近日，继2014年获得世界首张亚分子级分辨的水分子图像后，中国科学家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。该成果于5月14日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。

此项目由北京大学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完成。

北京大学物理学院量子材料科学中心教授江颖介绍，该研究对离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等很多相关应用领域都具有重要的潜在意义。

江颖说，研究人员经过不断的尝试和摸索，发展了基于扫描隧道显微镜的一套独特离子操控技术，可控地制备含有不同水分子数目的单个离子水合物；发展了基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术，可以依靠极其微弱的高阶静电力来扫描成像，并将此技术应用到离子水合物体系，首次获得了原子级分辨成像，同时结合第一性原理计算和原子力图像模拟，成功确定了其原子吸附构型。这也是国际上首次在实空间得到离子水合物的原子层次图像。

同时，研究人员还发现了一种奇妙的动力学幻数效应：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，迁移率比其他水合物要高1到2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率。这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度，可以在很大一个温度范围内存在（包括室温）。

“这项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。”江颖说。（王谌）

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