近日，深圳理工大學（籌）材能學院教授、中國科學院深圳先進技術研究院丁峰團隊聯合韓國蔚山科學技術大學新材料工程系教授Shin Hyung-jun研究團隊開發了一種“單離子控制技術”，研究團隊成功在原子級別上觀察到食鹽溶解過程，并實現了在原子級別控制氯化鈉的溶解過程。相關研究成果發表在《自然—通訊》上。
鹽，作為最常見的物質之一，其溶解過程背后，帶電離子的行為卻極為復雜。傳統研究方法只能測量溶液中離子的平均特性，而無法精確觀察到單個離子的行為。為了解決這一難題，研究團隊在零下268.8攝氏度下，將單個水分子沉積在僅有2到3個原子厚度的薄鹽膜上，利用具有原子級分辨率的掃描隧道顯微鏡精確控制水分子移動，觀察到了食鹽中單個氯離子的溶解過程。
丁峰介紹，理論計算與模擬對于理解發生在材料表面的動力學過程起到了關鍵作用。通過精確控制水分子的位置和移動，可以在鈉離子和氯離子之間產生顯著的相互作用差異。氯離子由于其較高的極化率，比鈉離子更容易與水分子發生反應，從而導致選擇性溶解。這一發現不僅揭示了離子溶解的微觀機制，也為新型材料設計提供了可能。
據悉，這一突破性發現不僅在理論意義上為理解溶液中帶電原子的行為提供了新的視角，還可能對電池、半導體等眾多應用領域新材料開發產生重要影響。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46704-y
食鹽溶于水的圖像以及在原子層面上發生的單個離子溶解過程 科研團隊供圖
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