3月16日，深圳理工大學(xué)（籌）、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院丁峰教授聯(lián)合韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)新材料工程系教授Shin Hyung-jun研究團隊開發(fā)了一種“單離子控制技術(shù)”，首次成功地在原子級別上觀察到了食鹽的溶解過程，并實現(xiàn)在原子級別控制食鹽（氯化鈉）的溶解過程。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》（Nature Communications）上。這一突破性發(fā)現(xiàn)不僅在理論意義上為理解溶液中帶電原子（離子）的行為提供了新的視角，還可能對電池、半導(dǎo)體等眾多應(yīng)用領(lǐng)域新材料開發(fā)產(chǎn)生重要影響。
鹽，作為我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷奈镔|(zhì)之一，其溶解過程看似簡單，但其背后的帶電離子的行為卻極為復(fù)雜。傳統(tǒng)的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。過往科學(xué)家們傾注了很多努力，但仍然沒能觀察到食鹽在水中溶解的原子過程。
為了解決這一難題，丁峰、Shin Hyung-jun研究團隊在極低溫度（-268.8℃）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（STM實現(xiàn)了精確控制水分子移動，并觀察到了食鹽中單個氯離子（Cl-）的溶解過程。
研究人員發(fā)現(xiàn)，通過精確控制水分子的位置和移動，可以在鈉離子（Na+）和氯離子（Cl-）之間產(chǎn)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(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致選擇性的溶解。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了離子溶解的微觀機制，也為新型材料的設(shè)計提供了可能。研究團隊還通過系統(tǒng)的密度泛函計算解釋了水分子在氯化鈉表面溶解鈉離子（Na+）和氯離子（Cl-）的動力學(xué)過程，獲得了跟實驗觀察非常一致的結(jié)果。
深圳理工大學(xué)（籌）材能學(xué)院丁峰教授介紹到，理論計算與模擬對于在理解發(fā)生在材料表面的動力學(xué)過程起到了關(guān)鍵的作用，這是他長期以來提出“材料制造、理論先行”的成功實踐的典范。
“離子是我們周圍常見的帶電原子，它們能夠顯著改變電池或半導(dǎo)體材料性能。通過開發(fā)的單離子控制技術(shù)，我們計劃進一步擴展與離子相關(guān)的各種基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用研究”，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)Shin教授表示。
圖1為食鹽溶于水的圖像以及在原子層面上發(fā)生的單個離子溶解過程
圖2為通過控制水分子的選擇性陰離子提取過程示意圖
圖3為丁峰教授（前排右五）與韓國科研團隊
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