即将到来的热化学储能和其他技术的最佳性能取决于支撑盐离子水合原理的正确应用。现在，来自日本的研究人员解决了长期存在的离子水合难题，这将有助于此类技术的电解质设计。

 

在《自然通讯》上发表的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员提出了对水基溶液中离子水合的离子特异性的解释。通过揭示离子水合的本质以及如何显着稳定离子水合，他们在化学、生物学和材料科学等各个领域推进了广泛的应用。

 

为了解释盐离子水合作用，研究人员长期以来将此类离子分为结构形成离子（促进水分子网络的形成）和结构破坏离子（破坏这些网络）。然而，最近的证据表明这种解释过于简单化，表明需要对离子水合进行新的分子水平解释。

 

在之前的工作中，已经尝试通过关注离子场来得出这样的解释，离子场取决于离子电荷和离子-水距离之间的关系，作为离子水合的可能驱动力。这些研究主要集中在自然界中存在的具有离散尺寸和电荷的离子，而不是合成或非天然离子。

 

相应的研究还包括具有连续大小和电荷的非天然盐离子，这将极大地有助于全面了解离子场。通过计算模拟获得这种理解是研究人员寻求解决的问题。

 

“我们的分子动力学模拟重点关注通过两种分子间力（库仑相互作用和范德华相互作用）与水相​​互作用的伪主族阳离子，”第一作者RuiShi解释道。“我们的工作揭示了离子水合壳的先前未知的细节及其对水动力学的影响。”

 

研究人员的主要结果是，电荷密度较低的离子与更多的水分子相互作用，水分子之间的键合较弱。无论离子如何，该结果都是通用的。离子-水相互作用与水-水氢键一样强的距离可以被视为离子周围加速与减速水动力学之间的交叉。

 

“我们还揭示了水合水停留时间11个数量级差异的解释，”资深作者HajimeTanaka说。“通过将离子大小和电荷调整为特定组合，我们意识到水合水分子的键取向顺序可以形成并稳定水合壳。这使我们建立了一种新的机制，用于某些离子的高度稳定的水合。”

 

这项工作在多个学科具有广泛的应用，包括化学、生物学、材料科学和各个行业。例如，使用盐水合物进行能量储存和基于RNA的医学治疗的纯化技术的研究将受益于对水基介质中离子水合原理的现代见解。