近日，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室王彦超教授等人在疏水性金属表面实现水-羟基（H₂O–OH）润湿单层研究方面取得新进展。水在金属表面的吸附是催化、腐蚀、电化学等诸多物理化学过程中的关键步骤。长期以来，科学界已在亲水性金属表面（如 Pt、Ru、Cu 等）上观察到水分子形成二维润湿结构或发生自发解离，与羟基共同形成稳定的 H₂O-OH 混合吸附层。然而，在诸如 Ag(111) 等典型疏水性金属表面，水-金属相互作用较弱，水分子倾向于形成三维聚集体，而非稳定的二维润湿结构。

本研究采用 CALYPSO 晶体结构预测方法，预言了H₂O-OH 六方氢键网络可在疏水性Ag(111) 表面稳定存在。在理论指引下，中国科学院物理研究所冯宝杰教授和陈岚教授团队采用低能电子辅助合成方法，通过电子注入激发部分 H₂O 分子发生解离生成 OH，再经过退火诱导结构重组，成功合成了稳定的 H₂O-OH 润湿单层，该结构在 Ag(111) 表面展现出优异的热稳定性，可稳定存在至 275 K（近室温）。这一工作揭示了电子注入诱导水分子解离并构筑有序吸附网络的新机制，在典型疏水性金属表面实现了H₂O-OH 单层润湿，进一步拓展了对疏水性金属表面水吸附与润湿行为的基本理解，相关成果以“Water-hydroxyl wetting monolayer predicted and realized on a hydrophobic metal surface”为题，发表于《Journal of the American Chemical Society》。

论文第一作者为江苏师范大学徐美玲副教授（物质模拟方法与软件教育部重点实验室2015级博士生），共同第一作者为中国科学院物理研究所博士生赵峭消。通讯作者为吉林大学王彦超教授、马琰铭院士，以及中科院物理研究所冯宝杰教授、陈岚教授。本研究得到了内华达大学陈长风教授的大力支持，并受到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06679

在本研究工作的基础上，研究团队还进一步在Ag(111) 表面实现了 H₂O-OH 多层构建，并探索层间堆叠与滑移过程中诱发的磁性相变行为，提出了层间结构演化调控磁性相变的新策略，为水分子自组装体系中耦合电磁响应的研究提供了理论基础，相关成果以“Control of magnetic transitions via interlayer engineering in ferroelectric H₂O-OH systems”为题发表于国际综合性期刊《Nature Communications》。

图：Ag(111)表面H₂O-OH单层的合成与表征

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60173-x