水的冻结是最常见的过程之一。然而，了解冰的微观结构及其氢键网络一直是一个挑战。水八面体的低能结构预计为名义立方，在立方体的八个角均具有八个三配位水分子。这样的三配位水分子已经在冰的表面被确认。

对于水八聚体的实验表征，仅进行了一些气相研究，并且发现了两个对称的，具有D 2d和S 4对称性的近等能量结构。

现在，这种理解已经改变。由中国科学院大连化学物理研究所(DICP)的姜玲教授和杨学明教授领导的研究小组与清华大学的李俊教授合作，揭示了五种异构体在氯乙烯中并存。最小的冰块，包括两个具有手性的冰块。

该研究于10月28日发表在《自然通讯》上。

姜教授和杨教授开发了一种基于可调谐真空紫外自由电子激光(VUV-FEL)的中性团簇的红外光谱方法。这种方法为研究以前无法研究的各种中性星团的振动谱创造了新的范例。

姜教授说：“我们使用基于VUV-FEL的红外方案测量了大小选定的中性水八聚体的红外光谱。”

杨教授说：“我们观察到了光谱中的独特特征，并发现了其他具有C 2和C i对称性的立方异构体，它们与全球最低的D 2d和S 4异构体共存。”

李教授的团队进行了量子化学研究，以了解水八聚体的电子结构。他们发现这些结构的相对能量反映了拓扑相关的，离域的多中心氢键相互作用。

该研究表明，即使具有共同的结构基序，氢键网络之间的协同作用程度也会造成不同物种的等级关系。它为基本了解云，气溶胶和冰的形成过程提供了关键信息，尤其是在快速冷却下。

他们的发现为准确描述水的分子间潜力提供了基准，以了解水的宏观特性，并刺激了对冰结晶过程中形成的中间冰结构的进一步研究。