水為何在常溫下是液態(tài)，冰為何能浮在水上？這些隨處可見的自然現(xiàn)象，人們可能早都習(xí)以為常。不過，對于這些現(xiàn)象的背后原因，已有科學(xué)家進(jìn)行研究，并最終得出結(jié)論：這都是氫鍵的神奇魔力。　

　　水分子中的兩個氫原子和一個氧原子由共價鍵連接，而水分子之間則是由一種極微弱的作用聯(lián)系在一起，這就是氫鍵。氫鍵是自然界中最重要、存在最廣泛的分子鍵相互作用的形式之一，對物質(zhì)和生命有至關(guān)重要的影響，很多藥物也是通過和生命體內(nèi)的生物大分子發(fā)生氫鍵相互作用而發(fā)揮效力。　

　　自1936年諾貝爾化學(xué)獎得主鮑林在其著作《化學(xué)鍵的本質(zhì)》中首次提出“氫鍵”這一概念后，科學(xué)界就存在爭論：氫鍵僅僅是一種分子間弱的靜電相互作用，還是存在有部分的電子云共享？

氫鍵

　　科學(xué)家一直在試圖回答氫鍵是什么的問題，主要借助于X射線衍射、拉曼光譜、中子衍射等技術(shù)，這些研究方法獲得的數(shù)據(jù)可以從不同的方面反映氫鍵的性質(zhì)。然而氫鍵的廬山真面目究竟是怎樣的？一直以來，在科學(xué)界，這都是一個未解之謎。　

　　之前，我國從德國花費數(shù)百萬元購置的原子力顯微鏡是用于研究納米世界的高精密儀器，卻始終看不清氫鍵的模樣。

　　于是，據(jù)科技日報報道，國家納米科學(xué)中心研究員裘曉輝帶領(lǐng)團隊對進(jìn)口設(shè)備的微力傳感器加以技術(shù)改進(jìn)，從設(shè)計和技術(shù)方面優(yōu)化了核心部件——皮牛級力傳感器的性能，提高了測量儀器電子信號的信噪比，最終獲得遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)商品化儀器的測量精度。高性能力傳感器就是整臺顯微鏡設(shè)備的“眼睛”。裘曉輝指導(dǎo)的研究生創(chuàng)造性改進(jìn)了制作工藝，可以將原子級尖銳的鎢探針粘接到諧振頻率穩(wěn)定的石英音叉上。

　　在不懈地努力下，裘曉輝與國家納米科學(xué)中心研究員程志海、中國人民大學(xué)教授季威的團隊密切合作，在超高真空和低溫條件下，通過原子力顯微鏡觀測在銅單晶表面吸附組裝的8-羥基喹啉分子，獲得原子級分辨的分子化學(xué)骨架結(jié)構(gòu)圖像，并清晰觀察到分子間存在的氫鍵作用，精確解析分子間氫鍵的構(gòu)型，實現(xiàn)對氫鍵鍵角和鍵長的直接測量。

　　裘曉輝團隊所獲得的氫鍵圖像，是世界上首次在實空間直接觀測到分子間的氫鍵作用，為化學(xué)界爭論近百年的“氫鍵的本質(zhì)”問題提供了新的實驗證據(jù)?？茖W(xué)界評價這是“一項開拓性的發(fā)現(xiàn)，真正令人驚嘆的實驗測量”，“是一項杰出而令人激動震撼的工作”。

　　裘曉輝表示，“看到”只是第一步，關(guān)于氫鍵的研究尚有很長的路要走。不僅是氫鍵，未來的研究還會拓展至其他重要化學(xué)鍵的研究，比如共價鍵、離子鍵等，以及進(jìn)一步在原子、分子尺度上對不同化學(xué)鍵的強度進(jìn)行測量等，未來的研究任重而道遠(yuǎn)！