【#北大# 团队发现核量子效应诱导#二维冰# ，并首次观测到氢离子在水中的原子级分辨图像，或促进高温超导应用】

“在人类提出水合氢离子概念一百多年来，我们首次在实空间里观测到水合氢离子的微观结构。审稿人认为这是一项毋庸置疑的顶级水平研究，实验工作更是堪称真正的绝技，同时也是一项探究水层中质子形态的杰出基础研究；能直接识别不同金属表面上的 Eigen 和 Zundel 水合氢离子是一项重大突破，揭示 Eigen 和 Zundel 构型之间的相互转变、以及水/固界面的氢原子转移过程具有重要意义。”对于前不久发表的 Science 论文[1]，北京大学物理学院量子材料科学中心长聘教授江颖表示。

由于这是一项基础研究成果，短期内很难有直接应用，但可为设计高效析氢加氢催化剂提供新的思路，并促进对称氢键相关新奇物性的实际应用。

此次研究结果表明，在催化活性较好的铂表面与催化活性较差的金表面上，水合氢离子形成的网络存在着巨大的差异，即铂表面上在很大范围的氢离子浓度下，都可以形成以 Zundel 为主要构型的氢键网络。而金表面上只有达到一定氢离子浓度时，才会形成 Zundel 构型的结构。

同时，Zundel 构型的形成往往伴随着质子在水层与电极表面之间的转移，这可能与析氢反应、加氢反应等重要催化过程密切相关。因此，Zundel 构型水合氢离子形成的难易程度，与电极表面的催化活性似乎有密切的关系，这为设计新型高效催化剂提供新的思路。

在实现对称氢键相关物性的应用潜力上，对称氢键的形成通常需要高压，比如体相冰的对称氢键相需要 120GPa 的高压，富氢化合物 H3S 的对称氢键相（高温超导相）需要 155GPa 的高压。这种高压严重制约了对称氢键物性的实际应用。

在此次实验中，该团队首次发现在哪怕在常压下，水合氢离子也能自组装形成氢键对称化的二维冰相。全量子计算模拟也表明，在对称氢键的形成中，核量子效应起着重要作用，并能提供等效的高压。

而这些结果有望大幅降低对称氢键形成所需的压力，进而突破高压瓶颈，最终促进与对称氢键相关物性的实际应用，比如高温超导电性、超快质子输运等。

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