中科院国家纳米科学中心22日宣布，该中心科研人员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”，实现了氢键的实空间成像，为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。这为科学家理解氢键的本质，进而改变化学反应和分子聚集体的结构奠定了基础，也为科学家在分子、原子尺度上的研究提供了更精确的方法。

11月22日，国家纳米科学中心研究员裘晓辉博士在介绍他们直接观察到的氢键

这一成果发表在日前出版的《科学》杂志上，被评价为“一项开拓性的发现，真正令人惊叹的实验测量”“是一项杰出而令人激动的工作，具有深远的意义和价值”。

这项研究是由国家纳米科学中心研究员裘晓辉和副研究员程志海领导的实验团队，以及中国人民大学物理系副教授季威领导的理论计算小组合作完成的。

裘晓辉解释说，氢键是自然界中最重要、存在最广泛的分子键相互作用形式之一，对物质和生命有至关重要的影响——因为氢键的存在，水才在常温下呈液态，冰才能浮在水面上；也因为氢键的存在，DNA才会“扭”成双螺旋结构；很多药物也是通过和生命体内的生物大分子发生氢键相互作用而发挥效力。

人类对氢键的研究历史最早可以追溯到19世纪后半叶，但自从诺贝尔化学奖得主鲍林在1936年提出“氢键”这一概念后，化学家们就一直在争论：氢键仅仅是一种分子间弱的静电相互作用，还是存在有部分的电子云共享？直到目前为止，关于氢键的本质还无定论，也从来没有人真正地看到过氢键。

我国科学家在国际上首次“看到”氢键

裘晓辉带领的研究团队对一种专门研究分子、原子内部结构的显微镜——非接触原子力显微镜进行了核心部件的创新，极大提高了这种显微镜的精度，终于首次直接观察到氢键，为争论提供了直观证据。

“利用改造之后的显微镜，我们可以看到头发丝百万分之一那么微小的结构。”裘晓辉说，“我们团队的研究人员手工制作了显微镜的探针、自制了核心部件‘高性能qPlus型力传感器’等，这就像给汽车换上了我们自己制造的发动机，让这台仪器的关键技术指标达到国际上该领域的最高水平。”

“通俗来说，相当于以前可以从太空中看到地面的人排成一行，现在是第一次看到原来这些人之间是手拉着手。”裘晓辉同时表示，对氢键特性的精确实验测量，如作用位点、键角、键长以及单个氢键强度，不仅有助于理解氢键作用的本质，这些在原子、分子尺度上关于物质结构和性质的信息对于功能材料及药物分子设计有着非常重要的意义。

“‘看到’只是第一步，关于氢键的研究还有很长的路要走，比如氢键的‘测量’、不同分子间氢键的‘比较’等等。”程志海说，科研团队的研究还会拓展至其他关键化学键的研究，比如共价键、离子键、金属键等，以及进一步在原子、分子尺度上实现不同化学键的比较和强度测量等。

链接 国家纳米科学中心

国家纳米科学中心由中国科学院与教育部共同建设，于2003年12月31日正式成立。它是中国纳米科技领域的国家级综合性研究中心，其战略定位是纳米科学的基础研究和应用研究，重点在具有前瞻性和重要应用前景的纳米科学与技术基础研究；发展目标是建成具有国际先进水平的、面向国内外开放的纳米科学研究公共技术平台和研究基地，成为中国纳米科技领域国际交流的窗口和人才培养基地；主要学科方向是围绕科学前沿、国家重大需求和重大支撑技术开展的多学科交叉研究，包括纳米结构的系统和集成技术、纳米技术标准化和纳米标准物质的研制、纳米结构的生物学效应和安全性研究、纳米制造的相关基础研究、具有重大意义的纳米结构制备和关键分析技术。

（观察者网综合中央人民政府网、光明网等消息）