溫度範圍內，水分子的平均氫鍵數在3.55-3.8之間。此外，從光譜學角度發現了液體水中存在明顯的量子效應，我們通過測量不同溫度下水和重水的-OH伸縮振動拉曼光譜，發現量子效應可以使得重水的微觀結構比水更為規整，而且隨著溫度的升高，量子效應引起的差別逐漸減小；從光譜上觀察到量子效應在50 oC附近存在一拐點，可能是在該溫度發生了弱的連續相變所致，該拐點的存在可用來解釋水和重水的一些巨觀性質差別在50 oC發生轉折的實驗現象。
