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亚搏app综合:强!厦门大学化学化工学院八月3篇大子刊

作者:亚搏app综合 发布时间:2022-07-01点击:
本文摘要:虽然时下正处于暑期,但化学化工学院的科研事情者们并没有因此停下奋斗的脚步。

虽然时下正处于暑期,但化学化工学院的科研事情者们并没有因此停下奋斗的脚步。盛夏的八月,烈日似火。芙蓉湖畔,群贤楼旁,喜报频传,硕果累累。

小编特别整理了一下学院在八月份取得的部门科研结果,快来一起看看吧!八月科研希望一览表(依报道时间顺序排列)团队内容概述期刊叶龙武教授课题组金催化氮宾转移和卡宾转移反映综述ChemicalReviews郑南峰教授、傅钢教授团队溢流加氢大幅降低贵金属用量NatureNanotechnology杨勇教授课题组原位固体核磁成像技术可视化研究钠电池中钠枝晶的生长历程NatureNanotechnology王野教授研究团队生物质高效使用新偏向:光催化木质纤维素转化制化学品综述ChemicalSociety Reviews孙世刚院士课题组“基于可调红外激光的能源化学大型实验装置”研制事情取得重要希望/董全峰教授课题组锂氧气电池溶液相催化剂研究新希望AdvancedEnergy Materials邓德会研究员团队氮掺杂碳质料电催化还原二氧化碳的活性本质研究Cell ReportsPhysical Science袁友珠教授课题组对二甲苯(PX)合成研究ScienceAdvances任斌教授课题组原位电化学针尖增强拉曼光谱技术展现等离激元热载流子空间漫衍NatureCommunications洪文晶教授与夏海平教授课题组基于智能数据分析技术的单分子尺度的构象识别研究Chem李剑锋教授课题组埃级别空间分辨探测等离激元热点中的场强漫衍NatureNanotechnology金催化氮宾转移和卡宾转移反映综述我院叶龙武教授课题组应美国化学会旗下Chemical Reviews刊物的邀请,撰写题为"Nitrene Transfer and Carbene Transfer in Gold Catalysis"综述,于克日在线揭晓(Chem. Rev. 2020, DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00348)。涉及金属卡宾的催化反映被认为是均相过渡金属催化领域最为重要的研究内容之一。

均相金催化因其催化活性高、反映条件温和和官能团容忍性强等优点,是近十年来均相催化领域的一大研究热点。其中,从廉价易得的炔烃出发,通过金催化氮宾转移和卡宾转移的方式来发生金卡宾中间体,是金属卡宾化学领域的重要希望之一。叶龙武课题组一直致力生长金属卡宾化学。

近年来,以炔烃为底物,先后实现了金卡宾(Chem. Sci. 2014, 5, 4057; Chem. Sci. 2015, 6, 1265; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9567; Nat. Commun. 2017, 8, 1748; Sci. Bull. 2017, 62, 1201; ACS Catal. 2019, 9, 1019)、铂卡宾(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 605)、锌卡宾(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1666)和铜卡宾(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16961; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7618; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202007206)的全新生成方式。特别是,开发了一类新型的炔烃胺化试剂--异噁唑用于发生α-亚胺金卡宾,被海内外二十多个课题组广泛应用。

该综述总结了近十几年来金催化炔烃氮宾转移和卡宾转移反映的应用现状。首先,系统先容了金催化炔烃的氮宾转移反映和种种新型的炔烃氮宾转移试剂如叠氮化物、氮杂叶立德、异噁唑等。

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其次,系统先容了金催化炔烃的卡宾转移反映,并由此生长了多种炔烃的氧转移试剂如硝基化合物、硝酮、亚砜、吡啶氮氧化物等。对于各种炔烃到场金催化氮宾转移和卡宾转移的反映机理及其在天然产物、生物活性分子全合成中的运用也举行了详细先容。

此外,综述还总结了金催化氮宾转移和卡宾转移这一研究领域存在的问题和挑战,并对未来的生长趋势和前景举行了展望。该事情由叶龙武教授课题组和位于新竹的清华大学刘瑞雄教授课题组互助完成。

