近日，深圳理工大学（筹）、中国科学院深圳先进技术研究院丁峰教授联合韩国蔚山科学技术大学新材料工程系教授Shin Hyung-jun研究团队开发了一种“单离子控制技术”，首次成功地在原子级别上观察到了食盐的溶解过程，并实现在原子级别控制食盐（氯化钠）的溶解过程。相关研究成果发表在国际学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。

这一突破性发现不仅在理论意义上为理解溶液中带电原子（离子）的行为提供了新的视角，还可能对电池、半导体等众多应用领域新材料开发产生重要影响。

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盐，作为我们日常生活中最常见的物质之一，其溶解过程看似简单，但其背后的带电离子的行为却极为复杂。传统的研究方法只能测量溶液中离子的平均特性，而无法精确观察到单个离子的行为。过往科学家们倾注了很多努力，但仍然没能观察到食盐在水中溶解的原子过程。

为了解决这一难题，丁峰、Shin Hyung-jun研究团队在极低温度（-268.8℃）下，将单个水分子沉积在仅有2到3个原子厚度的薄盐膜上，利用具有原子级分辨率的扫描隧道显微镜（STM实现了精确控制水分子移动，并观察到了食盐中单个氯离子（Cl-）的溶解过程。

食盐溶于水的图像以及在原子层面上发生的单个离子溶解过程

通过控制水分子的选择性阴离子提取过程示意图

研究人员发现，通过精确控制水分子的位置和移动，可以在钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）之间产生显著的相互作用差异。氯离子由于其较高的极化率，比钠离子更容易与水分子发生反应，从而导致选择性的溶解。这一发现不仅揭示了离子溶解的微观机制，也为新型材料的设计提供了可能。研究团队还通过系统的密度泛函计算解释了水分子在氯化钠表面溶解钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）的动力学过程，获得了跟实验观察非常一致的结果。

丁峰教授（前排右五）与韩国科研团队

深圳理工大学（筹）材能学院丁峰教授介绍道，理论计算与模拟对于在理解发生在材料表面的动力学过程起到了关键的作用，这是他长期以来提出“材料制造、理论先行”的成功实践的典范。

“离子是我们周围常见的带电原子，它们能够显著改变电池或半导体材料性能。通过开发的单离子控制技术，我们计划进一步扩展与离子相关的各种基础技术和应用研究”，韩国蔚山科学技术大学Shin教授表示。

（学校供图）

编辑 吴诗敏 审读 韩绍俊 二审 桂桐 三审 张雪松