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我科学家实现对单分子多维度内禀参量的精密测量

2021-02-22 09:17:08      点击:808    评论:0      来源:科技日报

记者从中国科学技术大学获悉,该校单分子科学团队侯建国院士、王兵教授、谭世倞教授等发展了多种扫描探针显微成像联用技术,实现了对单分子在电、力、光等外场作用下不同内禀参量响应的精密测量,在单化学键精度上实现了单分子多重特异性的综合表征,这一研究成果于日前发表在《科学》杂志上。

精确测定分子的化学结构、识别其化学物种一直是表面科学的核心问题。即使在单个分子层次上,分子结构、电子态及其激发态、化学键振动、反应动力学行为等多维度的内禀属性均表现出显著的特异性。针对分子多维度内禀参量的精密测量是全局性和综合性理解分子特异性的基础,但始终是一个极具挑战性的前沿问题。扫描隧道显微术(STM)及其衍生出的多种高分辨的显微成像技术,但是,这些显微技术缺乏化学识别能力。

中国科大团队在前期工作基础上,采用融合扫描探针技术的策略,突破了单一显微成像技术的探测局限。利用这一高分辨的综合表征技术,以并五苯分子及其衍生物作为模型体系,结合电、力、光等不同相互作用实现了对电子态、化学键结构和振动态、化学反应等多维度内禀参量的精密测量。

实验结果揭示了Ag(110)表面吸附的并五苯分子转化为不同衍生物的机理,其中纳腔等离激元激发是导致特定吸附构型下C―H键选择性断裂的原因。在技术上,通过集成高灵敏度的单光子计数器,把拉曼光谱的实空间成像速度提高了2个数量级,成功地实现了并五苯分子化学反应前后的动态跟踪与测量。结合理论计算,揭示了分子化学反应过程的机理,验证了实验观测结果。

这一融合多维度表征技术策略将为表面催化、表面合成和二维材料中的化学结构与物种识别,以及构效关系的构建提供可行的解决方案,在表面化学、多相催化等研究领域具有重要的科学价值。《科学》杂志审稿人评价该技术“将具有跨领域的影响力”。

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