元素百科介绍我国科学家在离子溶液水分子动力学研究方面取得的进展。溶液中离子与溶剂的相互作用是能源、催化、材料、医药等国民经济重要领域广泛关注的基本科学问题。例如，最近的水基碱金属离子电池使用高浓度的离子水溶液作为电解质，比传统的离子电池更安全、更便宜、更高效。深入了解溶液中离子与周围水分子的相互作用和关联，对电极界面电化学和电荷运输效率的分子机制，设计更高效的电池具有重要的指导意义。另一个例子是，各种离子配体（如I-等）存在于许多均相或固液的非均相催化反应系统中。在不同的条件下，同一离子对功能基元的反应可以从毒化到促进。对这些功能的结构原因的微观描述对理解功能基元及其相互协调机制的作用机制具有重要意义。
溶液离子效应研究
对溶液离子效应的研究存在一个有争议的基本问题，即如何理解阳离子对水分子动力学行为的影响。对于这个问题，不同的实验方法往往会给出不同的图像。例如，对Na 和K 这两种极其相似的碱金属离子，中子散射实验测量了它们对水的结构破坏，因此认为它们都会加速水的旋转；核磁共振和超快激光光谱动力学实验检测到Na 会减慢，而K 加速水分子的旋转。由于这两种碱金属离子在能源、电化学和生命科学中的显著作用，对这一问题的深刻理解变得尤为重要。
溶液离子效应水分子实验现象
中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室庄伟研究小组通过与北京大学超快激光谱学实验团队的合作，在中国科学院战略先导科技项目和国家自然科学基金重点和表面项目的支持下，理论上解释了上述矛盾的原因。Extendeded结合大规模经典和量子分子动力学模拟计算 Ivanov Jump理论分析模型发现，这两种离子都会加速相邻水分子的大角跳转，这与中子散射实验结果一致，因为它们破坏了水的氢键。另一方面，它们对水分子的扩散动力学有不同的影响：Na 它会减缓水的扩散和旋转，而K 与动力学实验结果一致的旋转将促进这种旋转。以上结论为解释两种实验观测论断之间的明显矛盾提供了合理的图像，并在《化学科学》中发表了相关研究成果（Chemical Science）杂志上（DOI:10.1039/C6SC0320B)。
这项工作是研究小组自2010年以来在这一方向上进行的一系列相关研究的最新进展。之前的研究结果包括结合超快谱学实验，发现即使在低浓度的强电解质溶液中，也仍然存在离子团簇 (PNAS 108,4737, 2011)，《科学》杂志专文报道了这一发现对教科书中经典图像的颠覆性意义(DOI: 10.1126/science.331.6024.1495-a)。
