北京大学江颖教授应邀撰写利用高分辨率原子力显微镜探测水-固界面综述

表面和界面水在自然界无处不在，其特性与功能研究涉及多个学科交叉，在物理学、化学、生命科学、环境科学、能源科学、晶体工程、材料科学等基础和应用领域中起到至关重要的作用。

2021年11月20日，北京大学物理学院量子材料科学中心教授、轻元素先进材料研究中心主任江颖课题组应邀撰写的综述“利用高分辨率原子力显微镜探测水-固界面”（Water-solid interfaces probed by high-resolution atomic force microscopy）在线发表于《表面科学报告》（Surface Science Reports）；北京大学物理学院2017届博士毕业生（现为筑波大学日本学术振兴会特别研究员）彭金波为第一作者，彭金波和江颖为共同通讯作者。物理学院2019届博士毕业生马润泽（现为康奈尔大学威尔康奈尔医学院博士后）、2016届博士毕业生郭静（现为北京师范大学教授）也参与了该项工作。

他们首先从水-固界面的研究背景出发，剖析并指出研究所面临的种种问题和争论主要源于原子层次实验技术匮乏。接着，介绍了超高真空和液相环境原子力显微技术的最新进展及其带来的机遇，阐明了从原子尺度理解水-固界面结构和物性的可能性。然后，详述了高分辨原子力显微技术在水团簇、离子水合物、水链、单层冰和多层冰、体相冰、受限水及液体水等水体系中的应用。最后，针对表/界面水研究所面临的挑战提出了可能的解决方案，并对其未来发展方向和前景做了展望。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项及量子物质科学协同创新中心和怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台等支持。《表面科学报告》作为表面科学领域最具影响力的综述期刊，邀请权威专家对表面科学的重要研究方向和方法进行介绍和评述。近年来，江颖课题组率先将超高分辨的原子力显微镜技术用于水-固界面研究，开辟了“原子尺度水科学”的全新方向；其系列代表性成果包括：发展了氢敏感的非侵扰式原子力显微术（Nature Communications 9, 122 (2018)；首次揭示了水合离子的原子结构和幻数效应（Nature 557, 701 (2018)）；实验证实了二维冰的存在并揭示其生长机制（Nature 577, 60 (2020)）；发现了固液界面防腐蚀的新机制（Nature 586, 390 (2020)）等，引起国际学术界广泛关注。