这篇Nature，让我们对水的理解达到一个新的高度！

界面水（与固/液/气界面接触的水分子层）表现出丰富而复杂的行为，在化学、生物学、地质学和工程学中发挥着重要作用。然而，关于疏水界面上水的基本性质，如取向有序、氢离子和氢氧根浓度、不稳定的氢键以及大电场的存在等问题仍存在诸多争议。这种争议是因为即使使用最先进的实验技术和理论方法，在测量界面系统时也面临挑战。美国哥伦比亚大学闵玮课题组与加州大学伯克利分校Teresa Head-Gordon课题组通过创新实验方法与理论模型的结合，揭示了油水乳液界面水的特殊结构和强电场效应，突破了传统疏水界面研究的局限，为介观尺度界面科学与应用（如胶体化学、能源材料、环境工程）提供了重要的基础认知。研究成果以Water structure and electric fields at the interface of oil droplets为题发表于Nature。该论文已于2024年5月上传如预印本平台arxiv。

他们开发了一种基于多变量曲线分辨（Multivariate Curve Resolution, MCR）的溶液内、界面选择性拉曼光谱方法，直接探测水包十六烷（hexadecane-in-water）乳液的油水界面结构。结合单体场理论模型（monomer-field theoretical model）对拉曼光谱进行解析，克服了传统实验和理论方法在测量疏水界面时的技术挑战。这是首次实现了对乳液界面局部水分子结构的高分辨率、特异性表征，避免了复杂界面体系中的背景干扰。

图1：Raman-MCR用于界面水研究

研究成果揭示了乳液界面水的独特无序性，表现为：四面体有序性降低、氢键网络弱化、游离羟基（free hydroxyl groups）显著富集。这些结构特性与基于小分子疏水溶质或平面油水界面的研究结果存在显著差异。通过结合实验观测与理论模型，提出油相表面存在强电场（约50–90 MV cm⁻¹），其方向由油相指向水相。这些观察结果在由小溶质形成的分子疏水界面上或平面油-水界面上要么不存在，要么相反。

图2：油-水介观界面的强静电场

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08702-y