中新網北京3月23日電 (記者 孫自法)作為柴、米、油、鹽、醬、醋、茶「開門七件事」之一，人們熟悉的、日常生活中常用到的食鹽(氯化鈉)是如何溶解的？機制是什麽？長期以來公眾頗感興趣，學界也持續關註和研究。
記者23日從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院研究員、深圳理工大學(籌)教授丁峰聯合南韓蔚山科學技術大學新材料工程系教授申炯畯(Shin Hyung-jun)研究團隊開發出一種「單離子控制技術」，在國際上首次成功在原子級別上觀察到食鹽的溶解過程，並實作在原子級別控制食鹽的溶解過程。
食鹽溶於水的影像以及在原子層面上發生的單個離子溶解過程示意圖。中國科學院深圳先進技術研究院/供圖
這一揭示食鹽原子級別溶解機制的突破性科研成果論文，近日在國際學術期刊【自然-通訊】(Nature Communications)上發表，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、半導體等眾多套用領域新材料開發產生重要影響。
論文共同通訊作者丁峰介紹說，鹽作為日常生活中最常見的物質之一，其溶解過程看似簡單，但其背後的帶電離子的行為卻極為復雜。傳統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。科學家們過往傾註了很多努力，但一直沒能觀察到食鹽在水中溶解的原子過程。
為解決這一難題，中韓合作研究團隊這次在-268.8℃的極低溫度下，將單個水分子沈積在僅有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)實作精確控制水分子移動，並觀察到食鹽中單個氯離子的溶解過程。
透過控制水分子的選擇性陰離子提取過程示意圖。中國科學院深圳先進技術研究院/供圖
研究團隊發現，透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：氯離子由於其較高的極化率，比鈉離子更容易與水分子發生反應，從而導致選擇性的溶解。這一發現不僅揭示了離子溶解的微觀機制，也為新型材料的設計提供了可能。研究團隊進一步透過系統的密度泛函計算，解釋了水分子在氯化鈉表面溶解鈉離子和氯離子的動力學過程，獲得了跟實驗觀察非常一致的結果。
丁峰表示，此次提示鹽原子級別溶解機制研究成果，實證理論計算與模擬對於在理解發生在材料表面的動力學過程起到關鍵作用，這是他長期以來提出「材料制造、理論先行」的成功實踐的典範。
丁峰教授(前排右五)與南韓科研團隊。中國科學院深圳先進技術研究院/供圖
論文共同通訊作者申炯畯透露，離子是常見的帶電原子，它們能夠顯著改變電池或半導體材料效能。透過開發的單離子控制技術，研究團隊計劃進一步擴充套件與離子相關的各種基礎技術和套用研究。(完)
