在大气气溶胶的形成、雾霾的产生机制、水污染的处理等与人们生活紧密相关的关键领域，盐离子、卤素离子以及过渡金属氧化物等与水的相互作用都扮演着关键的角色；此外过渡金属掺杂的硅、锗等半导体团簇，在纳米材料、微电子技术等领域中有重要的应用前景。但是长期以来人们对这些问题的科学认识还停留在表观层次，对其在分子层次上的微观图像和机理更是缺乏足够的认识，这在一定程度上阻碍了相关领域的发展。本项目致力于解决上述科学难题。

    盐类在水中的溶解是一种基础的化学过程, 与大气﹑环境﹑材料以及人的生活等应用领域息息相关。本项目采用量子化学理论计算结合光电子能谱实验技术对盐类在水中的溶解机理进行了研究。我们首次通过实验观测并结合理论计算得到了碱金属卤盐和水分子相互作用的稳定结构、能量和机理等信息。获得了离子和离子、离子和水分子以及水分子和水分子之间的相互作用对盐水团簇结构的影响规律，接触离子对（CIP）和溶剂隔离离子对（SSIP）的形成和演化与碱金属卤盐种类的关系，总结了最少需要多少个水分子可以隔离单个盐分子的正负离子而形成溶剂隔离离子对。提出了碱金属卤盐在水中溶解过程的微观图像和机理解释。我们的这一研究成果为人们深入理解盐的水溶性这一基本的科学问题提供了参考和依据。具体结果如下：（1）单个碱金属卤盐与水的相互作用。我们发现对于对于负离子团簇NaCl(H2O)n-，在n=2时，就会出现溶剂隔离离子对(SSIP),而对于中性团簇NaCl(H2O)n，在n<9时，团簇结构一直是紧密离子对(CIP)在主导，在n=9-12之间，CIP与SSIP几乎简并，这与NaCl的饱和溶液中H2O:NaCl的摩尔比吻合，这也说明在凝聚相中CIP与SSIP两种结构共存。负离子团簇LiF(H2O)n-,在n=4时出现SSIP，而其相应的中性团簇在n=0-6时，Li+‖F- 一直以CIP形式存在。（2）碱金属卤盐m聚体与水的相互作用。重点对(LiI)2(H2O)n0/-、(NaI)2(H2O)n0/-和(KI)2(H2O)n0/-进行了对比研究。研究结果表明，负离子团簇(LiI)2(H2O)n-主要是L型结构，而 (NaI)2(H2O)n-和(KI)2(H2O)n-在水分子数较少时是L型结构，随着水分子数目的增多，金字塔型结构开始占主导。 (KI)2比(NaI)2更难被水分子撬开，这与KI有相对较低的溶解度是一致的。本研究对进一步揭示碱金属卤盐在水中溶解的微观图像和机理提供了依据，有助于在分子水平上理解盐的溶解。此外，过渡金属离子及其氧化物具有重要的催化性能，水分子体系有重要的理论和应用背景。从团簇物理化学基础研究角度出发，我们率先发现和证实了一些重要过渡金属离子及其氧化物(钴氧化物、钛氧化物、钒氧化物、钪氧化物等)与水分子相互作用生成最稳定的几何结构、电子结构；确定了反应通道，获得了反应物、中间体、过渡态和产物的结构、能量和电荷等信息，归纳总结反应机理，得出了不同尺寸的过渡金属氧化物团簇与不同数目水分子反应的规律。提出了水分子与过渡金属氧化物团簇相互作用过程的微观机理解释，为其在催化及储能材料方面的应用提供了理论依据。这一系列发现在储能材料、工业催化等方面都有重要意义。另一方面，过渡金属掺杂的硅、锗半导体团簇，在纳米材料、微电子技术等领域中有重要的应用前景。在半导体团簇中加入金属原子，不仅有助于稳定其笼状结构，更重要的是掺杂能改变半导体团簇的性质，获得一些具有特殊性质的材料。我们采用激光溅射方式产生金属掺杂的硅、锗半导体团簇，用飞行时间质谱、光电子能谱和激光解离等实验手段来研究它们的结构和性质。通过激光解离过程以及光电子能谱随团簇尺寸的变化，结合量子化学计算，获得团簇结构和性质的尺寸效应。这些研究将能帮助人们认识金属与硅、锗半导体元素的相互作用和成键规律，也将为制备半导体纳米管以及团簇组装的新材料提供参考。我们瞄准上述几个方面未解决的科学难题，以大气﹑环境污染等密切相关的离子与水的相互作用、反应特性以及重要半导体的电子结构为研究对象，力求突破，解决大气污染、水污染以及储能材料等方面的一些基础科学问题，进一步推动其在相关领域的广泛应用。