我國科學家首次揭示水合離子微觀結構——技術達到原子觀測的極限 對離子電池、海水淡化等領域有重要意義

新華社電 記者董瑞豐 北京大學和中國科學院的一支聯合研究團隊日前利用自主研發的高精度顯微鏡，首次獲得水合離子的原子級圖像，并發現其輸運的“幻數效應”，未來在離子電池、海水淡化以及生命科學相關領域等將有重要應用前景。該成果于北京時間5月14日由國際頂級學術期刊《自然》在線發表。

水是人類熟悉但并不真正了解的一種物質。水與溶解其中的離子結合在一起形成團簇，稱為水合離子，鹽的溶解、大氣污染、生命體內的離子轉移等都與水合離子有關。19世紀末科學家就開始相關研究，但由于缺乏原子尺度的實驗手段以及精準可靠的計算模擬方法，水合離子的微觀結構和動力學一直是學術界爭論的焦點。

中科院院士、北京大學講席教授王恩哥與北京大學物理學院教授江穎帶領課題組，在實驗中首次獲得了單個的水合離子，隨后通過高精度掃描探針顯微鏡，得到其原子級分辨圖像。

這是一百多年來人類首次直接“看到”水合離子的原子級圖像。

“觀測到了最小的原子——氫原子，幾乎已經達到極限，可以對原子核與電子的量子效應同時進行精確描述。”王恩哥說。

經過高精度觀測，中國科學家還發現了水合離子的“幻數效應”，即包含3個水分子的鈉離子水合物在表面上具有異常高的擴散能力。

江穎介紹，該研究結果意味著，可以選擇性增強或減弱某種離子的輸運能力，在離子電池、防腐蝕、電化學反應、海水淡化、生物離子通道等應用領域具有重要的潛在意義。

“比如，可以通過對離子電池的電極材料進行界面調控，借助‘幻數效應提高離子的傳輸速率，從而縮短充電時間和增大電池功率。”江穎說。

5月16日，參觀者在一個仿水運儀機械裝置前駐足觀看。當日，以“傾聽時間故事 探秘宇宙奇觀”為主題的時間故事科普展在上海科技館舉行。展覽結合多媒體、互動裝置和鐘表實物陳列向觀眾呈現多維度的時間故事。