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【UnixHater的回答(28票)】: Nature Materials 还是很好的杂志的，所以文章的质量应该有保证。上过王恩哥老师的课，他给人的感觉也是比较踏实可靠的。文章应该是可信的。 回到科研上来，水分子的结构在气体状态下应该是基本确定的，沒有什么疑问，就是我們化学课教的那个结构。 
但是在固体中（例如这里的盐的表面）的水分子结构是不一定是这个结构的，其中的键角键长都是可以很好研究的。成像是最好的了解水分子在这种表面時候的结构的最好方式。 但是在固体中（例如这里的盐的表面）的水分子结构是不一定是这个结构的，其中的键角键长都是可以很好研究的。成像是最好的了解水分子在这种表面時候的结构的最好方式。 为什么要研究这个分子在这个表面的结构？材料中结构决定了性质，例如现在很热门的一個方向是在TiO2上面分解水，固然TiO2的电子结构很重要，但是在表面的水的形态也就是说水的电子结构也是可能有影响的。 而更重要的是，如果水分子这么小的分子都可以具体成像，那么那些大分子成像更沒有問題。现在有很多方向都是在研究某些分子在某些催化物质表面的分解，例如高分子在贵金属表面分解成甲烷之类的小分子，在生物燃料方面是很重要的研究。如果能知道这些大分子在表面的结构，可以更好的了解哪一个官能团对于催化更加重要。 除此之外，水分子在这种表面的团簇形式，也应该是很有意思的。为什么这种形式的团簇稳定，另外一种不稳定？这些都可以作为第一行原理计算（不需要实验数据，而从量子多体方程求解系统的所有性质）的模型，推动计算方法的改进。 ab initial calculation: Ab initio quantum chemistry methods 说个比较远的：在统计物理里面，有一個冰熵模型，是讨论一個类似水的分子在排成晶体的時候有多少中可能，这里的分子不是真正的水分子，因為可以要求键角为9０度。这个在二维的正方格子的情况已经有准确的求解（Chen-ning Yang和他弟弟在方面有很大贡献），但是在二维的其他类型格子还沒有准确解。说不定这个可以通过实验直接求出数値解来。有点天方夜谭了…… Ice-Type model :Ice-type model 【傅渥成的回答(35票)】: 谢 @王洞明 邀请。 水一直以来都有很多有趣的问题，有的甚至是悬而未决的难题。而这其中的一个关键就是，我们需要了解水分子直接氢键的结构和质子的输运情况。我举一些例子： 在维基的页面里面会看到一个有意思的动画，显示了这个机制的基本图像，因为氢键的形成，使得氢在水分子之间的传递变得很轻松，而当沿着 1D 链逐一跳跃式传播，可以用许多可解的非平衡统计物理模型来解释这一传播过程。这一过程还它蕴含了质子高效运输的一种可能的机制，而质子的高效运输跟质子交换膜燃料电池、氢能源等问题都密切相关。关于这一问题的基本理论研究的文章现在也有很多：
其二，量子化学计算得到水分子团簇基态结构，再到在固体表面的水分子的结构。例如：
4 个水分子形成的这个环形的结构看起来很有意思，不过还可以考虑一个更有意思的问题，如果这 4 个水分子在某个方向上受到限制，那么在周期结构表面会形成怎样的结构呢？这时候就可以看到我国科学家首次拍摄到水分子内部结构这一实验有意思的地方了，首先显然上图给出的结构不会再是能量最低的结构，在固体表面，这个结构肯定要有些调整。文中给出了这时 4 个水分子的吸附结构如下图所示。了解了结构，知道了分子间相互作用的强度，可能可以为在固体表面发生化学反应的预测提供一些线索。更重要的是我们能不能去预测水分子与其它各种类型的衬底相互作用时水分子的情况，例如 @Unix Hater 所提到的，TiO2 表面的水分子问题等等。 
除此之外，关于与水有关的问题还有很多，我这里不再一一介绍。有些时候也可以自己根据自己的爱好想出一些问题来，例如我看到这个 4 分子的结构，就会想能不能简化这一结构的描述（例如用一个Heisenberg XY 模型来描述一个水分子的吸附构象状态等等）。又例如 @Unix Hater 提到了冰熵问题，喜欢写程序的朋友还可以做做 POJ 的1099 -- Square Ice 来初步了解一下这个问题。 扯了这么多淡，最后回到这篇文章，其实新闻报道里面也已经说到了这次的工作的亮点，亮点其实是成像技术，不过这方面我就不懂了： 成功地把亚分子级分辨成像和操控技术应用到水科学领域，开创性地把扫描隧道显微镜的针尖作为顶栅极，以皮米（1皮米相当于1米的一万亿分之一）的精度控制针尖与水分子之间的距离和耦合强度，调控水分子的轨道态密度在费米能级附近的分布，从而大大提高了成像的信噪比，使得研究人员捕捉到水分子更清晰的面貌。另一个有意思的创意是：
这次我国科学家选取了金属表面生长的绝缘薄膜（氯化钠）作为拍摄的衬底，让水分子吸附在盐的表面进行观察，这大大减小了水分子和衬底之间的耦合，从而使水分子本征的轨道结构得以保留。
【占新建的回答(11票)】: 最主要的贡献不是拍的照片，而是拍摄仪器的技术，这个最大的贡献 【黄磊的回答(3票)】: 看水分子没什么，亚分子级成像技术比较厉害吧，最早应该是科大的一个团队做的，13年的时候在nature发过，0.5纳米分辨率，是对Raman散射测量技术的改进。用当时nature的审稿人的话来说可能是“raman成像领域有史以来最大的进步”了。 挑战化学成像极限：中国科大实现单分子拉曼光谱成像 中国科学技术大学新闻网 【知乎用户的回答(4票)】: “该工作不仅为水-盐相互作用的微观机制提供了新的物理图像，而且为分子间氢键相互作用的研究开辟了新的途径。另外，该工作所发展的实验技术还可进一步应用于原子尺度上的氢键动力学研究，比如质子传输、氢键的形成和断裂、振动弛豫等。” 摘自网络 【知乎用户的回答(3票)】: 我能不能说其实这篇文章创新性不怎么样啊？比较好的地方应该是选了一个大众比较熟悉的水分子，得到的结果也非常不错。至于其他方面，实验仪器和实验方法几年前就有了，最早是IBM团队用nc-AFM看到单分子内的化学键，然后去年berkeley的crommie看到单分子bergmman环化反应，国家纳米中心的裘晓辉看到分子间氢键。所以现在王恩哥课题组又看到水分子，我是觉得创新性也不是特别高，众位莫拍砖啊 原文地址:知乎 |
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