“水的结构是什么？”这是Science(《科学》)杂志曾发布的125个最有挑战性的科学问题之一，这也说明了“水结构和性质”研究的科学性与重要性。水自由基阳离子是一种特殊的水存在形式，在理解生命起源、衰老机制、能量转化和化学合成等领域具有重要意义。然而，目前的研究主要集中在理论计算方面，实验研究相对匮乏，主要原因在于这种自由基阳离子的制备和稳定性具有很大的挑战性。
东华理工大学质谱科学与仪器国际联合研究中心的张小平副教授团队成功在常温常压且无需催化剂的条件下高效制备水自由基阳离子，并实现了通过水自由基阳离子活化氮气生成高附加值产物羟胺和HNO的反应，开辟了一条绿色固氮的新途径。相关成果在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表。这一突破表明，团队在水结构研究领域取得了重要进展，并对理解生命起源、能量转化等基础科学问题产生了深远影响。
机理研究表明，水的特定能量状态在反应中起到了类似催化剂的作用，打破了传统观念中催化剂必须是实体分子的认知。团队进一步巧妙地利用分子间的排斥力，促使分子的平动能高效转化为振动能，从而引发化学反应，提出了一个全新的物理规律驱动化学反应的策略，相关成果在《Nature Communications》上发表，这一创新成果为化学和化工领域的发展提供了新方向。
