强！厦门大学化学化工学院八月3篇大子刊

虽然时下正处于暑期，但化学化工学院的科研工作者们并没有因此停下奋斗的脚步。盛夏的八月，骄阳似火。芙蓉湖畔，群贤楼旁，捷报频传，硕果累累。小编特别整理了一下学院在八月份取得的部分科研成果，快来一起看看吧！

八月科研进展一览表

（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应综述

Chemical

Reviews

郑南峰教授、傅钢教授团队

溢流加氢大幅降低贵金属用量

Nature

Nanotechnology

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过程

Nature

Nanotechnology

王野教授研究团队

生物质高效利用新方向：光催化木质纤维素转化制化学品综述

Chemical

Society 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”研制工作取得重要进展

/

董全峰教授课题组

锂氧气电池溶液相催化剂研究新进展

Advanced

Energy Materials

邓德会研究员团队

氮掺杂碳材料电催化还原二氧化碳的活性本质研究

Cell Reports

Physical Science

袁友珠教授课题组

对二甲苯（PX）合成研究

Science

Advances

任斌教授课题组

原位电化学针尖增强拉曼光谱技术揭示等离激元热载流子空间分布

Nature

Communications

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分布

Nature

Nanotechnology

金催化氮宾转移和卡宾转移反应综述

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，于近日在线发表（Chem. Rev. 2020, DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00348）。

涉及金属卡宾的催化反应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、反应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产生金卡宾中间体，是金属卡宾化学领域的重要进展之一。

叶龙武课题组一直致力发展金属卡宾化学。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--异恶唑用于产生α-亚胺金卡宾，被国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应的应用现状。首先，系统介绍了金催化炔烃的氮宾转移反应和各种新型的炔烃氮宾转移试剂如叠氮化物、氮杂叶立德、异恶唑等。其次，系统介绍了金催化炔烃的卡宾转移反应，并由此发展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。对于各类炔烃参与金催化氮宾转移和卡宾转移的反应机理及其在天然产物、生物活性分子全合成中的运用也进行了详细介绍。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，并对将来的发展趋势和前景进行了展望。

该工作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合作完成。研究工作得到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--对台科技合作项目（3502Z20183015）、厦门大学校长基金（20720180036）、教育部长江学者和创新团队发展计划等资助。

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进展。相关成果“Facet Engineering Accelerates Spillover Hydrogenation on Highly Diluted Metal Nanocatalysts”发表于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-020-0746-x).

氢溢流是催化中一个重要现象。长期以来，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分散催化剂与纳米表面结构调控有机结合，创制结构明确、不同表面Cu负载的Pd单原子催化剂，揭示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应中均具有很高的催化选择性，但其活性却与Pd负载量呈现截然不同的依赖关系。当Pd负载量低到几十个ppm，Cu纳米片负载的催化剂几乎不具有加氢活性，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，这一溢流加氢过程也同时得到了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策略。理论计算表明，除了H与表面的结合能外，炔烃的吸附能也是溢流加氢一个非常关键的因素。相对于Cu(111)表面，Cu(100)表面的s-p-d轨道杂化可以有效稳定加氢过渡态，降低反应能垒，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表面上氢溢流距离可大于500nm，远高于氧化物表面的氢溢流距离。为此，该研究提出了可以利用极低的Pd含量（0.005 wt％，50ppm）来激活Cu(100)，使其具有高催化活性，创造出“点铜成钯”效应。该催化剂对各种取代基修饰的炔烃半加氢反应都具有高选择性，而且无论对液相或气相反应都有相当高的反应活性和选择性。

该工作由郑南峰教授和傅钢教授共同指导，理论计算和预测部分主要由博士后江丽芝完成，实验部分主要由已毕业博士生刘锟隆完成。已毕业博士生周凌云、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参与了部分研究与课题讨论。该工作得到国家重点研发计划、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过程

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进展，相关成果以“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号在线发表于《自然•纳米技术》（Nature Nanotechnology DOI：10.1038/s41565-020-0749-7）。

