科研人員首次揭示氯化鈉原子級別溶解機(jī)制

來源：科技日報(bào)

科技日報(bào)記者 羅云鵬 通訊員 孟倩羽

記者3月23日獲悉， 深圳理工大學(xué)（籌）、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種“單離子控制技術(shù)”，首次在原子級別上觀察到了食鹽的溶解過程，并實(shí)現(xiàn)在原子級別控制食鹽（氯化鈉）的溶解過程。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。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》上。

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(gè)離子的行為。

食鹽溶于水的圖像以及在原子層面上發(fā)生的單個(gè)離子溶解過程?？蒲袌F(tuán)隊(duì)供圖

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)在極低溫度（268.8℃）下，將單個(gè)水分子沉積在僅有2到3個(gè)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，實(shí)現(xiàn)精確控制水分子移動(dòng)，并觀察到食鹽中單個(gè)氯離子的溶解過程。

研究人員發(fā)現(xiàn)，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(jī)制，也為新型材料的設(shè)計(jì)提供了可能。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過系統(tǒng)的密度泛函計(jì)算解釋了水分子在氯化鈉表面溶解鈉離子和氯離子的動(dòng)力學(xué)過程，獲得與實(shí)驗(yàn)觀察一致結(jié)果。