アルカリ種の水クラスター中溶解の微視的メカニズムを解明 (Researchers Uncover Microscopic Mechanism of Alkali Species Dissolution in Water Clusters)

2026-01-15 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所(DICP)の江凌教授と李剛教授らは、アルカリ種の水中溶解初期過程を微視的に解明した。中性BaOH(H₂O)n(n=1–5)クラスターをモデルに、独自開発したIR-VUV中性クラスター赤外分光装置を用いて構造と反応性を解析。実験IRスペクトルを高精度量子化学計算と分子動力学と比較した結果、水分子が1~2個ではBaOHは解離せず水素結合で相互作用する一方、3個以上でBaとOHが分離し溶媒共有イオン対を形成することを発見。水分子増加に伴う電荷移動と水素結合ネットワーク形成が静電引力を弱め、解離を促進する機構を示した。本研究は溶媒和初期の理解を深化させ、エネルギー貯蔵や医薬分野への示唆を与える。

アルカリ種の水クラスター中溶解の微視的メカニズムを解明 (Researchers Uncover Microscopic Mechanism of Alkali Species Dissolution in Water Clusters)
Experimental IR-VUV spectra and identified structures of hydrated BaOH clusters. (Image by YAN Wenhui)

<関連情報>

水和BaOHのIR-VUV光イオン化スペクトルは、成長する水クラスターにおける塩基の解離を明らかにする IR-VUV Photoionization Spectra of Hydrated BaOH Reveal Base Dissociation in Growing Water Clusters

Wenhui Yan,Shuai Jiang,Shangdong Li,Jianxing Zhuang,Ailin Wang,Hua Xie,Gang Li,and Ling Jiang
Journal of the American Chemical Society  Published: January 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c15032

Abstract

Investigating the dissociation of base in a microhydration environment is important for revealing various fundamental physical and chemical processes. In this study, neutral open-shell BaOH(H2O)n (n = 1–5) clusters were characterized by size-specific infrared-vacuum ultraviolet photoionization spectroscopy combined with quantum chemical calculations and ab initio molecular dynamics simulations. The results show that the Ba–OH bond is undissociated for n = 1 and 2, and the transition from contact ion pair (CIP) to solvent-shared ion pair (SIP) spontaneously starts at n = 3. The present findings clarify the previous debate that BaOH shows no sign of dissociation even at n = 5. This work reveals the microscopic mechanisms of base dissolution processes and lays a solid foundation for broader application across systems.

0500化学一般
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