表面和界面水在自然界無處不在，其特性與功能研究涉及多個學(xué)科交叉，在物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、晶體工程、材料科學(xué)等基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域中起到至關(guān)重要的作用。

2021年11月20日，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心教授、輕元素先進(jìn)材料研究中心主任江穎課題組應(yīng)邀撰寫的綜述“利用高分辨率原子力顯微鏡探測水-固界面”（Water-solid interfaces probed by high-resolution atomic force microscopy）在線發(fā)表于《表面科學(xué)報告》（Surface Science Reports）；北京大學(xué)物理學(xué)院2017屆博士畢業(yè)生（現(xiàn)為筑波大學(xué)日本學(xué)術(shù)振興會特別研究員）彭金波為第一作者，彭金波和江穎為共同通訊作者。物理學(xué)院2019屆博士畢業(yè)生馬潤澤（現(xiàn)為康奈爾大學(xué)威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院博士后）、2016屆博士畢業(yè)生郭靜（現(xiàn)為北京師范大學(xué)教授）也參與了該項工作。

他們首先從水-固界面的研究背景出發(fā)，剖析并指出研究所面臨的種種問題和爭論主要源于原子層次實驗技術(shù)匱乏。接著，介紹了超高真空和液相環(huán)境原子力顯微技術(shù)的最新進(jìn)展及其帶來的機(jī)遇，闡明了從原子尺度理解水-固界面結(jié)構(gòu)和物性的可能性。然后，詳述了高分辨原子力顯微技術(shù)在水團(tuán)簇、離子水合物、水鏈、單層冰和多層冰、體相冰、受限水及液體水等水體系中的應(yīng)用。最后，針對表/界面水研究所面臨的挑戰(zhàn)提出了可能的解決方案，并對其未來發(fā)展方向和前景做了展望。

上述研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項及量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和懷柔綜合性國家科學(xué)中心輕元素量子材料交叉平臺等支持。《表面科學(xué)報告》作為表面科學(xué)領(lǐng)域最具影響力的綜述期刊，邀請權(quán)威專家對表面科學(xué)的重要研究方向和方法進(jìn)行介紹和評述。近年來，江穎課題組率先將超高分辨的原子力顯微鏡技術(shù)用于水-固界面研究，開辟了“原子尺度水科學(xué)”的全新方向；其系列代表性成果包括：發(fā)展了氫敏感的非侵?jǐn)_式原子力顯微術(shù)（Nature Communications 9, 122 (2018)；首次揭示了水合離子的原子結(jié)構(gòu)和幻數(shù)效應(yīng)（Nature 557, 701 (2018)）；實驗證實了二維冰的存在并揭示其生長機(jī)制（Nature 577, 60 (2020)）；發(fā)現(xiàn)了固液界面防腐蝕的新機(jī)制（Nature 586, 390 (2020)）等，引起國際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。