新浪科技综合@这种物质虽然司空见惯，但我敢说真的没人了解它新浪科技综合2020-07-28 15:20:000阅( 四 )
文章图片
图27/38过冷水在界面处结冰又比如表面防结冰、器官冷藏时防止器官被冰碴所刺破等 。
文章图片
图28/38人类首次在原子层次看清“盐水”
刚才讲的是纯水 ， 但实际上水跟别的物质也会发生很有意思的相互作用 。
其中一个相互作用称为“离子水合” 。 这个词听起来非常陌生 ， 但是我举个例子大家一定会觉得非常熟悉 。
如果我们把一勺盐直接倒在水里 ， 再晃一晃 ， 这个盐很快就没有了 ， 因为盐都溶解在水中了 。
盐为什么会溶解？从微观上看大概是这么回事：盐是氯化钠 ， 是由氯和钠组成的晶体 ， 把氯化钠泡在水里 ， 水分子会慢慢地把钠和氯两种离子拽走 ， 同时水分子会包裹在被拽走的离子周围 ， 这样就形成一种团簇结构 ， 这个团簇结构就是离子水合物 ， 这个过程我们称为离子水合过程 。
文章图片
图29/38离子水合过程在100多年前就已经被化学家所意识到了 ， 但是迄今为止仍然没有人真正看到过离子水合物到底长什么样 ， 离子水合过程是不是能够发生 ， 水分子在离子周围到底是什么样的构型 ， 离子周围到底有几个水 ， 实际上这一系列的基础问题都很难回答 。
我们在显微镜下面能够清楚地看到 ， 由一个水和一个离子形成的水合物 ， 两个水跟一个离子 ， 三个水、四个水等不同数目的水分子可以跟一个离子形成千奇百怪的结构 ， 而且它的构型也非常有意思 。
文章图片
图30/38这可以说是我们人类第一次在原子层次看清楚盐水 。
实际上 ， 想看到盐水没那么容易 。
一般情况下 ， 我们把盐放在水里面来溶解成离子水合物 ， 但是对于我们来说这种办法是不行的 。
我们必须要用针尖人工造出单个离子水合物 ， 这样才能让成像变得简单 。
所以我们设计了一个非常有意思的办法 ， 可以用针尖模拟水溶解离子的过程 ， 人为地造出含有不同数目水分子的离子水合物 ， 然后再去进行拍照 。
除了看到水的状态之外 ， 我们还发现当离子周围包裹了特定数目水分子的时候 ， 这个离子水合物可以在表面非常快地扩散 ， 这就是非常有意思的幻数效应 。
文章图片
图31/38只有在特定数目水分子包裹的情况下 ， 离子才能获得比较大的速度 。
人体吸收离子的时候 ， 离子必须要穿过离子通道才能被人体吸收 ， 但是离子通道本身非常狭窄 ， 它是一个原子尺度的通道 。
很反常的是 ， 实际上离子能够非常高效地通过离子通道 。
我们的工作实际上提供了一种非常有趣的理解 ， 是不是在离子通过通道的时候 ， 它周围包裹了特定数目的水分子 ， 水分子可以帮助离子高效地通过离子通道 。
文章图片
图32/38这实际上为生物离子通道的解释提供了一种新的思路 。
水——潜在的清洁能源
最后 ， 我想和大家聊一聊能源的事情 。
之前我们都是在用显微镜看水 ， 那我们能不能操控水呢？
答案肯定是可以的 。
我们可以让水分解 ， 把它的氢氧键打断 ， 让水变成氢气和氧气 。
产生氢气的意义是什么？氢气是一种非常清洁、非常高效的能源 ， 氢气燃烧可以产生极大的能源 。
同时 ， 氢气燃烧之后变成水 ， 水又可以分解成氢气 ， 这样可以形成可循环的清洁能源 ， 而且在这个过程中不会产生任何污染 。
如果我们有一个办法 ， 能把水高效地分解成氢气和氧气 ， 世界的能源问题就被解决了 。
初中化学就教给了我们分解水的方法 。 直接往水里通电 ， 水就变成氢气和氧气了 ， 这是很简单的一个过程 。
但这个过程不可能用来商业化 ， 不可能用来产生能源 。
因为电极材料很昂贵 ， 用的是铂材料 ， 此外必须要消耗非常巨大的电能 。 所以人们就想一切办法来突破这两个瓶颈 。
文章图片
图33/38首先 ， 我们是不是可以寻找一些比较便宜的、和铂电极效率接近的材料来替代铂 ， 这样就可以降低成本 。
最近我们发现对二硫化钼进行一些特殊的处理之后 ， 它的水解效率可以跟铂比拟 ， 但是还不能完全跟铂匹配 。 这说明经过一系列努力 ， 我们有可能找到这样的材料来替换昂贵的铂电极 。
文章图片
图34/38另外一个思路 ， 由于要耗费很大的电能 ， 那我们可不可以不需要电就让水分解成氢气 。
有很多的科学家也在往这个方向努力 。 比如说 ， 设计一些特殊的催化剂和混合液相反应 ， 让水不需要通电就直接分解成氢气 。 但是很遗憾的是我们必须要对它进行一定的加热 ， 加热也要耗能 。
推荐阅读
- 古都正|中国千年古都正在崛起“硬科技”
- 小米科技|外媒曝光：小米新奇想专利让超广角拍摄不失真
- 职场女性|巾帼不让须眉：科技界又多了一位女掌门
- 【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”|【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”
- 【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”
- 服贸会|金融科技新成果集中“上新”服贸会，150家金融机构携手亮相
- 省属|赋予科研人员职务科技成果所有权 事关8家省属高校、科研院所
- 【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来|【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来
- 创新服贸|创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素
- 创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素