水是最普通的物質(zhì)之一，但在微觀層面，水的種種神奇之處一直困擾著科學(xué)家。日前，北京大學(xué)和中國科學(xué)院的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，首次獲得水合離子的原子級圖像，并發(fā)現(xiàn)了一種水合離子輸運(yùn)的幻數(shù)效應(yīng)，建立了離子水合物的微觀結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)之間的直接關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)成果于北京時間14日在線發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
　　離子水合過程和離子水合物是了解水與其他物質(zhì)相互作用過程的關(guān)鍵，在鹽的溶解、生命體內(nèi)離子轉(zhuǎn)移等過程中扮演著重要角色。
　　為了得到單個離子水合物，并弄清楚單個離子水合物的幾何吸附構(gòu)型，科研人員發(fā)展了一套獨(dú)特的離子操控技術(shù)以及非侵?jǐn)_式原子力顯微鏡成像技術(shù)。由此，我國科學(xué)家們在國際上首次在實(shí)空間得到離子水合物的原子層次圖像。
　　在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了離子水合物在動力學(xué)上具有幻數(shù)效應(yīng)。幻數(shù)最早是指原子物理中一種獨(dú)特的數(shù)值，在質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)為某個特定數(shù)值時，原子核的穩(wěn)定性就比平均值大。后來也被廣泛用于描述含有某種特定數(shù)值的物質(zhì)，表現(xiàn)出的反常特性。
　　北京大學(xué)物理學(xué)院教授江穎表示：“具體來說，含有3個水分子的離子水合物擴(kuò)散得比較快?！狈肿觿恿W(xué)模擬結(jié)果表明，這一幻數(shù)效應(yīng)來源于離子水合物與表面晶格的對稱性匹配程度，可以在包括室溫在內(nèi)的很大一個溫度范圍內(nèi)存在，并適用于相當(dāng)一部分鹽離子體系。
　　中科院院士、北京大學(xué)講席教授王恩哥表示，這項(xiàng)研究有很強(qiáng)的應(yīng)用前景，選擇性增強(qiáng)或減弱某種離子輸運(yùn)能力，在很多應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要的潛在意義。此外，該工作發(fā)展的實(shí)驗(yàn)技術(shù)也首次將水合相互作用的研究精度推向了原子層次，未來有望應(yīng)用到更多水合物體系，開辟全新的研究領(lǐng)域。
　?。ㄔd于《光明日報》 2018-05-15 01版）