报告题目：表界面氢键网络的原子尺度研究
报告人：田野 北京大学博士后
报告时间：2023/04/27 (周四) 下午14:00
腾讯会议：716 252 397（会议密码23343）
 
主持人：朱学涛 研究员
联系人：柯  芬 (82649929  kefen@iphy.ac.cn)
 
报告摘要
水是自然界最重要的物质之一，在表面界面处水分子-水分子，水分子-离子之间相互作用形成的氢键网络在诸多重要的物理、化学、生命和能源转化过程中扮演着重要的角色。质子是最小的离子其水合结构主要有两种存在形式，即Eigen构型(H3O+)和Zundel构型(H5O2+)，其寿命非常短暂(约百飞秒)。然而，如何在实空间直接区分不同构型的水合质子，以及识别氢键网络中水分子和水合质子是一个巨大的挑战。最近，我们首次实现了在不同的金属(Au、Cu、Pt、Ru)表面生长含有水合质子的二维类冰氢键网络，并进一步利用自主研发的高分辨qPlus型原子力显微镜技术在实空间对水合质子微观构型进行了原子级分辨的观测，发现了Eigen和Zundel构型水合质子可以在水/固界面稳定存在。通过针尖操纵技术对两种构型水合质子相互转换进行研究，提出了一种涉及水的氢键网络内部和水-电极之间的协同质子转移过程，该过程从微观尺度上改变了人们对电化学析氢反应关键步骤的传统认识。同时，以往对称氢键的形成须要极高压条件，限制较多，该工作在常压下实现了Zundel构型二维冰是一项重要突破，为制备和探索对称氢键材料提供了新的研究思路。此外，我们还研究了氢氧根离子、碱金属离子在金属表面与水分子之间的相互作用，发现氢氧根离子可以与水分子之间形成致密的氢键网络，其结构是氢核量子效应诱导的且与高压下的二维冰十分相似；而碱金属离子与水分子在表面可以形成碱金属离子紧密排列的链状结构，通过重整氢键网络突破了碱金属离子之间的静电排斥，为离子在受限体系下的高速传输提出了原子尺度的新认识。
 
报告人简介
田野博士分别于2016年获得四川大学学士学位，2021年获得北京大学博士学位，2021-至今在北京大学物理学院量子材料中心博士后研究，合作导师为江颖教授。近五年发表学术论文10篇，其中作为第一作者和共同第一作者发表 Science, Nature 和National Science Review 各1篇。2021年至今，入选北京大学博雅博士后项目，主持中国博士后面上资助，参与国家自然科学基金专项项目与联合基金项目各1项。
 
代表性论文
[1] Ye Tian et al. Science 377, 315-319, 2022
[2] Runze Ma, Duanyun Cao, Chongqin Zhu, Ye Tian et al. Nature 577, 60-63, 2020
[3] Binze Tang, Yizhi Song, Mian Qin, Ye Tian et al. Natl. Sci. Rev. nwac282, 2022