由于钠元素资源丰富且成本较低，有望应用于规模化储能电池领域，近年来安全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的低工作电压，这使其成为钠基电池的理想负极材料。然而，由于在充放电过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）并在电极表面固体电解质界面（SEI）层的堆积，限制了其实际应用。另外钠金属微结构的生长随时间演化，很难通过常规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过程，理解其对钠金属电化学溶解-沉积过程的影响。杨勇教授团队发展了原位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。实验结果表明，不断增长的SMSs首先会导致沉积过电位线性增加，直到达到0.15 V的过渡电压为止。此时触发电解液的剧烈电化学分解，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结果也证明了钠金属表面SEI中NaH的存在。

近年来，杨勇教授课题组致力于发展先进的固体核磁技术用于电化学能源材料的研究。例如他们通过合理的材料结构设计和体相/界面调控，利用高分辨魔角旋转固体核磁技术对锂离子正极材料（Nature Energy 2, 17074 (2017)；Journal of Power Sources 412 (2019) 336–343），钠离子电池正极材料（Angew.Chem. Int. Ed. 2018, 57,11918 –11923；Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 18086-18095；）的充放电反应机理以及固态电池与固体电解质材料（Materials Today， 2020，36，139-163；Nano Energy 67 (2020) 104252；Chem. Mater. 2020, 32, 4998−5008）等进行了深入的研究。和美国国家高磁场实验室联合研发的电化学-原位固体核磁技术装置用于研究负极材料的充放电机理（ 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。

该工作得到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（共同通讯）、以及剑桥大学金艳婷博士的支持和帮助。论文第一作者是杨勇教授课题组博士研究生向宇轩。研究工作得到科技部重点研发计划（2018YFB0905400、2016YFB0901502）及国家自然科学基金（21935009、21761132030、21603231）的大力资助和支持。

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合作撰写的综述性论文“Photocatalytic transformations of lignocellulosic biomass into chemicals”作为外封面文章发表于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进展，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应机理，并对当前挑战和未来发展方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，是生物质转化利用的理想途径之一。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，国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，成为生物质高效利用的新兴研究领域。

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进行了系统梳理，从原理上解析了光催化的优势，并详细介绍了光催化在木质纤维素关键转化中的应用，包括纤维素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；木质素衍生芳香醛、芳香酮、酚的C−C偶联，C−N偶联等重要反应。综述重点讨论了光催化木质纤维相关分子转化过程的反应路径、反应机理、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遇进行了总结与展望。

该论文第一作者为我院2015级能源材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共同通讯作者。论文中相关研究工作得到国家自然科学基金（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”研制工作取得重要进展

近期，由我院孙世刚院士担任项目负责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）”的研制工作取得重要进展。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共同承担。该大型实验装置包含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，光解离光谱和光激发光谱5个实验线站。该装置是国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/液表界面过程、团簇结构及其反应动力学和红外振动态激发分子反应动力学的能力，有力推动解决能源材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反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，调谐范围达到2.5 ~ 50 μm，宏脉冲宽度3~5 μs，最大微脉冲能量超过80 μJ，超过项目计划书中的验收指标（图1）。6月，光束诊断系统完成全部技术验证，实现对低重频、超短脉冲红外激光光强和波长数据的精确诊断。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条实验线站已分别完成了光路搭建与调试工作，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结果（带宽~1%）；右图：基于IRFEL光源采集的聚苯乙烯红外吸收光谱与常规傅里叶红外光谱仪采集的红外吸收光谱的比较：光谱分辨率4 cm-1；扫描次数：IRFEL谱1次，标准谱32次。

接下来，项目组将在现有工作基础上进一步密切合作，努力完成各项参数的优化和装置的整体调试，力争尽快全面达到验收指标，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进展

近日，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进展，相关研究成果以“Highly Reversible O2 Conversions by Coupling LiO2 Intermediate through a Dual-Site Catalyst in Li−O2 Batteries”为题发表在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。但是，这一体系目前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应动力学迟滞和高活性中间产物LiO2引发严重的副反应，使得电池可逆性较低、循环寿命较短。该课题组长期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）。