研究事情获得国家自然科学基金委(21772161和21622204)、福建省自然科学基金重点项目(2019J02001)、厦门市科技计划项目--对台科技互助项目(3502Z20183015)、厦门大学校长基金(20720180036)、教育部长江学者和创新团队生长计划等资助。溢流加氢大幅降低贵金属用量我院郑南峰教授、傅钢教授团队在合金催化剂的溢流加氢研究方面取得重要希望。相关结果“Facet Engineering Accelerates Spillover Hydrogenation on Highly Diluted Metal Nanocatalysts”揭晓于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-020-0746-x).氢溢流是催化中一个重要现象。

恒久以来,溢流到“惰性”载体上的氢物种是否具有催化加氢活性一直存在争议。该研究团队将单原子疏散催化剂与纳米外貌结构调控有机联合,创制结构明确、差别外貌Cu负载的Pd单原子催化剂,展现溢流氢物种的加氢能力与Cu载体的晶面密切相关。研究发现Pd1/Cu(111)和Pd1/Cu(100)这两种催化剂在炔烃半氢化反映中均具有很高的催化选择性,但其活性却与Pd负载量出现截然差别的依赖关系。

当Pd负载量低到几十个ppm,Cu纳米片负载的催化剂险些不具有加氢活性,但Cu纳米立方体负载的催化剂仍然拥有很高的加氢催化活性,预示着氢气在Pd中心活化后,溢流到Cu(100)晶面所形成的H物种具有加氢能力。更为重要的是,这一溢流加氢历程也同时获得了CO定量毒化活性表征以及增加Cu纳米立方体添加量可提升催化活性两方面实验的证实,形成了判断溢流加氢是否发生的有效计谋。

理论盘算讲明,除了H与外貌的联合能外,炔烃的吸附能也是溢流加氢一个很是关键的因素。相对于Cu(111)外貌,Cu(100)外貌的s-p-d轨道杂化可以有效稳定加氢过渡态,降低反映能垒,促进溢流加氢。

研究还发现,催化活性可随加入Cu纳米立方体的尺度增大而大幅提升,并证实Cu外貌上氢溢流距离可大于500nm,远高于氧化物外貌的氢溢流距离。为此,该研究提出了可以使用极低的Pd含量(0.005 wt%,50ppm)来激活Cu(100),使其具有高催化活性,缔造出“点铜成钯”效应。该催化剂对种种取代基修饰的炔烃半加氢反映都具有高选择性,而且无论对液相或气相反映都有相当高的反映活性和选择性。

该事情由郑南峰教授和傅钢教授配合指导,理论盘算和预测部门主要由博士后江丽芝完成,实验部门主要由已结业博士生刘锟隆完成。已结业博士生周凌云、秦瑞轩、刘朋昕、台湾大学陈浩铭教授和洪崧富博士以及中科院物理所谷林研究员和张庆华博士到场了部门研究与课题讨论。该事情获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等的资助和支持。原位固体核磁成像技术可视化研究钠电池中钠枝晶的生长历程我院杨勇教授课题组在可充钠金属电极的固体核磁共振技术研究上取得重要希望,相关结果以“Visualizing the growth process of sodium microstructures in sodium batteries by in-situ 23Na MRI and NMR spectroscopy”为题,2020年7月27号在线揭晓于《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology DOI:10.1038/s41565-020-0749-7)。

由于钠元素资源富厚且成本较低,有望应用于规模化储能电池领域,近年来宁静长寿命的钠基电池引起了人们极大的兴趣。钠金属负极具有1165 mA h g-1的高理论比容量和-2.71 V的低事情电压,这使其成为钠基电池的理想负极质料。然而,由于在充放电历程中容易生成钠金属微结构(SMSs,即枝晶状和苔藓状的Na金属)并在电极外貌固体电解质界面(SEI)层的聚集,限制了其实际应用。

另外钠金属微结构的生长随时间演化,很难通过通例的非原位分析方法来表征,迫切需要一种原位表征技术来定量研究其生长和演化历程,明白其对钠金属电化学溶解-沉积历程的影响。杨勇教授团队生长了原位23Na磁共振成像(MRI)和原位核磁共振(Operando NMR)技术,为钠金属微结构的形成和演化提供空间分辨和定量的认知。实验效果讲明,不停增长的SMSs首先会导致沉积过电位线性增加,直到到达0.15 V的过渡电压为止。此时触发电解液的猛烈电化学剖析,从而导致生成苔藓型的SMSs和电池的快速失效。

