发现奇妙的动力学“幻数效应”
在得到离子水合物的微观图像后， 研究人员进一步对其动力学输运性质做了研究， 发现了一种有趣的效应：在氯化钠晶体表面运动时， 包含有特定数目水分子的钠离子水合物似乎患上了“多动症”——具有异常高的扩散能力， 运动速度比其他的水合物要高10-100倍 。 研究人员将这种特性称为动力学的“幻数效应” 。
为什么会出现这种奇特的现象？通过模拟计算， 研究人员发现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 。 简单来说， 就是包含1、2、4、5个水分子的钠离子水合物容易被氯化钠晶体表面“卡住”， 而含有3个水分子的离子水合物， 由于对称性与衬底不匹配， 却很难被“卡住”， 所以会在其表面很快速地“滑动” 。
这一工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联， 刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识 。
水合离子变得可以操控， 能为我们带来什么？
据了解， 这项研究工作得到了《自然》杂志三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏 。 他们认为， 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” 。
王恩哥院士介绍， “该项研究的结果表明， 我们可以通过改变材料表面的对称性和周期性， 来实现选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的 。 这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义 。 ”
比如可以研发出新型的离子电池 。 江颖告诉采访人员， 现在我们所使用的锂离子电池， 其电解液一般是由大分子聚合物组成， 而基于这项最新的研究， 将有可能开发出一种基于水合锂离子的新型电池 。 “这种电池将大大提高离子的传输速率， 从而缩短充电时间和增大电池功率， 更加环保、成本也将大幅降低 。 ”
另外， 这项成果还为防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等前沿领域的研究开辟了一条新的途径 。 同时， 由该工作发展出的高精度实验技术未来还有望应用到更多更广泛的水合物体系 。
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