题目：“一价”的钙、镁离子及其导致的铁磁性和生物磁性

报告人：方海平

邀请人：李敬源

时间：2023年11月28日（周二）15:30

地点：紫金港校区海纳苑8幢215报告厅

摘要：

众所周知，钙、镁原子是一种碱土金属原子，具有两个价电子。迄今为止，自然条件下钙、镁离子的唯一已知价态是+2，相对应的所有种类钙、镁离子晶体都没有磁性且呈现绝缘性。在这个报告中，我们将展示，在还原氧化石墨烯（rGO）膜上的二维CaCl晶体中钙离子表现为价态为+1的物理行为：二维CaCl晶体具有室温铁磁性、金属性等奇异特性[1]。发现由Ca离子诱导的铁磁性，为生物磁导航等磁性的理解打开了新的思路。初步研究表明，对于富含芳香环的生物分子，例如AYFFF，其组装结构在吸附了钙、镁等二价离子后对外磁场有很强的顺磁响应。

这些发现的关键是，基于对水合离子-π作用（富含π电子的芳香环与离子之间有强的非共价键作用）的重新认识[2]：溶液中，芳香环上是“水合离子吸附-脱附-（另一个水合离子）吸附-脱附...”的动态过程。对于低浓度离子溶液，离子能精确控制两层（氧化）石墨烯片的间距，使石墨烯膜具有出色的离子筛分性能[3], 基于这个进展发展的颠覆性技术，制造出的便携式单兵海水淡化器，能连续为落海者提供长达一周以上用于维持生命的淡水，摆脱了长期受制于国外陶氏海水淡化膜的关键卡脖子问题。相应技术入选2022年上海市绿色技术目录。在相对高浓度的离子溶液中，石墨和石墨烯的表面上不仅形成二维晶体结构，晶体具有非常规化学配比结构，例如Na2Cl[4]和CaCl晶体[1]。Na和Ca金属离子具有非常规价态物理行为，因而具有净自旋，相应的晶体具有铁磁性。

[1] Zhang et al., Natl. Sci. Rev. 8 (2021) nwaa274

[2] Yang et. al., Langmuir 38(2022) 2401

[3] Chen et al., Nature 550 (2017) 380

[4] Shi et al., Nature Chem. 10 (2018) 776

个人简介：

方海平，华东理工大学710公海线路检测教授。长期从事从宏观到微纳米尺度的理论物理（特别是统计物理）和其他领域的交叉学科研究。2001年开始从事界面水、纳米生物学和理论物理学的交叉研究，特别是受限尺度空间中水和离子的特性、及其诱导的生物分子特性和新材料等。系列工作以通信作者发表在Nature、Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Nanotechnol.、Natl. Sci. Rev.、PNAS、PRL、JACS和Energy Environ. Sci.等。研究工作被New Scientist、Physics World、Chemical World等国际著名杂志报道。获中国科学院百人计划（终期考核评估获优秀）、国家杰出青年基金，上海市学科带头人，上海市领军人才称号。