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我国科学家揭示水合离子微观结构和幻数效应
日期:2018-5-15  

  水是最普通的物质之一,但在微观层面,水的种种神奇之处一直困扰着科学家。日前,北京大学和中国科学院的一支联合研究团队,首次获得水合离子的原子级图像,并发现了一种水合离子输运的幻数效应,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。这项成果于北京时间14日在线发表在学术期刊《自然》上。

  离子水合过程和离子水合物是了解水与其他物质相互作用过程的关键,在盐的溶解、生命体内离子转移等过程中扮演着重要角色。

  为了得到单个离子水合物,并弄清楚单个离子水合物的几何吸附构型,科研人员发展了一套独特的离子操控技术以及非侵扰式原子力显微镜成像技术。由此,我国科学家们在国际上首次在实空间得到离子水合物的原子层次图像。

  在此基础上,科学家发现了离子水合物在动力学上具有幻数效应。幻数最早是指原子物理中一种独特的数值,在质子数和中子数为某个特定数值时,原子核的稳定性就比平均值大。后来也被广泛用于描述含有某种特定数值的物质,表现出的反常特性。

  北京大学物理学院教授江颖表示:“具体来说,含有3个水分子的离子水合物扩散得比较快。”分子动力学模拟结果表明,这一幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度,可以在包括室温在内的很大一个温度范围内存在,并适用于相当一部分盐离子体系。

  中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥表示,这项研究有很强的应用前景,选择性增强或减弱某种离子输运能力,在很多应用领域都具有重要的潜在意义。此外,该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次,未来有望应用到更多水合物体系,开辟全新的研究领域。

 来源:光明日报    编辑:张敏
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