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科学: 中国科学家首次获得水合钠离子原子级分辨图像

2018-05-15 09:28 来源:环球时报

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包含3个水分子的钠离子水合物,其具有异常高的扩散能力。 北大量子材料科学中心供图

近日,北京大学物理学院量子材料科学中心江颖课题组、徐莉梅课题组、北京大学化学与分子工程学院高毅勤课题组与中国科学院/北京大学王恩哥课题组合作,继2014年获得世界首张亚分子级分辨的水分子图像后,再次取得突破,首次得到了水合钠离子的原子级分辨图像,并发现了一种水合离子输运的幻数效应。

该项研究成果于5月14日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。

离子水合无处不在,在众多物理、化学、生物过程中扮演着重要角色

水是自然界中存量最丰富、人们最为熟悉,同时可能也是最不了解的一种物质。水与其他物质的相互作用是一个非常复杂的过程。

中科院院士王恩哥说:“由于水是强极性分子,它作为溶剂能使很多盐发生溶解,而且能与溶解的离子结合在一起形成团簇,此过程称为离子水合,形成的离子水合团簇被称为离子水合物。”

离子水合可以说是无处不在,在众多物理、化学、生物过程中扮演着重要的角色,比如:盐的溶解、电化学反应、生命体内的离子转移、大气污染、海水淡化、腐蚀等。

“由于离子与水之间的相互作用,离子不仅会影响水的氢键网络构型,而且会影响水分子的各种动力学性质,比如:水分子的振动、转动、扩散、质子转移等。”北京大学物理学院量子材料科学中心江颖教授说:“反过来,水分子在离子周围形成水合壳层,会对离子的电场产生屏蔽,并影响离子的动力学性质,比如:离子的输运和传导等。尤其是在受限体系(比如纳米流体)中,由于尺寸效应,这种影响尤为明显。”

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