所有作者全部中文署名！香港城市大學曾曉成/張文軍團隊，重磅Nature Reviews Chemistry！

結構決定性質是自然界的黃金法則。當物質被限域在原子、離子和分子特征尺寸相當的埃尺度空間時，其行為會與體相狀態以及僅在稍大尺度（納米尺度）的限域空間內表現出顯著不同。這種差異源于界面效應（邊界處的對稱性破缺）與尺寸效應（量子限域）的極端耦合。例如，水的連續介質模型在小于1納米的限域空間中失效，分子特性開始占據主導地位。自然界中的生物離子通道（如Aquaporin）正是利用其埃尺度的選擇性過濾器，實現了既超快又高度選擇性的物質傳輸，啟發了科學家們構建人工埃尺度限域系統。

近年來，以石墨烯、二硫化鉬為代表的二維材料家族的蓬勃發展為精確構建此類二維限域空間提供了前所未有的機遇，使得探索物質在這一極端尺度下的新結構、新性質和新傳輸機制成為可能，從而催生了這一充滿潛力的新興前沿領域。

圖1 原子、分子和離子的特征參數

香港城市大學曾曉成教授、張文軍教授團隊系統性地總結了在埃尺度二維限域空間中物質科學的最新進展。文章首先概述了精確構建此類限域系統的兩種主要方法：利用二維材料的范德華組裝技術和基于溶液組裝的納米片重堆疊技術。隨后，文章深入探討了水、離子和氣體在埃尺度二維限域下的行為。

對于水，重點闡述了其分子結構、氫鍵網絡動力學、表面效應和量子效應如何影響其相行為和物理化學性質。對于離子，文章提出了單離子傳輸模型，并討論了離子關聯效應以及由此產生的非常規鹽相和結晶路徑。

對于氣體，則聚焦于其在限域空間內的冷凝行為和超越經典Knudsen理論的奇異傳輸現象。最后，文章批判性地評估了當前的知識空白，并展望了該領域的未來發展方向和技術潛力。

圖2 埃級二維限域結構構建

埃尺度二維限域的研究已催生了眾多新奇的物質結構、特性和傳輸現象。一個核心挑戰在于，在此原子/分子尺度上，基于連續介質模型的宏觀物理化學定律（如密度、介電常數、粘度等概念）不再適用，亟需建立新的理論框架。目前研究多集中于水溶液體系，對非水溶劑和非去溶劑化過程的理解尚不系統。

未來需要繼續在限域工程、實驗技術和理論工具上取得突破，例如發展高能同步輻射、超快光譜、基于氮-空位中心的量子傳感等先進表征手段，并結合機器學習和人工智能驅動的計算模擬與數據分析，以闡明亞連續介質regime下的物理規律。填補這些知識空白不僅具有基礎科學意義，更有望催生變革性技術，如仿生高精度分離膜、新型功能材料合成、高效能源轉換與存儲、低功耗類腦離子電子學以及室溫原子操控等。

Wang, M., Jiang, J., Huang, C. et al. Matter in ?ngstr?m-scale two-dimensional confinement. Nat Rev Chem (2026). https://doi.org/10.1038/s41570-026-00805-y

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