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中科大发现常温下水的全新存在形式

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来源: 作者: 2019-05-17 00:40:51

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中国科学技术大学教授吴恒安和特任副研究员王奉超与英、德科学家合作, 近日在受限水结构研究方面再次获得突破性进展,首次观察到石墨烯毛细通道中常温下的受限水以二维方形冰结构的情势存在。研究成果近日发表于《自然物联网近期新闻摘要(第27期)
》杂志。

水是生物体最重要的组成部分,可以以液体、气体和固体等形态存在。不过,界面处或者受限空间内水的结构和动力学行为却并不完全为人所知。此次由德、中、英三国组成的联合研究团队发现,在常温下受限于石墨烯片之间的水会整齐排列成规则的二维方形结构。这是常温下水的一种全新存在形式,突破了长久以来人们对冰的已有认识,该研究成果对于解释低维空间内水的快速输运具有重要意义。

吴恒安课题组在该研究中的核心贡献是,采用分子动力学摹拟揭露了二维方形冰形成机理,在石墨烯片之间的分子间作用力影响下,使水中的氢键络从立体向平面转变,从而构成有序的方形晶体结构。摹拟结果还预测,该二维方形冰结构在受限空间内普遍存在,在非石墨烯片及多种不同表面性质的毛细通道内也可能观察到该特殊方形冰结构的形成。

《自然》期刊站以首页头条形式第一时间对该成果进行了报道,并在同期的视点栏目约请国际著名水科学家、英国皇家学会Alan K. Soper院士对该成果进行了重点评论和展望。评论指出,该成果首次明确阐述了水在石墨烯毛细通道内的形态和范德华力在纳米尺度下起到的重要作用,有助于人们进一步认识生物通道内或表面水的输运机制和活动控制机理。

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