该工作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。结合实验和理论计算结果发现，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，大幅改善了反应动力学，并通过其I3+=O2−（双位点）有效俘获LiO2物种，形成LiO2-3PhIO中间产物，抑制了副反应；相对于传统的两电子直接分解途径，提供了一条更加可逆且动力学更加有利的反应途径，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。

该工作在董全峰教授和郑明森副教授的共同指导下完成。我院2015级iChEM博士生林晓东（已毕业）和2018级博士生孙宗强为论文的共同第一作者。理论计算部分由袁汝明副教授完成，唐淳（2015级iChEM博士生，已毕业）、徐攀（2017级博士生）、崔学阳（2018级博士生）等参与了部分工作。周志有教授和洪宇浩博士在微分电化学质谱方面提供了积极的帮助与支持。另外，感谢于腊佳老师在电子顺磁共振实验上的帮助，苏海胜、朱礼林和冯慧姝在拉曼光谱测试上的帮助以及陶丹丹在紫外可见光谱测试上的帮助。该工作得到了国家自然科学基金委（项目批准号：U1805254, 21673196, 21703186, U1705255, 21773192）的资助。

氮掺杂碳材料电催化还原二氧化碳的活性本质研究

近日，能源材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研究中取得新进展。通过可控合成含有不同氮物种及掺杂量的氮掺杂碳材料，揭示了石墨氮调控的近邻碳是电催化还原CO2制CO的活性位点。该工作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。相关研究成果“Unveiling the Active Site of Metal-Free Nitrogen-doped Carbon for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction”发表在Cell Reports Physical Science, DOI: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100145。

利用可再生能源将CO2转化为高附加值化学品是降低碳排放和缓解化石资源短缺的一种有效策略。氮掺杂碳材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。但目前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。

邓德会研究团队在长期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）,创新地利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不同氮物种和掺杂量的氮掺杂泡沫碳催化剂。电化学活性测试结果表明，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%。理论计算研究显示，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；吡啶氮本身由于对H*的强吸附而被阻塞，而其附近碳原子上的HER反应过电位比CO2还原的更低；吡咯氮对两种反应均无明显促进效果。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共同第一作者。上述工作得到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、中科院洁净能源创新研究院合作基金项目、教育部能源材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）合成路线中取得进展，设计出一条将CO2加氢与甲苯烷基化耦合的新合成路线，相关研究结果以“Selective methylation of toluene using CO2 and H2 to para-xylene”为题发表于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材料—合成树脂、合成纤维和合成橡胶。随着我国下游产业的快速发展，PX的需求量迅猛增长，进口依存度大于50%。采用甲醇与甲苯选择性烷基化反应制PX是一条热门且较为经济的技术路线，虽然，国内外众多研发机构和公司投入大量的人力物力研发，但其反应温度高达420~480 °C，与甲醇制烯烃（MTO）反应温度接近，容易产生副反应。该反应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应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，利用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组成的双功能催化剂的构成以及烷基化反应条件，以调控CO2加氢反应和甲苯烷基化反应的匹配性，可获得81.1%的二甲苯选择性（不计逆水煤气变换反应），其中PX占70.8%。而在同比条件下采用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，揭示了二甲苯中的两个甲基一个来自甲苯，另一个来自CO2加氢反应，证明二甲苯并非来自甲苯的歧化反应；同时，该反应有明显的反同位素效应（kH/kD=0.80），说明CO2加氢反应可能经历甲酸盐（HCOO*）路径。与传统的甲醇烷基化路径相比，采用CO2加氢的甲苯烷基化路径可将反应温度降低至360 ℃，催化剂连续运转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，有效地避免了MTO副反应，气态烃选择性小于1%。该工作为CO2资源化利用的研究提供了新思路，同时也为高值化学品PX的合成开辟了新途径。

该工作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参与了论文的部分研究。该工作得到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。该研究结果已分别申请了中国发明专利（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揭示等离激元热载流子空间分布

我院任斌教授课题组在表征等离激元热载流子空间分布方面取得重要进展。相关成果“Probing nanoscale spatial distribution of plasmonically excited hot carriers”在线发表于Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-020-18016-4).