此外,借助23Na高分辨魔角旋转核磁效果也证明晰钠金属外貌SEI中NaH的存在。近年来,杨勇教授课题组致力于生长先进的固体核磁技术用于电化学能源质料的研究。

例如他们通过合理的质料结构设计和体相/界面调控,使用高分辨魔角旋转固体核磁技术对锂离子正极质料(Nature Energy 2, 17074 (2017);Journal of Power Sources 412 (2019) 336–343),钠离子电池正极质料(Angew.Chem. Int. Ed. 2018, 57,11918 –11923;Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 18086-18095;)的充放电反映机理以及固态电池与固体电解质质料(Materials Today, 2020,36,139-163;Nano Energy 67 (2020) 104252;Chem. Mater. 2020, 32, 4998−5008)等举行了深入的研究。和美国国家高磁场实验室团结研发的电化学-原位固体核磁技术装置用于研究负极质料的充放电机理( Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7,19793)以及追踪界面金属枝晶的生长(Nature Nanotechnology (2020))等。

该事情获得了美国国家强磁场实验室傅日强教授、中科院海西副研究员钟贵明(配合通讯)、以及剑桥大学金艳婷博士的支持和资助。论文第一作者是杨勇教授课题组博士研究生向宇轩。研究事情获得科技部重点研发计划(2018YFB0905400、2016YFB0901502)及国家自然科学基金(21935009、21761132030、21603231)的鼎力大举资助和支持。光催化木质纤维素转化制化学品综述我院王野教授研究团队与中科院大连化学物理研究所王峰研究员课题组应邀互助撰写的综述性论文“Photocatalytic transformations of lignocellulosic biomass into chemicals”作为外封面文章揭晓于Chemical Society Reviews, DOI: DOI:10.1039/d0cs00314j。

该文全面总结了新兴的太阳能驱动木质纤维素转化制化学品领域的研究希望,详细讨论了木质纤维素相关分子选择性断键和官能团定向活化的光催化反映机理,并对当前挑战和未来生长偏向做出了深入思考和前瞻性展望。木质纤维素由多糖(纤维素、半纤维素)和木质素组成,占地球上植物类生物质的90%,是最主要的可再生碳资源。

将木质纤维素转化成化学品,特别是具有高附加值的有机含氧化合物,是生物质转化使用的理想途径之一。温和条件下C−O、C−C键的选择性断键和特定官能团的定向活化是木质纤维素转化制高值化学品的关键。光催化剂吸收光能后可生成具有高氧化还原能力的光生电荷或者活性物种,在温和条件下即可实现高效高选择性化学转化。

近年来,海内外多个研究团队通过光催化方法,在选择性切断多糖和木质素大分子的C−O、C−C键,高效活化木质纤维素及衍生平台分子中的指定官能团等方面取得突破,成为生物质高效使用的新兴研究领域。该综述对近年来光催化木质纤维素相关分子转化制化学品系举行了系统梳理,从原理上剖析了光催化的优势,并详细先容了光催化在木质纤维素关键转化中的应用,包罗纤维素C−O键断键;单糖及其衍生呋喃平台分子的中醛/羟基的选择性氧化;单糖C−C断键;呋喃平台分子的C−C偶联;木质素C−O、C−O键断键;木质素衍生芬芳醛、芬芳酮、酚的C−C偶联,C−N偶联等重要反映。综述重点讨论了光催化木质纤维相关分子转化历程的反映路径、反映机理、活性物质及中间体等关键科学问题,为高效高选择性的光催化体系设计提供借鉴,并对光催化木质纤维素转化制化学品领域中的挑战和机缘举行了总结与展望。

该论文第一作者为我院2015级能源质料化学协同创新中心iChEM博士生吴雪娇,我院王野教授、谢顺吉高工和中科院大连化学物理研究所王峰教授为配合通讯作者。论文中相关研究事情获得国家自然科学基金(21690082、 21972115、21721004、21991094),中国科学院战略性先导科技专项(XDB17000000),科技部重点研发计划(2018YFE0118100)等项目的资助。“基于可调红外激光的能源化学大型实验装置”研制事情取得重要希望近期,由我院孙世刚院士担任项目卖力人的国家重大科研仪器设备研制专项“基于可调红外激光的能源化学大型实验装置(FELiChEM)”的研制事情取得重要希望。该项目于2014年启动,总经费8500万元,由厦门大学、中国科学技术大学、复旦大学和中国科学院大连化学物理研究所配合负担。

