大量研究表明，硼酸根離子的水合及締合作用對于理解和認識硼酸鹽礦物的沉積和結晶過程、硼酸鹽溶液木材防腐與阻燃能力以及硼酸-壓水核反應堆(PWRs)性能等具有重要作用。然而，關于硼酸根離子在原子/分子水平上的水合及締合信息尚無明確的報道。
中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖資源化學實驗室溶液結構課題組與日本福岡大學Yamaguchi研究組合作，采用X射線散射法研究了廣泛濃度范圍內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器測量偏硼酸鈉溶液的X射線散射強度，將二維散射圖樣轉化為一維強度數(shù)據(jù)后提取出結構因子，并采用基于蒙特卡洛方法的經(jīng)驗勢能結構參數(shù)精修來減小實驗和由結構模擬產生的結構因子間的偏差，成功實現(xiàn)了對硼酸鹽離子水合和硼酸根與鈉離子締合結構的深入分析。同時，為獲得結構細節(jié)信息，研究還對硼酸鈉的締合團簇進行了密度泛函理論(DFT)的計算驗證。研究工作發(fā)表于Phys. Chem. Chem. Phys.。最近，論文被Advance In Engineering 評選為關鍵科學文章(Key Scientific Article)。
近年來，在國家自然科學基金和中科院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持下，青海鹽湖所溶液結構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計算、Raman光譜、NMR及熱力學平衡計算等手段展開系統(tǒng)研究，希望能從溶液微觀結構的側面找到上述現(xiàn)象的化學本質。研究團隊解決了多聚硼酸根離子間平衡常數(shù)的計算問題，給出了硼酸鹽溶液中多聚硼酸根離子的分布，建議了相互作用機理；將傳統(tǒng)主要針對單原子球形對稱離子的水合結構研究拓展到多原子及硼氧六元環(huán)的平面對稱離子體系；研究團隊引入多種計算模擬方法（DFT +CPMD+MD）并與多種實驗手段相結合，實現(xiàn)了模擬與實驗結果的相互統(tǒng)一和相互驗證；團隊還在X射線散射數(shù)據(jù)解析新方法和解析軟件開發(fā)(XNSSA)等多個方面均取得了系列進展。研究工作已累計在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。
--中國科學院--