【引言】

水的結(jié)冰在生活中是常見(jiàn)的現(xiàn)象，該現(xiàn)象在氣候變化、化學(xué)工業(yè)、低溫生物學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域均有巨大的影響力。冰的成核則是水結(jié)冰現(xiàn)象中的關(guān)鍵步驟，在而近一個(gè)世紀(jì)中，人們一直認(rèn)為臨界冰核的形成是這一成核步驟的必要條件。然而，由于冰核的納米尺度大小以及轉(zhuǎn)瞬即逝的特性，一直以來(lái)缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)證明冰核的存在。

【成果簡(jiǎn)介】

中科院化學(xué)所的王健君和國(guó)科大的周昕（共同通訊作者）等人報(bào)道了包含有尺寸可控的氧化石墨烯納米片水滴中冰成核現(xiàn)象。文章揭示了當(dāng)這一納米片在超過(guò)臨界尺寸時(shí)能夠深刻影響冰成核過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，研究人員推斷當(dāng)納米片表面出現(xiàn)足夠大的石墨烯氧化物時(shí)，氧化石墨烯的臨界尺寸能夠反映臨界冰核的尺寸，并且引發(fā)符合經(jīng)典成核理論的冰形成行為。而相反地，若石墨烯氧化物的尺寸小于臨界冰核尺寸時(shí)，石墨烯氧化物則會(huì)影響干擾冰核的生長(zhǎng)。這一結(jié)果為臨界冰核的存在提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并為探測(cè)更多的成核過(guò)程提供了新的方法和視野。2019年12月18日，相關(guān)成果以題為“Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets”的文章在線發(fā)表在Nature上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 尺寸可控的氧化石墨烯

圖2 氧化石墨烯的冰成核行為

圖3納米片冰成核現(xiàn)象中的轉(zhuǎn)變行為

圖4 氧化石墨烯納米片上冰成核自由能壘的變化

文獻(xiàn)鏈接：Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1827-6）