獲獎(jiǎng)項(xiàng)目簡介
2025年中國分析測試科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)：原位動(dòng)態(tài)分子測量技術(shù)在材料表界面反應(yīng)中的應(yīng)用研究
完成單位：青島大學(xué)
完成人：翟艷玲，盧小泉，焦雷，郭偉偉，張廷，朱志軍
成果簡介：
表界面是探究分子、原子與界面相互作用、離子遷移、能量傳遞和電荷轉(zhuǎn)移的核心。本項(xiàng)目通過原位動(dòng)態(tài)分子測量技術(shù)（即團(tuán)隊(duì)自主研制的掃描光譜電化學(xué)顯微鏡）對(duì)材料的界面結(jié)構(gòu)、界面效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移等進(jìn)行研究，利用軟探針分子構(gòu)筑了光生載流子的檢測平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了光生空穴和電子的原位追蹤，打破了傳統(tǒng)電化學(xué)方法只能從宏觀角度研究光電化學(xué)總體“平均”過程和性能的局限，闡明了材料的結(jié)構(gòu)、組成與其電荷轉(zhuǎn)移及光電催化等性能的構(gòu)效關(guān)系；通過原子尺度摻雜，構(gòu)建了靈敏精準(zhǔn)的分子測量界面，并以小分子催化與傳感作為反應(yīng)模型，探索了原子尺度界面催化反應(yīng)與傳感性能之間的構(gòu)效關(guān)系，闡明了測量界面上分子活化機(jī)制的科學(xué)問題；利用原位表征技術(shù)對(duì)小分子催化轉(zhuǎn)化材料的表界面反應(yīng)進(jìn)行測量，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測材料界面在小分子轉(zhuǎn)化過程中的變化，為小分子催化反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提供理論指導(dǎo)。研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Anal. Chem.等學(xué)術(shù)期刊，相關(guān)成果獲國際和國內(nèi)同行高度評(píng)價(jià)。
創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)價(jià)值：
表界面是發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)的重要場所，已經(jīng)成為能源、環(huán)境、生命等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。如今，伴隨國家“雙碳”戰(zhàn)略的不斷深入，急需新能源、新材料等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而，當(dāng)前對(duì)于高性能材料理性設(shè)計(jì)、構(gòu)筑等所面臨的表界面科學(xué)問題仍舊未知，特別是界面異質(zhì)結(jié)構(gòu)、界面效應(yīng)、缺陷、應(yīng)力等核心問題。這主要?dú)w根于當(dāng)前測試手段對(duì)于上述問題僅僅處于宏觀、平均量化的水平，而缺少對(duì)于表界面問題的精準(zhǔn)、原位量化。因此，探究材料表界面上各種光、電化學(xué)反應(yīng)過程、發(fā)生機(jī)理，進(jìn)一步理解材料的結(jié)構(gòu)和組成與其催化性能的構(gòu)效關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)和發(fā)展新材料具有重要的指導(dǎo)意義。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：
利用原位動(dòng)態(tài)分子測量技術(shù)對(duì)小分子催化轉(zhuǎn)化材料的表界面電化學(xué)、離子傳輸、電荷分布等進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)表征與測量，探究了材料結(jié)構(gòu)、組成與其催化性能界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理的構(gòu)效關(guān)系，通過在微納及原子尺度對(duì)材料的組成和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了小分子電催化劑的理性設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)可控制備，開發(fā)了清潔新能源材料與器件并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化。利用原位動(dòng)態(tài)表征技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)了高效、快速且穩(wěn)定的材料表界面分析測量，開展了“碳抵消”能源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，從而有效助力“碳中和”，為國家節(jié)能減排貢獻(xiàn)力量。
應(yīng)用前景：
立足材料宏觀性能，將微觀與宏觀表征相結(jié)合，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)表征相結(jié)合，深入探究材料表界面電荷轉(zhuǎn)移過程與材料結(jié)構(gòu)、性能調(diào)控的關(guān)系，為高性能微納結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供重要參考。本項(xiàng)目為界面光電化學(xué)、掃描電化學(xué)顯微鏡研制等重要領(lǐng)域提供領(lǐng)先、穩(wěn)定、可靠的分析技術(shù)及應(yīng)用示范，服務(wù)于解決國家及地方能源轉(zhuǎn)換重大戰(zhàn)略需求，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
