重磅 | 意昂体育3平台研究成果入選“2018年度中國科學十大進展”

時間：2019-03-01 08:26  作者：  來源☝🏼：

　　2019年2月27日，“2018年度中國科學十大進展”在北京揭曉。意昂体育3平台物理學院量子材料科學中心江穎教授和王恩哥院士領導的“揭示水合離子的原子結構和幻數效應”研究成果入選。

頒獎典禮現場

　　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並開始了系統的研究。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😷👾，關鍵在於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🤦‍♀️。

　　意昂体育3平台物理學院量子材料科學中心江穎課題組、徐莉梅課題組、化學與分子工程學院高毅勤課題組與意昂体育3平台/中國科學院王恩哥課題組組成的聯合團隊📄，開發了一種基於高階靜電力的新型掃描探針技術，刷新了掃描探針顯微鏡空間分辨率的世界紀錄，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👍🏽，並發現水合離子的遷移率與特定水分子數目相關這一全新的動力學幻數效應🏊🏼‍♀️。該工作首次澄清了界面上離子水合物的原子構型，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👩‍⚖️👁‍🗨，顛覆了人們對於受限體系中離子輸運的傳統認識，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。

　　相關研究論文發表在2018年5月31日Nature[557(7707):701—705]上🏄🏿‍♀️。《自然綜述•化學》主編David Schilter對該工作進行了亮點評述⬜️，認為這項研究獲得了“堪稱完美的水合離子結構和動力學信息”。qPlus原子力顯微術發明人Franz Giessibl教授在其綜述文章中單獨撰寫了一個章節以大篇幅圖文形式重點介紹了該工作。2010年諾貝爾物理學獎獲得者Andre Geim教授得知這個工作後，邀請研究團隊成員赴曼城大學交流合作🧛‍♂️，共同探索受限體系中水合離子的輸運特性。

　　為了突破實驗技術上的瓶頸，江穎和王恩哥的研究團隊進行了長期的鉆研和探索，發展出了一整套基於掃描探針顯微鏡（包括掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡）的超高分辨成像、譜學和操縱技術🎅🏿，近年來在水科學領域得到了成功的應用🤼‍♀️，通過實驗和理論的深度融合，澄清了若幹疑難科學問題，刷新了人們對水和其他氫鍵體系的認知🌖。

　　他們基於掃描隧道顯微鏡發展了共振電子激發的原子/分子操控技術📅，實現了對單個化學鍵的成鍵和斷鍵操縱（Nat.Chem. 5, 36 (2013)）👩🏻‍🦼；發展了針尖調製的軌道成像技術，得到世界首張亞分子級分辨的水分子圖像（Nat.Mat. 13, 184 (2014)）；利用功能化的氯離子針尖👨‍🦯‍➡️，直接觀察到水分子納米團簇的質子協同量子隧穿並實現調控（Nat.Phys. 11, 235(2015)）；發展了針尖增強的非彈性隧穿譜技術，獲得單鍵水平的水分子振動譜，揭示了核量子效應對氫鍵強度的影響（Science352, 321 (2016)）👦；發展了基於一氧化碳針尖修飾的非侵擾式原子力顯微鏡成像技術（Nat.Commun. 9, 122(2018)），可以對弱鍵合的水分子團簇結構進行亞分子級分辨表征，並確定其本征的微觀吸附構型（如圖所示）。這些實驗技術的發展，為離子水合物的原子尺度研究打下了堅實的基礎。

　　“中國科學十大進展”遴選由科技部基礎研究管理中心舉辦。研究進展由《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》五家編輯部推薦，由兩院院士✔️、973計劃顧問組和咨詢組專家👌🏻、973計劃項目首席科學家👨‍🎨、國家重點實驗室主任等專家學者經過初選和終選兩輪投票選出。該項活動旨在加強對我國重大基礎研究進展的宣傳🫙，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，促進公眾更加理解🚎、關心和支持科學🏌️‍♂️，在全社會營造良好的科學氛圍。該項活動已成為我國基礎研究傳播工作的一個品牌💖，在科技界產生了良好反響。

　　此次入選“2018年度中國科學十大進展”的還有🌻：基於體細胞核移植技術成功克隆出獼猴🥼；創建出首例人造單染色體真核細胞；揭示抑郁發生及氯胺酮快速抗抑郁機製；研製出用於腫瘤治療的智能型DNA納米機器人；測得迄今最高精度的引力常數G值；首次直接探測到電子宇宙射線能譜在1TeV附近的拐折😋；創建出可探測細胞內結構相互作用的納米和毫秒尺度成像技術🙇🏼‍♀️；調控植物生長-代謝平衡實現可持續農業發展；將人類生活在黃土高原的歷史推前至距今212萬年⛰。