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科学家终于看清水分子中氢原子位置

2018-05-15 08:44:55

人们最熟悉的水,在科学界仍是最不被了解的物质之一。

5月14日,在中科院物理研究所会议室举行的发布会上,北京大学物理学院教授江颖在介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄

据《科技日报》报道,北京时间14日23点,《自然》刊登文章,介绍了我国科学家在世界上首次看到了离子水合物的原子级分辨图像,及发现了一种水合离子输运的幻数效应。

5月14日,在中科院物理研究所会议室举行的发布会上,北京大学物理学院教授江颖(左)和中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥在回答记者提问。新华社记者 金立旺 摄

完成这一工作的是北京大学江颖课题组、徐莉梅课题组、高毅勤课题组,以及中科院/北京大学王恩哥课题组。

水与其他物质的相互作用十分复杂。水能使很多盐溶解,而且能与溶解的离子结合形成团簇,这个过程称为离子水合,形成的是离子水合物。江颖教授说,离子水合在众多物理、化学、生物过程中都存在。

“100多年前,科学家就知道了水合离子的存在,但一直没有直接的实验证据,都是间接的。现在我们直接把这一过程拍了下来。”江颖说。

中国科学家利用自主研发的非接触式原子力显微镜,在世界上首先看到了水合离子的结构,首次获得了原子级分辨成像。王恩哥院士说,我们都知道水的结构,但直到这次我们才看清楚水分子中的氢原子在什么位置。氢原子是世界上最轻的原子,我们看到了自然界的原子的极限

在研究离子水合物的动力学输运性质过程中,科学家还发现了一种有趣的“幻数效应”:在氯化钠的表面,3个水分子与一个钠离子结合形成了水合离子,其运动速度极快,也就是说包含有3个水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力。

据介绍,这项研究首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联,刷新了人们对于离子输运的传统认识。这一认识对离子电池、防腐蚀、海水淡化、生物离子通道等具有重要的潜在意义。

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来源:科技日报 | 责任编辑:尹哲
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