我國科學家揭示水合離子微觀結構和幻數效應

　　水是最普通的物質之一，但在微觀層面，水的種種神奇之處一直困擾著科學家。日前，北京大學和中國科學院的一支聯合研究團隊，首次獲得水合離子的原子級圖像，并發現了一種水合離子輸運的幻數效應，建立了離子水合物的微觀結構和輸運性質之間的直接關聯。這項成果于北京時間14日在線發表在學術期刊《自然》上。

　　離子水合過程和離子水合物是了解水與其他物質相互作用過程的關鍵，在鹽的溶解、生命體內離子轉移等過程中扮演著重要角色。

　　為了得到單個離子水合物，并弄清楚單個離子水合物的幾何吸附構型，科研人員發展了一套獨特的離子操控技術以及非侵擾式原子力顯微鏡成像技術。由此，我國科學家們在國際上首次在實空間得到離子水合物的原子層次圖像。

　　在此基礎上，科學家發現了離子水合物在動力學上具有幻數效應。幻數最早是指原子物理中一種獨特的數值，在質子數和中子數為某個特定數值時，原子核的穩定性就比平均值大。后來也被廣泛用于描述含有某種特定數值的物質，表現出的反常特性。

　　北京大學物理學院教授江穎表示：“具體來說，含有3個水分子的離子水合物擴散得比較快。”分子動力學模擬結果表明，這一幻數效應來源于離子水合物與表面晶格的對稱性匹配程度，可以在包括室溫在內的很大一個溫度范圍內存在，并適用于相當一部分鹽離子體系。

　　中科院院士、北京大學講席教授王恩哥表示，這項研究有很強的應用前景，選擇性增強或減弱某種離子輸運能力，在很多應用領域都具有重要的潛在意義。此外，該工作發展的實驗技術也首次將水合相互作用的研究精度推向了原子層次，未來有望應用到更多水合物體系，開辟全新的研究領域。