중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 고체물리연구소 계산물리학·양자재료연구부 극한환경양자물질센터 연구팀은 다이아몬드 앤빌 셀(Diamond anvil cell, DAC) 고압실험 기법 및 원위치 라만분광법, 원위치 X선 회절실험 기법, 제1원리를 결합하여 신형 수소수화물의 형성 과정과 구조 특성을 계산적으로 연구했다. 해당 성과는 "Physics Review Letters"에 게재되었다.
고체 물분자는 수소결합의 존재로 인해 3차원 프레임 구조를 형성하는 경향이 있다. 자연 또는 인공적인 극한 조건에서 물분자는 다른 기체 소분자와 결합하여 다양한 구성과 구조를 생성할 가능성이 크다. 순수한 물은 400만 대기압 이하 및 77K-300K의 기압 및 온도 범위에서 최소 3종의 비정질상과 16종의 결정상이 존재하는 것으로 유명하며 매우 복잡한 위상 다이어그램을 가지고 있다. 이러한 구조 다양성도 다양한 수화물에 적용된다. 기체 분자는 반데르발스힘(Van der Waals force)과 물의 케이지형 구조의 상호작용을 통해 안정적인 기체 수화물을 형성하여 물 자체도 잠재적 기체 저장/가스 분리 재료로 되게 한다. 예를 들어, 심해 퇴적물 등에는 대량의 천연가스 수화물이 존재한다. 수소수화물은 행성의 형성과 진화 과정에서 중요한 역할을 한다.
120만 대기압과 298K의 온도에서 순수한 수소와 순수한 물은 새로운 수화물을 형성하며, 수화물 중의 산소 원자 부격자(Sublattice) 배열은 순수한 물의 고체상 중의 산소 원자와 동일하다. 수화물 중의 수소 분자는 산소 원자로 구성된 6환상 공동(6 toroidal cavity)에 위치하고 전체 수화물의 공간 대칭성은 삼각 R3c 또는 R-3c 공간군(양성자 순서 또는 무질서)을 만족하며 분자식은 (H2O)·6H2이다.
라만분광법과 이론적 계산 결과, 해당 연구에서 규명한 새로운 상 C1’ 중의 수소 무질서 특성은 기존에 알려진 순서상 C1과 다르며 새로운 구조는 압력 상승 또는 온도 하강 후에 C1상으로 변환된다. 이는 질서 있는 얼음의 무질서 구조로 간주될 수도 있으며 기존에 발견한 모든 질서 있는 얼음 구조와 모두 다른 일종의 신형 무질서 얼음 구조이다.

정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-12/30/content_460332.htm?div=-1