青海盐湖所在硼酸盐溶液结构研究中取得进展

大量研究表明，硼酸根离子的水合及缔合作用对于理解和认识硼酸盐矿物的沉积和结晶过程、硼酸盐溶液木材防腐与阻燃能力以及硼酸-压水核反应堆(PWRs)性能等具有重要作用。然而，关于硼酸根离子在原子/分子水平上的水合及缔合信息尚无明确的报道。

中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源化学实验室溶液结构课题组与日本福冈大学Yamaguchi研究组合作，采用X射线散射法研究了广泛浓度范围内偏硼酸钠溶液中硼酸根离子的水合及缔合作用。研究采用X射线衍射仪和曲面成像板检测器测量偏硼酸钠溶液的X射线散射强度，将二维散射图样转化为一维强度数据后提取出结构因子，并采用基于蒙特卡洛方法的经验势能结构参数精修来减小实验和由结构模拟产生的结构因子间的偏差，成功实现了对硼酸盐离子水合和硼酸根与钠离子缔合结构的深入分析。同时，为获得结构细节信息，研究还对硼酸钠的缔合团簇进行了密度泛函理论(DFT)的计算验证。研究工作发表于Phys. Chem. Chem. Phys.。最近，论文被Advance In Engineering 评选为关键科学文章(Key Scientific Article)。

近年来，在国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等项目的支持下，青海盐湖所溶液结构课题组围绕硼酸盐溶液特殊的介稳特性与中科院院士高士扬发现的盐湖硼酸盐“稀释成盐”现象，采用X射线散射、EXAFS、DFT计算、Raman光谱、NMR及热力学平衡计算等手段展开系统研究，希望能从溶液微观结构的侧面找到上述现象的化学本质。研究团队解决了多聚硼酸根离子间平衡常数的计算问题，给出了硼酸盐溶液中多聚硼酸根离子的分布，建议了相互作用机理；将传统主要针对单原子球形对称离子的水合结构研究拓展到多原子及硼氧六元环的平面对称离子体系；研究团队引入多种计算模拟方法（DFT +CPMD+MD）并与多种实验手段相结合，实现了模拟与实验结果的相互统一和相互验证；团队还在X射线散射数据解析新方法和解析软件开发(XNSSA)等多个方面均取得了系列进展。研究工作已累计在PCCP, JPCB, JPCA, CPL, J. Chem. Eng. Data, J. Raman Spectro., J. Mol. Liquid.等杂志上发表SCI论文近20余篇。