我國研究團(tuán)隊(duì)首獲水合離子原子級(jí)圖像

• 2018年5月15日 LiuDaiFeng來源：中國科學(xué)院 599 34
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  2018-2023年國密算法行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研及前景預(yù)測(cè)報(bào)告

  本研究咨詢報(bào)告由中研普華咨詢公司領(lǐng)銜撰寫，在大量周密的市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，主要依據(jù)了國家統(tǒng)計(jì)局、國家工信部、國家商務(wù)部、國家發(fā)改委、國務(wù)院發(fā)展研究中心、中國行業(yè)研究網(wǎng)、全國及海外多種相...

北京大學(xué)和中國科學(xué)院的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)日前利用自主研發(fā)的高精度顯微鏡,首次獲得水合離子的原子級(jí)圖像

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5月14日，北京大學(xué)物理學(xué)院教授江穎和中科院院士、北京大學(xué)講席教授王恩哥在中科院物理研究所會(huì)議室介紹水合離子的原子級(jí)圖像以及其輸運(yùn)的“幻數(shù)效應(yīng)”的研究成果。這是繼2014年獲得世界第一張亞分子級(jí)分辨率的水分子圖像后，中國科學(xué)家再次取得突破，將分辨率推向了氫原子極限，首次獲得水合離子的微觀結(jié)構(gòu)。該研究成果已于北京時(shí)間5月14日發(fā)表于頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》。

對(duì)于水這種物質(zhì)的研究，水是強(qiáng)極性分子，它作為溶劑能使很多鹽發(fā)生溶解，而且能與溶解的離子結(jié)合在一起形成團(tuán)簇，此過程稱為離子水合。其實(shí)早在9世紀(jì)末科學(xué)家就開始離子水合的相關(guān)研究，但由于缺乏單原子、單分子尺度的表征和調(diào)控手段以及精準(zhǔn)可靠的計(jì)算模擬方法，水合離子的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)一直是學(xué)術(shù)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。近年來，中國科學(xué)院院士王恩哥、北京大學(xué)教授江穎與同事、學(xué)生一起合作，發(fā)展了原子水平上的高分辨掃描探針技術(shù)和針對(duì)輕元素體系的全量子化計(jì)算方法，在水/冰的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)研究中得到了成功的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)和理論的深度融合，刷新了人們對(duì)水和其他氫鍵體系的認(rèn)知。

鈉離子水合物的亞分子級(jí)分辨成像?

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北京大學(xué)和中國科學(xué)院的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)日前利用自主研發(fā)的高精度顯微鏡,首次獲得水合離子的原子級(jí)圖像,并發(fā)現(xiàn)其輸運(yùn)的“幻數(shù)效應(yīng)”：包含有特定數(shù)目水分子的鈉離子水合物，具有異常高的擴(kuò)散能力——說白了就是比其他水合物“跑得快”。

幻數(shù)效應(yīng)可以選擇性增強(qiáng)或減弱某種離子的輸運(yùn)能力，對(duì)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的潛在意義，比如可以通過控制離子輸運(yùn)速度達(dá)到增強(qiáng)離子電池的續(xù)航能力;再者可以實(shí)現(xiàn)某種離子化學(xué)反應(yīng)防腐蝕;在海水淡化領(lǐng)域可以去設(shè)計(jì)具有特定表面對(duì)稱性和周期性的納米孔道，借助幻數(shù)效應(yīng)來促進(jìn)離子的擴(kuò)散，讓淡化效率大大提高，甚至可以選擇性地通過一些對(duì)人體有用的離子，讓咸澀的海水直接變成“天然飲用礦泉水”。

此外，在離子電池、防腐蝕、電化學(xué)反應(yīng)、生物離子通道等領(lǐng)域，這一發(fā)現(xiàn)都有著重要潛在應(yīng)用價(jià)值。也因?yàn)槿绱?，《自然》雜志審稿人認(rèn)為，該工作“為在納米尺度控制表面上的水合離子輸運(yùn)提供了新的途徑并可以拓展到其他水合體系”，“會(huì)馬上引起理論和應(yīng)用表面科學(xué)領(lǐng)域的廣泛興趣”。

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