近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院曾晓成教授（千人计划B获得者，美国内布拉斯加大学林肯分校Ameritas大学讲座教授）研究组（组员包括材料系的王路研究员及朱重钦博士（科大0614校友)）与大连理工大学赵纪军教授研究组合作，通过理论研究预言了一种新的气体水合物和冰相，成果以“A new phase diagram of water under negative pressure: The rise of the lowest-density clathrate s-III”为题发表在2月12日《科学进展》上。
气体水合物是在一定的温度、压力条件下由水和气体分子结合生成的类冰的、具有笼形结构的内嵌气体分子结晶化合物。目前，人们在海底和冻土层发现了巨大的天然气水合物储量。据保守估计，自然界中天然气水合物中贮存的天然气总量约为其它化石燃料储量总和的两倍，是一种具有良好前景的后续清洁能源。因此，对气体水合物的研究在能源和环境领域有着非常现实而紧迫的意义。
两个研究组通过计算模拟发现，水分子可以形成一种新的具有立方结构的晶体，将其命名为III型气体水合物。与已知的I型、II型和H型气体水合物相比，这种新型气体水合物具有较小的密度且含有较大的空腔，可以容纳较大的气体分子，如正十二面烷分子。理论计算表明，内嵌正十二面烷分子的III型气体水合物的结构是热力学稳定的，而不含气体分子的空心III型气体水合物在一定的负压区间内也可以保持结构稳定。
纵观已知冰相的发现简史：冰II冰III相是在1900年德国发现的，冰IV-VII相是在1912-1937年间美国发现的，冰VIII相是在1966-1968年间加拿大发现的，冰X相是在1984年德国发现的，XI相是在1984年日本发现的，冰XII-XV相是在1998-2009年间英国发现的，最近的冰XVI相是2014年由德国科学家领导的团队发现的。如果在未来的实验中制备出空心III型气体水合物，那么它将有可能成为一种新的冰相结构并作为冰XVII相的候选，从而有可能填补中国在发现新冰相史中的空白。
上述研究得到了中国科学院、国家自然科学基金委员会、教育部以及中组部千人计划等项目的资助。
论文链接：http://advances.sciencemag.org/content/2/2/e1501010
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