该大型实验装置包罗一台可调谐红外自由电子激光光源,以及固液、固气表界面光谱,高空间分辨光谱,超快时间分辨光谱,光解离光谱和光引发光谱5个实验线站。该装置是海内首台红外自由电子激光用户装置,也是国际上首台面向能源化学领域研究的红外自由电子激光装置。

建后将显著提升从原子、分子水平研究固/气和固/液表界面历程、团簇结构及其反映动力学和红外振动态引发分子反映动力学的能力,有力推动解决能源质料化学领域若干前沿科学问题。该大型实验装置作为一个重要的能源化学研究平台,最终将落户在同步辐射国家实验室(中国科学技术大学),面向全球开放运行。2020年5月,项目组的国家同步辐射实验室工程团队通过重复调试红外自由电子激光装置(Infrared Free Electron Laser,IRFEL),细致优化电子束流、波荡器参数和光束线反射镜姿态,实现了中红外波段自由电子激光的高功率稳定输出和高效传输,调谐规模到达2.5 ~ 50 μm,宏脉冲宽度3~5 μs,最大微脉冲能量凌驾80 μJ,凌驾项目计划书中的验收指标(图1)。

6月,光束诊断系统完玉成部技术验证,实现对低重频、超短脉冲红外激光光强和波长数据的准确诊断。7月,厦门大学承建的固液、固气表界面光谱和超快时间分辨光谱,以及复旦大学承建的高空间分辨光谱3条实验线站已划分完成了光路搭建与调试事情,顺利实现与红外自由电子激光光束线对接。其中,由我校承建的固液、固气表界面光谱实验线站获得了首张红外自由电子激光的红外吸收光谱图(图2)。

图1左图:红外自由电子激光光源总体;右图:红外自由电子激光光斑(波长:9.9 mm)图2左图:红外自由电子激光波长诊断效果(带宽~1%);右图:基于IRFEL光源收罗的聚苯乙烯红外吸收光谱与通例傅里叶红外光谱仪收罗的红外吸收光谱的比力:光谱分辨率4 cm-1;扫描次数:IRFEL谱1次,尺度谱32次。接下来,项目组将在现有事情基础上进一步密切互助,努力完成各项参数的优化和装置的整体调试,力争尽快全面到达验收指标,为能源化学领域的科学研究提供高质量的红外自由电子激光光源和先进的研究平台。

锂氧气电池溶液相催化剂研究新希望克日,我院董全峰教授课题组在锂氧气电池溶液相催化剂的研究中取得重要希望,相关研究结果以“Highly Reversible O2 Conversions by Coupling LiO2 Intermediate through a Dual-Site Catalyst in Li−O2 Batteries”为题揭晓在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.202001592)。锂氧气电池以金属锂作为负极,空气中的氧气作为正极的活性物质,具有极高的理论能量密度。可是,这一体系现在仍存在着较多的问题,尚不能实现商业化应用。主要原因是其多相反映动力学迟滞和高活性中间产物LiO2引发严重的副反映,使得电池可逆性较低、循环寿命较短。

该课题组恒久致力于开展基于氧气电极方面的研究,前期通过对氧气电极的催化设计和结构设计,构筑了一系列固、液相催化剂,针对性地改善了以上问题,从而显著提升了锂氧气电池的电化学性能(Chem, 2018, 4, 2685−2698; Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1800089; Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9765−9768; ACS Catal., 2018, 8, 7983−7990)。该事情则在先前研究的基础上进一步开展氧气电极液相催化研究,首次将具有双位点(路易斯酸碱对)的亚碘酰苯(PhIO)有机小分子应用作为锂氧气电池的溶液相催化剂。联合实验和理论盘算效果发现,基于该具有双位点活性的溶液相催化剂构筑了新型固/液接触界面,大幅改善了反映动力学,并通过其I3+=O2−(双位点)有效俘获LiO2物种,形成LiO2-3PhIO中间产物,抑制了副反映;相对于传统的两电子直接剖析途径,提供了一条越发可逆且动力学越发有利的反映途径,从而提升了锂氧气电池的可逆性,大大延长了电池的循环寿命。

