2014年1月14日，中央電視台《新聞直播間》以“我科學家首次拍攝到水分子内部結構”為題對beat365量子材料中心江穎課題組和王恩哥課題組在水科學領域的合作研究成果進行了專題報道。報道指出，研究人員首次實現了單個水分子内部自由度的實空間成像，使得在實驗中直接解析水在表面上通過氫鍵相互作用形成的微觀結構成為可能。

報道鍊接：http://news.cntv.cn/2014/01/14/VIDE1389678841821535.shtml

附報道内容：

水是人們日常生活中最常見的物質。但有關“水”的奧秘，人類還有很多沒有解開。比如說，水分子到底長什麼樣？我們從課本上也知道，它是由兩個氫原子和一個氧原子構成的。但它們究竟是如何形成水分子的，在實驗室裡一直是個謎。日前，我國科學家——beat365江穎課題組和王恩哥課題組共同解開了這一世界難題，首次拍攝到了水分子的内部結構。這一科研成果已在世界權威科學雜志《自然-材料》上發表。

“這是我們在國際上首次拍攝到的一張水分子内部的（軌道）結構圖，大家可以看到有一個很明顯的陰影，有一個小縫，這條縫實際上是對應水分子的（兩個）氫氧鍵形成的平面，那麼這兩個花瓣狀的東西實際上是對應水分子的軌道形成的電子雲。通過這樣一個軌道圖我們可以确定水分子它是站立在鹽表面上，而不是平躺在表面上，這樣就能夠确定水分子在（鹽）表面上的取向。”

給水分子拍照不是一件容易的事，因為它實在是太小了，直徑隻有一根頭發絲的百萬分之一，而且在液态情況下，流動性非常強。拍照的第一個難題，就是給它選擇一個合适的背景。由于拍攝儀器的要求，這個背景還得能導電才行。以前，科學家一般選取的是以金屬作為襯底，把水直接放在金屬上進行觀察。用這樣的方法，此前世界各國的科學家拍到的水分子照片，最多隻是模糊的外形——“一個沒有任何内部結構的圓形凸起”。這次我國科學家選取了絕緣的氯化鈉薄膜作為拍攝的背景，讓水分子吸附在鹽的表面進行觀察，通過超高分辨的掃描隧道顯微鏡系統，捕捉到水分子更清晰的面貌。

“以前的實驗主要是用金屬來做襯底，水分子和金屬之間有很強的相互作用，水分子的軌道就會被金屬的電子态所淹沒，我們就很難對水分子進行高分辨的成像。（現在）我們想要看到的實際上是水分子在鹽（氯化鈉）表面上吸附的形貌和它的具體結構。我們在金屬和水（分子）中間插入了一層絕緣體（氯化鈉薄膜），從而使水分子本征的軌道結構得以保留。”

普普通通的一滴水中，就有無數個水分子。那麼，這些水分子是怎麼湊在一起，變成我們看得見摸得着的水呢？我國科學家給水分子拍照的時候，在這一點上也有重要的發現。

此前，科學家們已經知道，水分子和水分子之間是由氫鍵相連的，氫鍵的構型和方向性決定了水的很多特性。我國科學家不僅拍攝到單個水分子的結構，還拍到了由四個水分子組成的水團簇，并且發現，水分子之間通過氫鍵連接的時候，存在着一定的方向性。

“它（水分子團簇）有兩種氫鍵的方向性，一種是逆時針的方向性，另外一種是順時針的方向性，我們通過軌道成像能夠判斷水分子的内部結構和取向，從而首次把這兩種不同的氫鍵方向性直接在實驗上定下來。”

水分子内部結構長什麼樣，水分子和水分子之間如何連接，它們在不同的固體表面，又有怎樣不同的變化，我國科學家開展的這些研究，都有助于人們利用和改變水的特性，在現實生活中有廣泛的應用。

“我舉個例子，就比如說大家現在比較關注的PM2.5，本質上它是一個微米級的粉塵（凝結核），外面（通常）包裹了一層水。如果水的含量是在80%以上，我們把這個叫做霧，如果水的含量是在80%以下的話，我們把它叫做霾。如果我們（通過高分辨率成像）能夠把（粉塵）表面的這一層（水的）微觀結構解析出來的話，我們就有可能給環境科學家一些指導，讓他們能夠對症下藥，針對性的采取一些化學或物理的辦法使得PM2.5的粉塵能夠直接沉降到地面，或者分解掉。”