山西
结构决定性质是自然界的黄金法则。当物质被限域在原子、离子和分子特征尺寸相当的埃尺度空间时，其行为会与体相状态以及仅在稍大尺度（纳米尺度）的限域空间内表现出显著不同。这种差异源于界面效应（边界处的对称性破缺）与尺寸效应（量子限域）的极端耦合。例如，水的连续介质模型在小于1纳米的限域空间中失效，分子特性开始占据主导地位。自然界中的生物离子通道（如Aquaporin）正是利用其埃尺度的选择性过滤器，实现了既超快又高度选择性的物质传输，启发了科学家们构建人工埃尺度限域系统。
近年来，以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料家族的蓬勃发展为精确构建此类二维限域空间提供了前所未有的机遇，使得探索物质在这一极端尺度下的新结构、新性质和新传输机制成为可能，从而催生了这一充满潜力的新兴前沿领域。
图1 原子、分子和离子的特征参数
香港城市大学曾晓成教授、张文军教授团队系统性地总结了在埃尺度二维限域空间中物质科学的最新进展。文章首先概述了精确构建此类限域系统的两种主要方法：利用二维材料的范德华组装技术和基于溶液组装的纳米片重堆叠技术。随后，文章深入探讨了水、离子和气体在埃尺度二维限域下的行为。
对于水，重点阐述了其分子结构、氢键网络动力学、表面效应和量子效应如何影响其相行为和物理化学性质。对于离子，文章提出了单离子传输模型，并讨论了离子关联效应以及由此产生的非常规盐相和结晶路径。
对于气体，则聚焦于其在限域空间内的冷凝行为和超越经典Knudsen理论的奇异传输现象。最后，文章批判性地评估了当前的知识空白，并展望了该领域的未来发展方向和技术潜力。
图2 埃级二维限域结构构建
埃尺度二维限域的研究已催生了众多新奇的物质结构、特性和传输现象。一个核心挑战在于，在此原子/分子尺度上，基于连续介质模型的宏观物理化学定律（如密度、介电常数、粘度等概念）不再适用，亟需建立新的理论框架。目前研究多集中于水溶液体系，对非水溶剂和非去溶剂化过程的理解尚不系统。
未来需要继续在限域工程、实验技术和理论工具上取得突破，例如发展高能同步辐射、超快光谱、基于氮-空位中心的量子传感等先进表征手段，并结合机器学习和人工智能驱动的计算模拟与数据分析，以阐明亚连续介质regime下的物理规律。填补这些知识空白不仅具有基础科学意义，更有望催生变革性技术，如仿生高精度分离膜、新型功能材料合成、高效能源转换与存储、低功耗类脑离子电子学以及室温原子操控等。
Wang, M., Jiang, J., Huang, C. et al. Matter in ångström-scale two-dimensional confinement. Nat Rev Chem (2026). https://doi.org/10.1038/s41570-026-00805-y
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