原子尺度上的 水科学
演讲嘉宾:北京大学教授、 博士生导师 江 颖
精彩观点摘登:
从水的基本性质和水与无机离子相互作用的基础研究出发,为盐湖资源的分离提取提供了新认识和新思路。
有人总结过水大概有70多个反常的特性,比如热胀冷缩、高比热、高热导等。水分子和分子之间靠“氢键”联系在一起,形成复杂的网络结构。为了研究水的复杂结构、水与离子的相互作用、水与材料界面的相互作用等,我们的研究团队开发了高分辨扫描探针显微技术,利用该技术可建立水分子的图像,揭示在特定条件下水分子之间形成的复杂结构、水分子与离子的相互作用、水分子在材料界面上的行为等。
在无机盐的水溶液中,离子的分散情况、离子与水分子之间的相互作用、离子和离子之间的相互作用都呈现了比较复杂的状态。在特定的条件下,锂、钠、钾离子通过与水分子的作用,可以形成特定的链状结构,不同离子形成离子链的“粗细”不同,在锂、钠、钾各自形成的离子链中,锂离子形成的离子链相对较“粗”。在混合离子的水溶液中,离子链的形成也呈现了不同的特征,有的离子倾向于单独成链,有的离子倾向于共同成链。
氢能引起了广泛的关注,氢气主要是靠电解水制备的。要提高电解效率、降低电解成本,深入研究和理解氢在电极表面水层中的微观形态和反应过程很重要。采用高分辨显微技术可以深化这方面的研究,为选择和制备更好的电极材料提供帮助。
深入到原子和分子尺度,研究水的微观结构、水与离子的相互作用、水与材料界面的相互作用等,可为海水淡化、离子分离、水解制氢、防结冰等实际应用问题提供全新的思路和解决方案。