近日，北京大学物理学院量子材料科学中心江颖课题组、徐莉梅课题组、北京大学化学与分子工程学院高毅勤课题组与中国科学院/北京大学王恩哥课题组合作，继2014年获得世界首张亚分子级分辨的水分子图像后，再次取得突破，首次得到了水合钠离子的原子级分辨图像，并发现了一种水合离子输运的幻数效应。

该项研究成果于5月14日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。

离子水合无处不在，在众多物理、化学、生物过程中扮演着重要角色

水是自然界中存量最丰富、人们最为熟悉，同时可能也是最不了解的一种物质。水与其他物质的相互作用是一个非常复杂的过程。

中科院院士王恩哥说：“由于水是强极性分子，它作为溶剂能使很多盐发生溶解，而且能与溶解的离子结合在一起形成团簇，此过程称为离子水合，形成的离子水合团簇被称为离子水合物。”

离子水合可以说是无处不在，在众多物理、化学、生物过程中扮演着重要的角色，比如：盐的溶解、电化学反应、生命体内的离子转移、大气污染、海水淡化、腐蚀等。

“由于离子与水之间的相互作用，离子不仅会影响水的氢键网络构型，而且会影响水分子的各种动力学性质，比如：水分子的振动、转动、扩散、质子转移等。”北京大学物理学院量子材料科学中心江颖教授说：“反过来，水分子在离子周围形成水合壳层，会对离子的电场产生屏蔽，并影响离子的动力学性质，比如：离子的输运和传导等。尤其是在受限体系（比如纳米流体）中，由于尺寸效应，这种影响尤为明显。”

离子水合物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的存在并开始了系统的研究。虽然经过了100多年的努力，但离子的水合壳层数、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。王恩哥说：“究其原因，关键在于缺乏单原子、单分子尺度的表征和调控手段，以及精准可靠的计算模拟方法。”

相关报道: