??近日，南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特納米科技研究院牛天超教授與納米異構(gòu)材料中心李爽副教授合作在納米領域國際著名期刊《美國化學會-納米》（ACS Nano，IF13.7）上發(fā)表了題為“Imaging and Dynamics of Water Hexamer Confined in Nanopores”的研究論文（論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04835），碩士生司楠和博士生沈濤為共同第一作者。

水是地球上分布最廣泛的一種物質(zhì)，人們對水的研究涉及到水的分解制氫、水污染治理、生命體中水的形態(tài)。從分子尺度上對水的結(jié)構(gòu)以及與其它物質(zhì)的相互作用的理解仍然是目前水科學研究的重點和難點。同時實現(xiàn)分子尺度的觀測和保持水的本征特性對于選擇具有原子分辨的掃描隧道顯微鏡的模型體系顯得異?？量?。藍磷，黑磷的一種同素異形體，是具有規(guī)則六邊形結(jié)構(gòu)的二維材料，但在Au(111)表面上外延生長之后，形成了具有長程有序的規(guī)則蜂窩狀重構(gòu)，可以將分子、原子局域在納米孔中，同時，藍磷較低的態(tài)密度利于較長的激發(fā)態(tài)壽命，從而可實現(xiàn)吸附物動力學的研究。同時較弱的界面相互作用也保持了吸附物質(zhì)的本征性質(zhì)。因此研究水分子在藍磷納米孔中的結(jié)構(gòu)與動力學行為具有重要意義。

通過分子束外延的方法在Au(111)襯底制備了單層藍磷，采用密度泛函理論系統(tǒng)揭示了具有爭論的藍磷的原子結(jié)構(gòu)模型。隨后，利用高分辨掃描隧道顯微鏡/譜學手段結(jié)合第一性原理計算證實水分子在藍磷的納米孔中以六聚體的形成存在。觀測到了非彈性電子激發(fā)水分子的振動。由于水六聚體和磷原子之間的局部界面電荷重排形成的偶極，通過改變樣品偏壓，實現(xiàn)了水分子的可逆吸附和脫附。這一結(jié)果不僅為進一步研究水的行為提供了一種理想的襯底，更為探索二維材料的表面功能化提供了新的思路。

該工作得到了國家自然科學基金委、江蘇省自然科學基金以及中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金的支持。