冰的形成与生长是一种自然现象，深刻影响着全球气候动态、地质演化进程及生物系统功能。其中，界面水在异相冰成核和冰生长抑制过程中起着关键作用，但由于其结构复杂、与材料界面相互作用微妙，人们对其分子层面的理解始终面临一定挑战。

近日，安徽理工大学青年教师丁中祥与合肥工业大学教授刘洪林、中国科学技术大学副研究员王超课题组合作，成功开发出一种“低温拉曼/红外相互作用分析技术”，在分子层面建立了冰晶生长抑制活性与界面水结构之间的直接关联，为设计高效抑冰材料开辟了全新路径。相关研究成果近日发表在《纳米快报》上。

界面水的预先有序排列是否对冰晶生长调控起关键作用，一直存在争议。同时，水作为反应物和溶剂的双重特性，加之现有光谱技术（如和频产生光谱、太赫兹光谱）难以区分羟基伸缩振动区域或仅能探测表面有序水分子，使得揭示界面水本质、建立抑制剂活性与界面水动态演变的直接关联成为长期困扰该领域的难题。

研究团队创新性地通过巯基苯甲酸连接分子与拉曼标记，将抗冻寡肽修饰在纳米颗粒表面，借助自主搭建的低温光谱技术，揭示了冰晶生长过程中界面水结构的动态演变规律。研究发现，随着冰生长抑制活性的增加，界面水会经历从“四配位氢键水”到“二配位氢键水”再到新型“π氢键水”的转变，其中π氢键水被证实为一种全新的抑冰作用力，这一发现为抑冰材料的设计提供了重要理论依据。

更为重要的是，该技术还能通过检测纳米颗粒表面苯环构象的细微变化，快速识别材料的冰生长抑制活性，建立了一套普适的分子级抑冰材料筛选策略，为推动抑冰材料研发进入精准设计时代奠定了重要基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03472