全職回國半年，33 歲的清華大學化學長聘副教授楊傑的最新成果終於發表，研究中他首次直接觀察到了水分子的運動。
楊傑是陝西西安人，本科畢業於南京大學物理學院，導師是祝世寧院士。直博就讀於美國內布拉斯加大學。他
此次研究拓展了關於水的新知識。
8 月 25 日，相關論文以
《液態水中超快氫鍵強化的直接觀察》
（Direct observation of ultrafast hydrogen bond strengthening in liquid water）為題發表在Nature上，楊傑擔任一作和共同通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Nature）
此前所有的水觀測都基於光譜觀測，而楊傑採用了名為分子電影的新型實驗方法，即給分子運動“
拍電影
”。每一幀能看清原子，每一幀之間還要足夠快——需要達到飛秒級的速度——大約是眨眼時間的一百億分之一。
圖 | 實驗概述（來源：Nature）
在該研究中，楊傑觀測到了水分子內到水分子間的運動。
楊傑的觀測和實驗發現，
分子內的氫原子運動可以直接導致隔壁分子的氧原子隨之運動。
透過理論模擬，楊傑與團隊採用了量子與經典方法模擬了液態水的超快運動，結果只有量子模擬可以重現實驗結果，證明了
氫核量子效應的關鍵角色。
這一實驗明確了水分子內到水分子間能量傳遞的第一步過程是以人類可想象到的最快方式發生的，期間沒有浪費任何時間。因此，
這一結果揭示了氫鍵網路中不同水分子之間的緊密聯絡。
可能有的人還不清楚氫鍵為何物，但有沒有想過為何雪花總是六角形？為何水在常溫下是液態？為何冰能浮在水面上？其實這都是氫鍵神奇的魔力 ，關於氫鍵的研究至少已經歷了一個世紀的歷程。
高中課本中這樣描述氫鍵，“分子之間存在著一種比分子間作用力稍強的相互作用，這種相互作用叫做氫鍵”。2011年，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）將氫鍵定義更新，“氫鍵就是鍵合於一個分子或分子碎片Ｘ–Ｈ上的氫原子與另外一個原子或原子團之間形成的吸引力。有分子間氫鍵和分子內氫鍵之分，其Ｘ的電負性比氫原子強。可表示為Ｘ–Ｈ…Ｙ–Ｚ，其中…“是氫鍵”。
生物體系中和氫鍵關係密切的最著名的生物大分子就是DNA，這種分子的兩條側鏈就是透過氫鍵緊密結合起來的， DNA分子中氫鍵的供體是胺質子供體（–NH2或–NH），氫鍵的受體是羰基。DNA分子中鹼基對就是決定於形成氫鍵個數和氫鍵供體受體關係。氫鍵也是蛋白質結構的最重要基礎，是多肽內最重要的非共建原子相互作用，例如蛋白質最常見的二級結構α螺旋和β摺疊都是基於氨基酸殘基之間氫鍵結構，蛋白質內一般也是胺和羰基形成氫鍵。生物大分子中胺羰基氫鍵雖然是最重要型別之一，此外多糖分子如纖維素和甲殼素的羥基也是氫鍵的重要結構基礎，羥基為基礎的氫鍵可以形成非常牢固的生物分子結構。
氫鍵無處不在。它是有機反應的幕後推手，是催化劑的設計指南，是生物體內的平行世界，是化學吸附的感測器，是光譜紅移藍移的指南針，是材料組裝最後的機理解釋。關於氫鍵的研究還在繼續，且永無止境。
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