北京师范大学化学学院

冰的晶体结构和成核生长在物理化学、生物学、大气科学、材料科学、摩擦学等众多领域有着至关重要的作用。近年来，二维极限下冰的微观形态受到广泛的关注，二维冰被报道存在于各种亲疏水性固体表面以及二维受限环境中。但是其构型非常依赖于衬底的结构和对称性，并不是真正意义上的二维冰。1997年，Koga和曾晓成等人利用分子动力学模拟首次预测了一种“互锁型”双层二维冰（PRL 79, 5262 (1997)），即由两层六角冰无旋转堆垛而成，两层之间靠氢键连接，每个水分子与面内水分子形成三个氢键，与面外水分子形成一个氢键；因此所有的氢键都被饱和，结构非常稳定，是一种本征的二维冰结构。2020年，北京大学江颖教授课题组利用高分辨扫描探针技术，证实这种双层六角冰在二维极限下可以稳定存在（Nature 577, 60-63 (2020)）。然而，目前实验研究都集中在具有六角对称性、原子级平整的疏水表面（如石墨，石墨烯，Au(111)），该双层六角冰在非平整、非六角晶格对称性以及不同疏水程度的衬底上能否稳定存在尚不清楚。如何从实空间对复杂固体表面冰的晶体结构进行原子尺度高分辨成像是一项巨大的实验挑战。