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        我國科學(xué)家首次揭示水合離子微觀結(jié)構(gòu)——技術(shù)達(dá)到原子觀測的極限 對(duì)離子電池、海水淡化等領(lǐng)域有重要意義

        2018-05-14 12:06:02
        科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2018年32期
        關(guān)鍵詞:水合淡化高精度

        新華社電 記者董瑞豐 北京大學(xué)和中國科學(xué)院的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)日前利用自主研發(fā)的高精度顯微鏡,首次獲得水合離子的原子級(jí)圖像,并發(fā)現(xiàn)其輸運(yùn)的“幻數(shù)效應(yīng)”,未來在離子電池、海水淡化以及生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域等將有重要應(yīng)用前景。該成果于北京時(shí)間5月14日由國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

        水是人類熟悉但并不真正了解的一種物質(zhì)。水與溶解其中的離子結(jié)合在一起形成團(tuán)簇,稱為水合離子,鹽的溶解、大氣污染、生命體內(nèi)的離子轉(zhuǎn)移等都與水合離子有關(guān)。19世紀(jì)末科學(xué)家就開始相關(guān)研究,但由于缺乏原子尺度的實(shí)驗(yàn)手段以及精準(zhǔn)可靠的計(jì)算模擬方法,水合離子的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)一直是學(xué)術(shù)界爭論的焦點(diǎn)。

        中科院院士、北京大學(xué)講席教授王恩哥與北京大學(xué)物理學(xué)院教授江穎帶領(lǐng)課題組,在實(shí)驗(yàn)中首次獲得了單個(gè)的水合離子,隨后通過高精度掃描探針顯微鏡,得到其原子級(jí)分辨圖像。

        這是一百多年來人類首次直接“看到”水合離子的原子級(jí)圖像。

        “觀測到了最小的原子——?dú)湓?,幾乎已?jīng)達(dá)到極限,可以對(duì)原子核與電子的量子效應(yīng)同時(shí)進(jìn)行精確描述。”王恩哥說。

        經(jīng)過高精度觀測,中國科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了水合離子的“幻數(shù)效應(yīng)”,即包含3個(gè)水分子的鈉離子水合物在表面上具有異常高的擴(kuò)散能力。

        江穎介紹,該研究結(jié)果意味著,可以選擇性增強(qiáng)或減弱某種離子的輸運(yùn)能力,在離子電池、防腐蝕、電化學(xué)反應(yīng)、海水淡化、生物離子通道等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的潛在意義。

        “比如,可以通過對(duì)離子電池的電極材料進(jìn)行界面調(diào)控,借助‘幻數(shù)效應(yīng)提高離子的傳輸速率,從而縮短充電時(shí)間和增大電池功率?!苯f說。

        5月16日,參觀者在一個(gè)仿水運(yùn)儀機(jī)械裝置前駐足觀看。當(dāng)日,以“傾聽時(shí)間故事 探秘宇宙奇觀”為主題的時(shí)間故事科普展在上??萍拣^舉行。展覽結(jié)合多媒體、互動(dòng)裝置和鐘表實(shí)物陳列向觀眾呈現(xiàn)多維度的時(shí)間故事。

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