表面等离激元（SP）效应可产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过程，为在纳米尺度上高效利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热载流子的空间分布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获，避免无效区域的出现，提高物质和能量转化效率。然而，SP热载流子在实空间分布的原位准确测量迄今依然极具挑战。

该工作利用课题组前期自主发展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针尖既能催化反应又能增强表面物种拉曼信号的优势，原位表征光、电对SP热载流子催化反应效率的调控过程及机制。进而，该工作通过调控电位开关SP热载流子催化的反应，即在高电位触发反应，然后在低电位不发生反应时，利用TERS高空间分辨的优势，表征高电位下产生的反应产物的空间分布。该方法实现了有效热载流子催化反应区域的纳米分辨成像，使反应区域在实空间的分布可视化。实验上获得了有效热载流子的输运距离，从而证明了能量越高的热载流子越需要在更短的输运距离范围内收集捕获。

该工作在任斌教授和王翔副教授的共同指导下完成。实验主要由我院已毕业博士生黄声超完成。理论计算主要由电子科学与技术学院的朱锦峰副教授和已毕业硕士生李察微完成。此外，我院已毕业硕士生赵庆庆、博后何玉韩和胡树等人也参与了部分研究与课题讨论。本研究工作得到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进展。相关研究成果以“Identifying the Conformational Isomers of Single-Molecule Cyclohexane at Room Temperature”为题发表于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过程，基于系综的表征方法（如核磁等）只能得到所有构象平均贡献的结果。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，他们发展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，在室温条件下成功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。

这一研究工作是在洪文晶教授、夏海平教授共同指导下完成的，iChEM直博生唐淳与化工系研究生唐永翔为论文共同第一作者。师佳副教授与刘俊扬副研究员为该工作提供了指导，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、张珑漪共同参与了该工作。该工作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，也得到了固体表面物理化学国家重点实验室、能源材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分布

我院李剑锋教授课题组在等离激元纳腔中场强分布的探测取得进展，相关结果以“Observation of inhomogeneous plasmonic field distribution in a nanocavity”为题发表于《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/s41565-020-0753-y)。

等离激元材料和器件中电场的强度分布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发展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均匀性，但是迄今人们对电场的纵向场强分布仍然知之甚少。虽然有理论研究表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考虑为均匀介质，并认为等离激元纳腔中的场强在纵轴方向是均匀分布的。为此，亟需发展高空间分辨的方法探测等离激元纳腔中的场强分布，实现对等离激元场的全面理解。

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，利用金单晶基底和壳层隔绝金纳米粒子来构筑等离激元纳米腔，并通过分子尺的拉曼信号强度，精准地直接表征纳米腔中的纵轴方向上高度不均匀的场强分布。中国科学技术大学罗毅教授课题组利用基于量子场论的局域场光谱理论，精确地模拟得到了与实验相符的等离激元纳腔中的场分布，并发现了因分子自聚焦作用而引起的“等离激元梳”。该工作提供了一种通用有效的定量表征纳腔中场强分布的方法，完善了对等离激元学基础的理解，为超高空间分辨的拉曼光谱成像、光学力调控分子组装、单分子反应操控提供指导。

该工作是在李剑锋教授和中国科学技术大学罗毅教授共同指导下完成的。实验部分主要由李超禹（论文第一作者，已毕业博士）、温宝英（在读博士）、李松波（已毕业硕士）完成，复旦大学段赛研究员（论文共同第一作者）和陈舒（已毕业博士）进行了局域场光谱理论计算。谢立强（已毕业博士）和毛秉伟教授帮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帮助。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帮助。瑞士伯尔尼大学Wandlowski教授和田中群教授为该工作提供了指导。该研究工作得到国家自然科学基金、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。

审核、编辑：大可

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