该事情在董全峰教授和郑明森副教授的配合指导下完成。我院2015级iChEM博士生林晓东(已结业)和2018级博士生孙宗强为论文的配合第一作者。理论盘算部门由袁汝明副教授完成,唐淳(2015级iChEM博士生,已结业)、徐攀(2017级博士生)、崔学阳(2018级博士生)等到场了部门事情。

周志有教授和洪宇浩博士在微分电化学质谱方面提供了努力的资助与支持。另外,谢谢于腊佳老师在电子顺磁共振实验上的资助,苏海胜、朱礼林和冯慧姝在拉曼光谱测试上的资助以及陶丹丹在紫外可见光谱测试上的资助。该事情获得了国家自然科学基金委(项目批准号:U1805254, 21673196, 21703186, U1705255, 21773192)的资助。

氮掺杂碳质料电催化还原二氧化碳的活性本质研究克日,能源质料化学协同创新中心(iChEM)邓德会研究员团队在无金属氮掺杂碳电催化还原CO2研究中取得新希望。通过可控合成含有差别氮物种及掺杂量的氮掺杂碳质料,展现了石墨氮调控的近邻碳是电催化还原CO2制CO的活性位点。

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该事情为深入认识电催化还原CO2的机制以及催化剂的理性设计提供了借鉴。相关研究结果“Unveiling the Active Site of Metal-Free Nitrogen-doped Carbon for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction”揭晓在Cell Reports Physical Science, DOI: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100145。

使用可再生能源将CO2转化为高附加值化学品是降低碳排放缓和解化石资源短缺的一种有效计谋。氮掺杂碳质料具有良好的导电性和易于调变的电子特性,在电催化还原CO2制CO中展现出了优异的催化性能。但现在由于缺少可控掺杂氮物种的制备方法,对氮掺杂碳活性位点的认识仍存在争议。邓德会研究团队在恒久深入研究石墨烯限域单原子催化剂的基础上(Sci. Adv. 2015, 1, e1500462; Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 218; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6708; Nano Energy 2017, 32, 353; Chem 2018, 4, 1902; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16339; Chem. Rev. 2019, 119, 1806; Adv. Mater. 2019, 31, 1901996),创新地使用氧化硅球模板辅助热解酞菁分子的方法,可控地制备了一系列含有差别氮物种和掺杂量的氮掺杂泡沫碳催化剂。

电化学活性测试效果讲明,相对于吡啶氮和吡咯氮含量相对高的样品,石墨氮含量高的样品显示了最高的CO选择性,在-0.5 V vs. RHE时,CO法拉第效率高达95%。理论盘算研究显示,石墨氮近邻碳原子位点电催化还原CO2到CO的过电位显著低于其电解水析氢(HER)的过电位,从而可以有效促进CO2还原;吡啶氮自己由于对H*的强吸附而被阻塞,而其四周碳原子上的HER反映过电位比CO2还原的更低;吡咯氮对两种反映均无显着促进效果。

因此,相比于吡啶氮和吡咯氮,石墨氮的引入有效地促进了其近邻碳原子催化CO2还原制CO的催化活性。我院2016级博士生张政和中科院大连化学物理研究所于良副研究员为论文的配合第一作者。上述事情获得了国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目、中科院战略性先导科技专项、中科院清洁能源创新研究院互助基金项目、教育部能源质料化学协同创新中心(2011-iChEM)等的资助。

对二甲苯(PX)合成研究我院袁友珠教授课题组在对二甲苯(PX)合成门路中取得希望,设计出一条将CO2加氢与甲苯烷基化耦合的新合成门路,相关研究效果以“Selective methylation of toluene using CO2 and H2 to para-xylene”为题揭晓于Science Advances (Sci. Adv. 6, eaba5433 (2020), DOI: 10.1126/sciadv.aba5433)。PX是石化工业的基本有机化工原料之一,主要用于生产三大合成质料—合成树脂、合成纤维和合成橡胶。随着我国下游工业的快速生长,PX的需求量迅猛增长,入口依存度大于50%。

接纳甲醇与甲苯选择性烷基化反映制PX是一条热门且较为经济的技术门路,虽然,海内外众多研发机构和公司投入大量的人力物力研发,但其反映温度高达420~480 °C,与甲醇制烯烃(MTO)反映温度靠近,容易发生副反映。该反映温度较高的主要原因在于甲醇较难转化为活性烷基化基团。

