Ice-VII-like molecular structure of ambient water nanomeniscus /

얼음-7은 다양한 얼음 상태 중 가장 밀도가 높은 얼음 구조이며 그동안 지구 내부의 맨틀이나 외계 행성과 같은 극한 조건에서만 존재하는 것으로 알려져 왔다. 그러나 본 논문에서는 상온 대기압의 일상 조건에서도 은 나노입자들 사이에 포획된 나노 크기의 물 역시 얼음-7과 같은 분자구조를 갖는다는 것을 보였다. 서울대 물리천문학부의 제원호/신동하 교수와 황종근 학생 연구팀은 매우 정밀한 표면 증강 라만 분광학 방법(surface-enhanced Raman spectroscopy)을 이용하여 물분자들 사이의 chemical bonding 을 연구한 결과 이같은 사실을 밝혀냈다. 특히 이러한 결과는 무더운 사막의 모래 알갱이들 사이에 포획되어 있는 극미량의 물도 얼음으로 존재할 수 있다는 의미를 내포하고 있기에 관심을 갖게 된다. 나노 영역에서 물이 갖는 새로운 특이성은 생체 내부나 대기 구름과 같은 다양한 상황에서의 물의 분자구조에 대한 이해를 증진시킬 수 있는 첫 결과이기에 앞으로 계속되는 연구가 필요하리라 기대된다.

공저자: 신동하, 황종근, 제원호 (서울대)

Identification of the molecular structure of nanoconfined water has been challenging and even incorrect despite its increasing interest and extensive works done to date. We use ultrasensitive surface-enhanced Raman spectroscopy to trace the molecular fingerprints of the hydrogen-bonding configuration of the water nanomeniscus that is formed in dried manoparticulate of silver, and show that such ubiquitous water exists surprisingly as ice-VII in normal ambient conditions, beyond general expectation of its existence only in extreme conditions such as in Earth’s deep mantle. In particular, the ice-VII structure, the densest phase of ice, for such nanoconfined water is evidenced by the spectral independence with respect to temperature variations as well as surface types of the nanoparticle. Our results provide un unambiguous identification of the molecular structure of nanoconfined water, which is useful for understanding the molecular aspects of water in various nanoscale, including biological, environments.

Authors: Dongha Shin, Jonggeun Hwang & Wonho Jhe (Seoul National University)
(Nature Communications 논문)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08292-0