特征结构水分子簇的研究及制备

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1、中文摘要近年来水分子簇结构与功能的研究已经成为当今科学前沿的热点之一，并可望为深层次揭示化学、生命科学和信息科学等领域的本质问题提供有利工具。本文较为全面地以概述了十几年来水分子簇研究的发展状况。探索性地设计了一种全新的制备特征结构水分予簇的方法，从多个角度对其验证并进行了分子力学和从头计算模拟。首先提出了饮水品质双层面标准，即水品质量不仅仅要关注其第一层面(安全、健康)一一五种常规评价指标，而且必须向其第二层面(功能)一一结构与功能拓展。在本课题组前期工作基础之上，利用离子筛高效选择性去除水体中有

2、害金属离子。并提出新的离子筛界面筛分机制：基体在高温固相化学反应中，在离子筛表面形成一种弱化学作用，并通过热力学重结晶过程导致的缩聚反应得以保持。其次提出特征结构水分子簇主动设计依据：(1)．生命体中有着独特功能水分子簇为五环水和六环水：(2)．五环水和六环水氢键的本质特征为“线性”氢键。(3)．TS9表面的Ti一0一Si键桥具有形成线性氢键的氧原子活性位。由此提出特征结构水分子簇的制备设计方法：利用介孔分子筛通道空间的周期性和拓扑学的完美性，当水分子簇通过功能筛膜的内通道，受内孔的空间位效作用被切

3、割成小水分子团，同时内壁Ti一0一Si活性位与水分子发生氢键作用。受上面两个因素影响，内孔的水分子呈有序化分布，使受体原子之水分子形成“线性”氢键，进而通过这种化学作用保持特殊结构的水分子簇。第三、制备了一种新型的功能性介孔分子筛膜，这种筛膜具备如下特征：f11．具有良好的水热稳定性和晶形结构。(2)．具有独特氧活性位的Ti．0．Si键桥。第四、对所制备的水分子簇进行了验证，得出如下结论：(1)．水分予簇的尺寸为5．64，即主要由六环水和五环水组成。水分子簇的结构稳定和较为单一，氢键里线性特征，强度

4、较大，弛豫时间较长。(2)．物性指标检测表明特征结构的水分子簇尺寸最小，表面张力适中。(3)．特征结构的水分子簇对微生物的新陈代谢显示出良好的支持功能。第五、对制备的特征结构的水分子簇进行了分子力学和量子力学模拟计算。并提出特征结构(具有线性氢键特点)的五环水和六环水的形成在于线性氢键可以实现自组装的机制，即由于线性氢键夹角接近180o，使得水分予中自由氢原子获得最大空间自由度；同时线性氢键的键能最大，可使水分子簇在等量氢键条件下体系能量最小；此外这种线性氢键由于振动频率相近可能会发生氢键共振，使得

5、水分子簇结构更加稳定。本文的创新点在于：1．依据主动设计思路，对特征结构的水分子簇的制备提出了一种新的制备方法。2，制备了一种新型的具有水热稳定性和Ti．O．Si活性的分子筛膜。3．提出了离子筛高效选择性特征的一种新型界面筛分机制。4．探索性提出特征结构水分子簇的形成在于线性氢键的自组装特性。关键词：水分子簇，氢键，五环水，六环水，Ti．O．Si键桥，离子筛，筛分机制，介孔分子筛膜，水热稳定性，线性氢键，自组装AbstractThestructuresandfunctionsofwaterclust

6、ershavebeenoneofthehoRestpointsinmodemsciencerecently．Itmaybeaveryfavorablemethodtouncoverdeeplythenaturesofquestionsinthefieldssuchaschemistry,lifesciencesandinformationsciences．Inthispaper,wedescribethegeneralsituationofstudyandinvestigationonwatercl

7、usterindecadeyearsfirstly．Meanwhile，wedesignanewmethodtoprepareawaterclusterwithspecialstructureinfirst，whichhasbeenvalidatedonavailablepoints．Inaddition，modelsofmolecularmechanismandabinitiohavebeensimulated．First，anewstand钮dofdrinkingwaterwithtwopart

8、s，firstpartwithfivekindsofobjectsregulatedbyworldhealthorganizationandsecondpartthatiscapacityoffunctionfromwatercluster’Sstructure，hasbeenputforward．Basedontheformerwork，weremoveselectivelypoisonousionsbyhigheffectionicsieves．Especiall