袁友珠教授课题组在前期开展CO2加氢制甲醇的研究中(Appl. Catal. B: Environ. 2019, 251, 119; Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 1062)注意到CO2催化加氢制甲醇经甲酸盐路径反映机理的甲氧基中间体。因此,他们提出使用CO2和H2替代甲醇作为甲苯烷基化试剂,使用CO2和H2在相对较低温度下生成的甲氧基中间体(无需经甲醇)直接与甲苯烷基化。

该研究中,他们通过优化由ZnZrOx和ZSM-5组成的双功效催化剂的组成以及烷基化反映条件,以调控CO2加氢反映和甲苯烷基化反映的匹配性,可获得81.1%的二甲苯选择性(不计逆水煤气变换反映),其中PX占70.8%。而在同比条件下接纳甲醇为烷基化试剂时,二甲苯选择性仅49.4%,其中PX占32.7%。通过H2/D2和CO2/13CO2同位素实验,展现了二甲苯中的两个甲基一个来自甲苯,另一个来自CO2加氢反映,证明二甲苯并非来自甲苯的歧化反映;同时,该反映有显着的反同位素效应(kH/kD=0.80),说明CO2加氢反映可能履历甲酸盐(HCOO*)路径。

与传统的甲醇烷基化路径相比,接纳CO2加氢的甲苯烷基化路径可将反映温度降低至360 ℃,催化剂一连运转100小时保持稳定。虽然现有催化剂体系上的底物转化率和PX选择性等指标仍有较大的提升空间,但在获得较高的二甲苯和PX产物选择性的情况下,有效地制止了MTO副反映,气态烃选择性小于1%。该事情为CO2资源化使用的研究提供了新思路,同时也为高值化学品PX的合成开发了新途径。

该事情在袁友珠教授指导下完成。我院2018级博士生左佳昌为论文第一作者,博士生陈伟坤、硕士生刘佳以及醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室(厦门大学)段新平博士和叶林敏博士等到场了论文的部门研究。该事情获得了国家重点研发计划(2017YFA0206801)、国家自然科学基金(21972113、91545115)和教育部创新团队(IRT_14R31)的资助。

该研究效果已划分申请了中国发现专利(申请号201911149539.2, 2019)和国际专利(申请号PCT/CN2020/077412, 2020)。原位电化学针尖增强拉曼光谱技术展现等离激元热载流子空间漫衍我院任斌教授课题组在表征等离激元热载流子空间漫衍方面取得重要希望。相关结果“Probing nanoscale spatial distribution of plasmonically excited hot carriers”在线揭晓于Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-020-18016-4).外貌等离激元(SP)效应可发生远高于热平衡下费米能级能量的热电子-空穴对(热载流子),从而能够引发和促进相关的光电或者化学历程,为在纳米尺度上高效使用光能实现物质和能量转化提供了极为有效的手段,因而在光催化、光伏、光电器件等领域引起了广泛的兴趣。

SP热载流子的空间漫衍及其输运距离的精准表征可以指导应用体系的设计,从而在空间上实现热载流子的高效捕捉,制止无效区域的泛起,提高物质和能量转化效率。然而,SP热载流子在实空间漫衍的原位准确丈量迄今依然极具挑战。

该事情使用课题组前期自主生长的电化学针尖增强拉曼光谱技术(EC-TERS,J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11928; Anal. Chem., 2019, 91, 11092),发挥具有SP效应的TERS针尖既能催化反映又能增强外貌物种拉曼信号的优势,原位表征光、电对SP热载流子催化反映效率的调控历程及机制。进而,该事情通过调控电位开关SP热载流子催化的反映,即在高电位触发反映,然后在低电位不发生反映时,使用TERS高空间分辨的优势,表征高电位下发生的反映产物的空间漫衍。该方法实现了有效热载流子催化反映区域的纳米分辨成像,使反映区域在实空间的漫衍可视化。

实验上获得了有效热载流子的输运距离,从而证明晰能量越高的热载流子越需要在更短的输运距离规模内收集捕捉。该事情在任斌教授和王翔副教授的配合指导下完成。实验主要由我院已结业博士生黄声超完成。

理论盘算主要由电子科学与技术学院的朱锦峰副教授和已结业硕士生李察微完成。此外,我院已结业硕士生赵庆庆、博后何玉韩和胡树等人也到场了部门研究与课题讨论。本研究事情获得了国家自然科学基金委和科技部等的资助和支持。

