原子、分子和离子在埃米尺度二维限域空间内的反常性质。 2026年3月11日，香港城市大学材料科学与工程系曾晓成讲座教授与张文军讲座教授应邀在Nature Reviews Chemistry期刊上发表题为Matter in ångström-scale two-dimensional confinement的综述文章，全面回顾近年来对水分子、离子以及气体分子在埃米级的2D限域空间中理论和实验的相关进展，着重强调了2D限域体系内的结构-性质关联，并对该领域进行了展望。文章第一作者是王铭展博士和江健博士（现为厦门大学化学化工学院教授），共同作者是黄昌雄博士。
结构决定性质，这是自然界最基本的规律。例如，水分子间的不同排列结构会导致常见的水的气-液-固三种不同的存在形式，从而导致三相不同的性质。随着纳米科技和表界面科学的发展，科学家逐渐认识到由于对称性破缺，物质（原子、分子和离子）在表界面会呈现出与体相不同的结构。过去20多年兴起的纳米流体（nanofluidics）即是研究物质在纳米尺度限域空间内性质的学科，其进展与仿生科学、能量存储与转化、绿色化工和新型离子器件等众多领域紧密相关。
原子、分子和离子的特征尺寸通常在亚纳米（即埃米，angstrom）级别，因而当限域空间的尺寸缩小到埃米级别后，它们会呈现出许多新颖和迥异的性质。随着以石墨烯为代表的二维（2D）材料的崛起，使得构筑埃米级的2D限域空间成为可能。过去十多年的研究表明，物质在埃米尺度二维限域空间内呈现出许多反常性质。近日，针对这一蓬勃发展的领域，香港城市大学材料科学与工程系曾晓成讲座教授与张文军讲座教授全面回顾了近年来对水分子、离子以及气体分子在埃米级的2D限域空间中理论和实验的相关进展，着重强调了2D限域体系内的结构-性质关联，并对该领域进行了展望。
以水分子为例，体相的水分子通过氢键相互作用呈现四面体的配位构型。然而，在2D限域空间内，这种四面体配位构型被严重扭曲，进而导致了水分子之间呈现出复杂而又迥异的相行为。曾晓成教授课题组长期通过理论计算方法，从事纳米限域体系以及表界面领域的研究，并取得了一系列研究进展，其中包括：通过纯理论模拟准确地计算二维冰的相图(Nature Physics 2024,20,456；Nature Communications 2023,14,4110)以及新颖的非范德华力2D魔角体系(Nature Communications 2025,16,8762)；与北京大学江颖/王恩哥团队共同揭示了纳米受限体系内水的固液关键转变点（Nature Materials 2026，25, 495）。
图1：原子、分子和离子的特征尺寸。
图2：埃米级的2D限域空间的构筑与修饰。
图3：水分子在埃米级的2D限域空间的新颖结构与性质。
图4：离子在埃米级的2D限域空间的新颖结构与性质。
图5：原子在埃米级的2D限域空间的新颖结构与性质。
（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41570-026-00805-y
作者：曾晓成等 来源：《自然综述-化学》
