水的各種奇特物理和化學性質與水分子之間的氫鍵相互作用緊密相關，如何在分子水平上確定水的氫鍵網絡構型是水科學領域的關鍵科學問題之一。過去三年，江穎課題組主要致力于超高分辨的掃描探針顯微鏡系統(tǒng)的研制和開發(fā)，深入到單分子的內部展開亞分子級分辨成像和操控研究，目前取得了一系列研究進展，不僅為水—鹽相互作用的微觀機制提供了新的物理圖像，而且為分子間氫鍵相互作用的研究開辟了新的途徑。另外，該工作所發(fā)展的實驗技術還可進一步應用于原子尺度上的氫鍵動力學研究，比如質子傳輸、氫鍵的形成和斷裂、振動弛豫等。

嚴格地說，此結構不是一般意義的結構，而是一種被稱為 Electronic Structure 的量子化學概念，一個非常復雜的復變函數，描述的是分子的電子運動狀態(tài)，普通百姓根本無法理解。

用量子化學的語言說，水分子的核外電子的運動狀態(tài)可以用分子軌道來描述，而波函數的模的平方和電子密度是成正比的。那個實驗結果對應的是水分子的前線軌道的電子密度在空間的分布。前線軌道在化學反應中非常重要，其能量和對稱性決定了2個分子是否容易發(fā)生化學反應，那是日本的化學師傅福井謙一1981年拿諾貝爾獎的工作。相似的電子結構密度圖在很多年前就發(fā)表過，不過那些更多是屬于金屬或者無機鹽體系。上文發(fā)現是把水分子吸附在固體NaCl表面，通過STM技術實現了成像。

水是人們日常生活中最常見的物質，它是由兩個氫原子和一個氧原子構成。但它們究竟是如何形成水分子的？日前，我國科學家共同解開了這一世界難題，首次拍攝到了水分子的內部結構。這一科研成果已在世界權威科學雜志《自然》子刊上發(fā)表。顯然，這篇文章不是解開了那個“難題”，因為文章最多是驗證了很多年前理論上早就非常清楚的H2O分子的電子波函數在空間的分布結構。世界難題的說法是有點過頭了。