基于智能数据分析技术的单分子尺度的构象识别研究我院洪文晶教授与夏海平教授课题组在单分子构象识别研究中取得重要希望。相关研究结果以“Identifying the Conformational Isomers of Single-Molecule Cyclohexane at Room Temperature”为题揭晓于Cell Press旗下的《Chem》上(DOI:10.1016/j.chempr.2020.07.024)。构象异构是化学中的基本问题。然而对于环己烷等柔性分子,由于其在室温下极快的互变异构历程,基于系综的表征方法(如核磁等)只能获得所有构象平均孝敬的效果。

因此,在室温条件下,对柔性分子构象的定量分析与表征极具挑战。为了应对这一挑战,他们生长了基于单分子电学表征的构象识别技术,即在单分子电学表征的基础上,将数据升维以及离散数据挖掘等智能数据分析技术应用到单分子事件的统计分析中,在室温条件下乐成实现了对环己烷两种椅式构象的电学表征与比例识别。

同时,通过纳米电极间隙对分子的限域作用,我们发现在宏观尺度下极不稳定的扭船式中间体得以在单分子尺度稳定存在,这为不稳定中间体的研究提供了重要表征方法。这一研究事情是在洪文晶教授、夏海平教授配合指导下完成的,iChEM直博生唐淳与化工系研究生唐永翔为论文配合第一作者。师佳副教授与刘俊扬副研究员为该事情提供了指导,博士后陈志昕、博士研究生陈李珏以及研究生叶艺玲、严哲玮、张珑漪配合到场了该事情。该事情获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助,也获得了固体外貌物理化学国家重点实验室、能源质料化学协同创新中心的支持。

埃级别空间分辨探测等离激元热点中的场强漫衍我院李剑锋教授课题组在等离激元纳腔中场强漫衍的探测取得希望,相关效果以“Observation of inhomogeneous plasmonic field distribution in a nanocavity”为题揭晓于《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/s41565-020-0753-y)。等离激元质料和器件中电场的强度漫衍是等离激元技术及其应用的重要基础。虽然针尖增强光谱成像技术的生长已经实现了亚纳米的横向空间分辨率,并发现了亚纳米级电场的不匀称性,可是迄今人们对电场的纵向场强漫衍仍然知之甚少。

虽然有理论研究讲明纳腔中的分子具有强烈的自聚焦效应,但人们仍习惯地将分子思量为匀称介质,并认为等离激元纳腔中的场强在纵轴偏向是匀称漫衍的。为此,亟需生长高空间分辨的方法探测等离激元纳腔中的场强漫衍,实现对等离激元场的全面明白。鉴于此,李剑锋教授课题组设计了一种具有~2Å空间分辨率的分子尺,使用金单晶基底和壳层阻遏金纳米粒子来构筑等离激元纳米腔,并通太过子尺的拉曼信号强度,精准地直接表征纳米腔中的纵轴偏向上高度不匀称的场强漫衍。

中国科学技术大学罗毅教授课题组使用基于量子场论的局域场光谱理论,准确地模拟获得了与实验相符的等离激元纳腔中的场漫衍,并发现了因分子自聚焦作用而引起的“等离激元梳”。该事情提供了一种通用有效的定量表征纳腔中场强漫衍的方法,完善了对等离激元学基础的明白,为超高空间分辨的拉曼光谱成像、光学力调控分子组装、单分子反映操控提供指导。该事情是在李剑锋教授和中国科学技术大学罗毅教授配合指导下完成的。

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实验部门主要由李超禹(论文第一作者,已结业博士)、温宝英(在读博士)、李松波(已结业硕士)完成,复旦大学段赛研究员(论文配合第一作者)和陈舒(已结业博士)举行了局域场光谱理论盘算。谢立强(已结业博士)和毛秉伟教授资助完成了扫描探针显微镜实验。浙江师范大学周小顺教授和王亚浩老师提供了自组装膜表征方面的重要资助。

印度的Kathiresan、叶龙武教授课题组和浙江大学陆展教授课题组在分子合成方面提供了重要资助。瑞士伯尔尼大学Wandlowski教授和田中群教授为该事情提供了指导。该研究事情获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省量子信息技术引导专项等的资助和支持。

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