“水合離子的原子結構和幻數效應”入2018中國科學十大進展

　　2019年2月27日上午，2018年度中國科學十大進展發布，相關領域的專家逐項解讀了入選本年度十大進展的成果。國家重點研發計劃“量子調控與量子信息”重點專項支持的“揭示水合離子的原子結構和幻數效應”入選2018年度中國科學十大進展。該成果由北京大學江穎、王恩哥等合作完成。該工作首次澄清了界面上離子水合物的原子構型，并建立了離子水合物的微觀結構和輸運性質之間的直接關聯，顛覆了人們對于受限體系中離子輸運的傳統認識。

　　離子與水分子結合形成水合離子是自然界最為常見和重要的現象之一，在很多物理、化學、生物過程中扮演著重要的角色。早在19世紀末，人們就意識到離子水合作用的存在并開始了系統的研究。一百多年來，水合離子的微觀結構和動力學一直是學術界爭論的焦點，至今仍沒有定論。究其原因，關鍵在于缺乏原子尺度的實驗表征手段以及精準可靠的計算模擬方法。江穎等科研人員開發了一種基于高階靜電力的新型掃描探針技術，實現了氫原子的直接成像和定位，在國際上首次獲得了單個鈉離子水合物的原子級分辨圖像，并發現特定數目的水分子可以將水合離子的遷移率提高幾個量級，這是一種全新的動力學幻數效應。結合第一性原理計算和經典分子動力學模擬，他們發現這種幻數效應來源于離子水合物與表面晶格的對稱性匹配程度，而且在室溫條件下仍然存在，并具有一定的普適性。這對離子電池、防腐蝕、電化學反應、海水淡化、生物離子通道等很多應用領域都具有重要的潛在意義。