我國研究團隊首獲水合離子原子級圖像

• 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)市場調(diào)研及前景預(yù)測報告

  本研究咨詢報告由中研普華咨詢公司領(lǐng)銜撰寫，在大量周密的市場調(diào)研基礎(chǔ)上，主要依據(jù)了國家統(tǒng)計局、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)合研究團隊日前利用自主研發(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議室介紹水合離子的原子級圖像以及其輸運的“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間5月14日發(fā)表于頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》。

對于水這種物質(zhì)的研究，水是強極性分子，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)合在一起形成團簇，此過程稱為離子水合。其實早在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)可靠的計算模擬方法，水合離子的微觀結(jié)構(gòu)和動力學(xué)一直是學(xué)術(shù)界爭論的焦點。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)和針對輕元素體系的全量子化計算方法，在水/冰的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)研究中得到了成功的應(yīng)用，通過實驗和理論的深度融合，刷新了人們對水和其他氫鍵體系的認知。

鈉離子水合物的亞分子級分辨成像?

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北京大學(xué)和中國科學(xué)院的一支聯(lián)合研究團隊日前利用自主研發(fā)的高精度顯微鏡,首次獲得水合離子的原子級圖像,并發(fā)現(xiàn)其輸運的“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)可以選擇性增強或減弱某種離子的輸運能力，對相關(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速度達到增強離子電池的續(xù)航能力;再者可以實現(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)計具有特定表面對稱性和周期性的納米孔道，借助幻數(shù)效應(yīng)來促進離子的擴散，讓淡化效率大大提高，甚至可以選擇性地通過一些對人體有用的離子，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)用價值。也因為如此，《自然》雜志審稿人認為，該工作“為在納米尺度控制表面上的水合離子輸運提供了新的途徑并可以拓展到其他水合體系”，“會馬上引起理論和應(yīng)用表面科學(xué)領(lǐng)域的廣泛興趣”。

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