《水基础科学理论与实验》旨在介绍了近年来人们对水特别是水的微观结构和微观行为，进行研究的基本理论和进展。介绍总体研究背景之后，我们叙及水基础科学所用的理论研究方法，包括连续介质模型、分子动力学、及时原理方法、全量子化处理方法等。然后通过描述自由的单个水分子和水双分子来检验我们所用的及时性原理计算方法的对描述水系统的性，并获得对氢键作用的初步见解。其后的主要内容包括介绍几种主要的水作用现象和体系：以H2O/Pt(111)为例研究一种典型的吸附系统，讲述该表面上水的各种不同结构，以及对吸附结构的振动谱识别；通过对水在Ru, Pt, Au等一系列金属表面上吸附情形的计算，分析了水和金属表面作用的一般本质，和吸附对氢键的影响；探讨了表面浸润的微观机理，并研究了水在金属表面的转化，扩散，分解等的运动规律；水在氧化物表面的吸附；表面冰结构和吸附研究等。同时叙述相关重要的实验研究结果，包括表面水形貌的微观成像、纳米水柱的阶段性受力行为等。对一些应用做些展望。
水是世界上丰富、重要、奇特的物质之一。《水基础科学理论与实验》集合了水基础科学研究的进展，并详细讲解了理论和试验发展的脉络，图文并茂、深入浅出。对于水科学领域的研究人员或是政策制定者都会有很大帮助。
孟胜，中科院物理所研究院研究员，2009年7月入选中科院"百人计划"，任特聘研究员。 王恩哥，北京大学教授，中国科学院数理学部院士，第三世界科学院院士。
第1章 分子尺度上理解水的结构和作用
§1.1 神奇的水世界
§1.2 分子尺度的水
§1.3 水在表面上
参考文献
第2章 常用的理论研究方法
§2.1 水基础研究简史及常用的理论方法
§2.2 水的经典模型
§2.3 及时性原理计算和密度泛函理论
§2.4 分子动力学模拟
参考文献
第3章 常用的实验研究方法
§3.1 水基础研究实验方法简介
§3.2 高真空表面能谱分析
§3.3 扫描探针技术微观表征
§3.4 飞秒激光探测
§3.5 非线性光学技术
§3.6 同步辐射和中子散射
参考文献
第4章 水分子、小团簇和体态水
§4.1 自由水分子和二聚体水分子的及时性原理计算
§4.2 从水二聚体到水水相互作用模型势
§4.3 一种新的水水二体相互作用模型
§4.4 水团簇结构的实验测量
§4.5 体态水的结构
参考文献
第5章 水和表面相互作用的实验研究
§5.1 表面上的单个水分子和小团簇
§5.2 表面水的花瓣和带状结构
§5.3 表面上水的单层和多层结构
§5.4 常温常压下表面水的结构
参考文献
第6章 水在Pt(111)表面上的吸附
§6.1 单个水分子和水的小团簇吸附
§6.2 表面台阶处的一维水链
§6.3 水的双层和多层吸附
§6.4 表面上水结构的振动识别
参考文献
第7章 水在金属表面上吸附的一般规律
§7.1 水在Ru,Pd,Au等金属表面的吸附
§7.2 水在Cu(110)等开放金属表面的吸附
§7.3 水和金属衬底相互作用的本质：电子观点
§7.4 表面吸附氢键增强？
§7.5 表面浸润的微观判据
§7.6 表面上水结构的振动、转化、分解和扩散
参考文献
第8章 水在非金属表面上的吸附规律
§8.1 简单氧化物表面上水的吸附
§8.2 二氧化硅表面水层新结构
§8.3 石墨烯表面水吸附的严格计算
参考文献
第9章 表面浸润的宏观和微观图像
§9.1 自然界的浸润现象
§9.2 浸润的经典模型
§9.3 原子尺度下的浸润机制
§9.4 表面浸润的实际应用
参考文献
第10章 表面上的水合离子
§10.1 表面上K离子的二维水合圈
§10.2 二维水合圈的振动识别
§10.3 K,Na离子水合圈的不同结构和动态
参考文献
第11章 食盐溶解和成核的微观过程
§11.1 食盐表面上水的吸附
§11.2 食盐溶解的微观图像
§11.3 固液界面处的食盐结晶过程
参考文献
第12章 冰的表面及表面序
§12.1 冰的结构
§12.2 冰的表面序
§12.3 冰表面氢指向的结构相变
§12.4 冰表面的空位
§12.5 冰表面的吸附
参考文献
第13章 水中H的量子化行为
§13.1 体态水中的量子行为
§13.2 受限水中的量子行为
§13.3 表面水二聚体的量子扩散
§13.4 表面氢键的量子性
参考文献
第14章 表面限制下的水相变
§14.1 纳米管中的水相变
§14.2 单层水的相变
§14.3 压力诱导的水相变
参考文献
第15章 总结和展望
后记
