此外，水与其他物质的相互作用同样十分非常复杂。北京大学物理学院量子材料科学中心教授江颖说，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

——这种过程可以说是无处不在，而且在众多物理、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。

事实上，离子水合物的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末，人们就意识到离子水合的存在并开始了系统的研究，然而，尽管经过了一百多年的努力，离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题，至今仍没有定论。

究其原因，关键在于缺乏单原子、单分子尺度的表征和调控手段，以及精准可靠的计算模拟方法。近年来，王恩哥、江颖与同事、学生一起合作，发展了原子水平上的高分辨扫描探针技术和针对轻元素体系的全量子化计算方法，在水/冰的结构和动力学研究中得到了成功的应用，通过实验和理论的深度融合，刷新了人们对水和其他氢键体系的认知。

当天，王恩哥表示，经过中国科学家20多年的持续投入、4个课题组的紧密合作，终于在实验上制备出的单个离子水合物团簇，并通过高分辨成像搞清楚了其几何吸附构型。

在此基础上，研究人员还发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物，具有异常高的扩散能力——说白了就是比其他水合物“跑得快”。

江颖说，这项工作对相关应用领域具有重要的潜在意义，比如：离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外，该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次，未来有望应用到更多更广泛的水合物体系，开辟全新的研究领域。

这项研究得到了《自然》杂志三个不同领域审稿人的好评，认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”，“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”。

来源：来点科学公众号