在pH值为7的纯水中，水分子可以自组装成许多氢键结构。然而，为了使冰成核，水分子必须排列成“冰一样”的六边形。

近日，耶路撒冷希伯来大学Sason Shaik，魏茨曼科学研究所Meir Lahav，Igor Lubomirsky报道了八面体水合Al³⁺和Mg²⁺离子在电解池内作为过冷水(SCW)的亲液（远程排序）“制冰机”运行。

文章要点

1）10−5M水合Al³⁺和Mg²⁺离子溶液各自在阴极(−20±5V)附近触发，在-4°C下电冷冻SCW。水合Al³⁺离子的结冰效率为100%，而Mg²⁺离子的结冰效率为40%。相比之下，在相同的实验条件下，水合Na⁺离子不会与纯水不同地引起结冰。

2）研究表明，Al³⁺和Mg²⁺离子在水电冷冻中所起的作用受到两种同步效应的影响：（1）由于金属离子周围配位水分子的八面体堆积而产生的几何效应，以及（2）这两种离子引起的极化程度，从而酸化配位的水分子，从而赋予它们冰状结构。

3）Al³⁺和Mg²⁺的长期分子动力学(MD)模拟确实揭示了这些离子附近“冰状”六边形的形成。此外，MD表明这些六边形和配位水分子的电场会导致最终结冰。因此，MD模拟为这些离子在电冷冻过程中的有序特性提供了合理的解释。

参考文献

Leah Fuhrman Javitt, et al, Electro-Freezing of Supercooled Water Is Induced by Hydrated Al³⁺ and Mg²⁺ Ions: Experimental and Theoretical Studies, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c05004

https://doi.org/10.1021/jacs.3c05004