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揭示水合离子的微观结构和幻数效应的研究
众所周知,盐放入水中会发生溶解,溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究,最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验(Transference experiments)。虽然经过了一百多年的努力,离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题,至今仍没有定论。究其原因,关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段,以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差,只能得到平均效应,无法探测局域环境的影响,实验数据的解释异常困难,甚至得出完全矛盾的结论,因此受到很大的限制。另一方面,由于水分子具有全量子化效应,且水分子与离子相互作用也非常微弱,这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右,依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸:1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈,研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术,在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子,水分子的数目精确可调,为高分辨成像创造了条件。在此基础上,他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术,依靠及其微弱的高阶静电力,克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征,精确确定了其微观吸附构型(图2)。这也是水合离子的概念提出一百多年来,首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步,研究人员利用带电的针尖作为电极,控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运,发现了一种有趣的幻数效应:包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力,迁移率比其他水合物要高1-2个量级,甚至远高于体相离子的迁移率(图3)。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度,而且可以在很大一个温度范围内存在(包括室温)。此外,研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性,适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a,效果图:包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b,分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型,而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联,刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明,可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运,从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的,这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义,比如:离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外,该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次,未来有望应用到更多更广泛的水合物体系,开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏(Overall, I enjoyed reading this manuscript),认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”(The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science),“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”(This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems)。
北京大学 2021-04-11
多载体HIV疫苗序贯和重复免疫的研究
北京工业大学 2021-04-14
牙科铸造烤瓷镍铬钼合金的研究和临床应用
牙科烤瓷固定修复技术是近20多年来国内外临床普遍采用的镶牙技术,它使得修复体既具有金属的强韧性又具有陶瓷的耐磨性和美观光泽。贱金属烤瓷合金是目前国内绝大多数牙科加工厂用的消耗材料,每年全国使用量约8-12万公斤,现大部分采用进口合金,价格较高。本成果采用多元化合金设计、加入微量的稀有金属元素、不含有毒元素铍、真空特种冶炼技术,生产出物理化学性能,金瓷结合性能、临床加工性能、生物安全性能优异、价位适中的镍铬钼烤瓷铸造合金。已在全国20余家口腔医疗单位应用,替代进口,具有良好的经济效益和社会效益。
四川大学 2016-04-22
混联双级 NTP 系统协同 DPF 和 SCR 同步降低柴油机 PM 和 NOx 排放的化学反应机
多年来一直从事发动机排放污染物控制方面的研究工作,主持国家自然科学基金青年项目 1 项,参与国家自然科学基金面上项目 2 项,撰写论文 10 多篇。近几年主要针对柴油机 SCR 系统进行了较为细致的研究工作,对 DOC 的 NO 转化效率、尿素水溶液喷射方案优化、水溶液液-气相变转化规律、 SCR 系统流场及化学场模拟、催化剂起燃特性、系统结构优化、热-流-固-化学多场耦合及能量管理等方面做了较为深入的研究。团队可开展以下技术服务:协助企业开展发动机后处理系统的 CAE 计算及模拟仿真工作,提供设计
江苏大学 2021-04-14
合作探究化学实验室模式-化学实验室
    合作探究化学实验室模式独特之处:革新的顶装式集成系统使空间变得简单、灵活。实验桌可根据需求自由移动和组合,轻松实现各种模式的转换。做到“你的教室你做主”。     升降臂:化学升降臂可供应实验室以光、电、气、给排水、通风等系统
广东厚吉教育科技有限公司 2021-08-23
化学实验室成套设备--化学实验室
产品的概念:迈向国标化创新化学实验室标准,打破传统实验室理念        化学实验可以培养学生创造性思维,逐步认识化学物质及其变化的本质和内在规律性,使学生的思维从表象到本质,从感性认识到理性认识,在化学实验中培养学生的观察力,有助于学生形成化学慨念,化学教学中是离不开化学实验的,实验能充分发挥学生的主动性,化学实验是传递知识,培养能力的最好的载体之一,它以及其丰富的内涵在化学教学中发挥着独特的功能和作用,化学实验在化学中起着非常重要的作用; 技术标准: 通风系统:选用4—72型6#塑料离心式风机,风量6840—12700M3/N,风压116—80MM水柱,每小时教室换气可达20次以上,排毒效果好,桌面排风罩可以升降并可3600旋转。 噪  音:系统工作时室内噪音≦55DB。 废气排放:低于国家GB16297—1996中新污染源大气染物排放标准的规定值。 废水排放:符合国家GB3838—88V类水质标准的规定值。 低压电源系统:实验室所有用电设施实现集中控制,功能齐全,技术指标符合教育部JY0361—1999标准。 材料标准: 台面:可选用进口耐强酸碱、防静电、防水、防火、耐刮、耐磨、抗击耐酸碱的实芯理化板。 柜身:采用进口高密度中纤板贴双面优质高压E1级三聚氢胺板。 台身框架:“新型钢木框架结构” 表面采用环氧树脂粉末喷涂,防腐耐用美观经久耐用。 水槽水咀:可选取用陶瓷水槽PPR水槽,配优质全铜镀铬或喷塑三联水咀。 吸风罩、风管:风罩采用ABS注塑件,风管采用PVC管。
广东厚吉教育科技有限公司 2021-08-23
关于发布西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划2023年度项目指南的通告
国家自然科学基金委员会现发布西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划2023年度项目指南,请申请人及依托单位按项目指南所述要求和注意事项申请。
国家自然科学基金委员会 2023-07-31
差示扫描量热仪 DSC-100型
产品详细介绍  产品用途 差示扫描量热法(DSC)作为一种可控程序温度下的热效应的经典热分析方法,在当今各类材料与化学领域的研究开发、工艺优化、质检质控与失效分析等各种场合早已得到了广泛的应用。利用 DSC 方法,我们能够研究无机材料的相转变,高分子材料熔融与结晶过程,药物的多晶型现象,油脂等食品的固/液相比例等。 仪器特点 北京恒久科学仪器厂最新开发了新型差示扫描量热仪 DSC-100,在仪器的结构设计与灵活性方面又有新的突破。基线校正功能使得测试具有更好的重复性,特别适合于比热的精确测量。该仪器有三种不同的冷却方式。半导体冷却系统能够覆盖从 -55℃至 700℃的测量温度范围。液氮冷却系统(LN2)拥有更宽的温度范围,从 -150℃直至 700℃。集成化的电子流量控制系统,确保了在不同的吹扫与保护气氛下的精确的流量控制。 仪器指标 温度范围:-150 ~ 700℃ 升降温速率:0.1 ~ 100K/min 之间可任意设定 温度准确度:±0.01℃ 功率测量范围:±100μW 最小分辨率:±0.01μW 功率准确度:±0.02μW 智能的可自由选择的基线修正。 气体密闭设计。 两路吹扫气体与一路保护气体,使用集成的质量流量控制系统及相应软件功能进行精确的流量设定与控制。 半导体冷却(可选)功能得到极大改进,现温度范围 700℃ ... -55℃。 快速可控液氮冷却系统(可选),冷却范围700 ... -150℃。
北京恒久科学仪器厂 2021-08-23
七管超外差收音机示教板
产品详细介绍
浙江先锋教育设备有限公司 2021-08-23
六管超外差收音机示教板
产品详细介绍
浙江先锋教育设备有限公司 2021-08-23
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