研究人员在原子水平上观察盐的溶解

UNIST 的一个研究小组通过在原子水平上观察盐在水中的溶解情况并通过实验揭示了其基本原理，取得了突破性的成就。

由UNIST材料科学与工程系的Hyung-Joon Shin教授及其研究人员领导的团队介绍了创新的“单离子控制技术”。这种尖端方法能够精确操纵单个水分子，从而有选择地从盐中提取特定离子。

该研究结果于2024年3月16日发表在《自然通讯》上。

盐由钠阳离子 (Na + ) 和氯阴离子 (Cl - ) 之间牢固的离子键组成，浸入水中时会经历转变过程。水分子的正负极性之间的相互作用破坏了钠离子和氯离子之间的键，导致它们分离并形成盐水。

虽然盐溶解在水中的原理看似简单，但之前的研究主要从理论上探讨了这种现象。然而，迄今为止，通过实验确认哪些离子首先溶解在水中并阐明水分子削弱盐离子键的机制的能力仍然难以捉摸。 Shin 教授表示：“挑战在于研究和控制水中溶解离子的动态运动中的单个离子的复杂性。”

在 –268.8°C 的低温和超高真空条件下进行的一项精心控制的实验中，研究小组将一个水分子放置在由两到三个原子层组成的薄盐膜上。研究小组采用能够进行原子尺度测量的扫描隧道显微镜 (STM)，观察到当水分子水平穿过盐膜时，高度发生了 10 皮米 (pm) 的微小变化。这一观察结果归因于氯阴离子和水分子之间的强烈相互作用。

通过策略性地沿着具有不同原子厚度的盐膜移动水分子，研究人员成功地诱导氯阴离子从其路径上消失。水分子的极性在破坏盐的离子键方面发挥了关键作用，导致氯阴离子先于钠阳离子出现。

研究小组进一步强调，氯阴离子的极化率比钠阳离子高 20 倍，这使得它们对水分子引起的外部电变化高度敏感。这种增强的响应能力在原子与周围环境缺乏足够结合的区域尤其明显。

该论文的第一作者 Huijun Han(UNIST 材料科学与工程联合硕士/博士项目)表示：“虽然盐在水中熔化的理论理解早已建立，但我们成功地通过精确的水分子控制标志着一项重大的实验突破。”

“离子在改变电池和半导体材料的性能方面发挥着关键作用，”辛教授强调。 “我们设想利用单离子控制技术来推进与离子功能相关的基础技术。”