利用二维红外光谱直接观测水合硝酸中的离子配对现象

摘要： 离子间相互作用和离子配对对浓电解质溶液的性质具有重要影响，但由于这些体系具有非均相和高度动态的行为，研究起来仍具挑战性。在浓酸溶液中，这些问题又增添了新的复杂性，因为水合质子本身的结构尚不明确，且可能受到抗衡离子的影响。本研究通过分析硝酸水溶液在不同浓度下的红外光谱，并与多种碱金属硝酸盐的光谱进行对比，探讨了这些问题。我们揭示了高浓度溶液中阳离子与NO3?离子的紧密邻近如何影响红外光谱，进而反映分子结构的变化。利用二维红外光谱技术，我们通过观测NO3?离子与H?(aq)之间独特的各向异性分子间交叉峰，证实了硝酸溶液中存在收缩型离子对构型。通过研究该光谱特征的浓度依赖性，表明这种离子配对构型在低至2M的浓度下即存在于溶液中，并暗示这些离子对中H?(aq)溶剂化复合物的结构与体相溶液中的结构存在差异。