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揭示水合离子的原子结构跟幻数效应
时间: 2019-03-01

离子与水分子结合形成水合离子是自然界最为常见跟重要的气象之一,在很多物理、化学、生物过程中表演着重要的角色。早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究。一百多年来,水合离子的微观构造跟能源学始终是学术界辩论的焦点,至今仍不定论。究其起因,关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段以及精准坚固的盘算模拟方法。北京大学物理学院量子材料科学中心江颖、王恩哥和徐莉梅研究组与化学与分子工程学院高毅勤研讨组等配合,开发了一种基于高阶静电力的新型扫描探针技能,刷新了扫描探针显微镜空间分辨率的世界纪录,实现了氢原子的直接成像和定位,在国际上首次获得了单个钠离子水合物的原子级辩白图像,并发明特定数目的水分子可能将水合离子的迁徙率提高多少个量级,这是一种全新的动力学幻数效应。联合第一性原理打算和经典分子能源学模仿,他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与名义晶格的对称性匹配程度,而且在室温条件下仍然存在,并存在一定的普适性。该工作首次澄清了界面上离子水合物的原子构型,并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,颠覆了人们对受限体系中离子输运的传统意识。这对离子电池、防堕落、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等很多应用范围都具备主要的潜在意思。


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