贵金属离子在水与受限水中的结构

现代的工农业生产经常在水中引入各种各样的贵金属离子，这些贵金属离子很难被生物分解，相反可被生物体富集。地球上的动植物（包括人）都会通过各种直接和间接的方式吸收水中的贵金属离子，这种含有贵金属离子的水被吸收以后会进入细胞而形成一定大小的"受限水"。而离子在水乃至"受限水"中的结构是由溶液的pH值、金属离子浓度、附加化试剂等因素决定的。结构决定性质，贵金属离子在水溶液中的存在状态直接影响到它们在水溶液中的化学活性。因此，对贵金属离子在水乃至"受限水"中的几何结构的研究有助于我们理解贵金属离子在水乃至"受限水"中的性质。依托同步辐射的EXAFS试验站，结合分子动力学模拟、XAS实验和多重散射理论计算，我们能够确定金属离子在水乃至"受限水"中的几何结构，这对认识金属离子的化学活性及其对环境的影响有重要意义。同时也为消除水中离子的存在对动植物（包括人）的危害提供结结构依据。

本研究依托同步辐射的EXAFS试验站，发展了分子动力学模拟，XAS实验和多重散射理论结合研究金属离子（团簇）在水溶液中结构的方法。研究了Fe2+和Fe3+，Co2+和Co3+，H2PtCl6，HAuCl4在水溶液中的结构以及在Pt纳米颗粒形成过程中从H2PtCl6到Pt纳米颗粒的转变过程。发现在HAuCl4水溶液中最近邻的水分子处在两个互相垂直的椭圆平面上，而且这两个椭圆平面的水分子构型不是唯一的，主要以13和14两种配位形式存在。发现在HAuCl4水溶液中最近邻的水分子处在两个互相垂直的椭圆平面上，而且这两个椭圆平面的水分子构型不是唯一的，主要以13和14两种配位形式存在。证实了在甲醇-水还原H2PtCl6获得Pt纳米的过程中，在甲醇溶液中，H2PtCl6的转变过程认为[PtCl6]2-到[PtCl5(CH3O)]2-到[PtCl4]2-到[PtCl3(CH3O)]2-到[PtCl2]2-到Pt30再到Pt 纳米颗粒，而当有10%水存在时，转变过程变为 [PtCl6]2-到[PtCl5(CH3O)(H2O)]2- 到[PtCl4]2-到[PtCl3(CH3O)(H2O)]2-到[PtCl2]2-到Pt30再到Pt 纳米颗粒，在此过程中，水起到“催化剂”的作用。