中安在線、中安新聞客戶端訊 記者2月21日從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)侯建國院士、王兵教授、譚世倞教授等發(fā)展了多種掃描探針顯微成像聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單分子在電、力、光等外場(chǎng)作用下不同內(nèi)稟參量響應(yīng)的精密測(cè)量，在單化學(xué)鍵精度上實(shí)現(xiàn)單分子多重特異性的綜合表征。相關(guān)成果2月19日發(fā)表于《科學(xué)》。審稿人認(rèn)為，該技術(shù)將具有跨領(lǐng)域的影響力。
精確測(cè)定分子化學(xué)結(jié)構(gòu)、識(shí)別其化學(xué)物種，一直是表面科學(xué)的核心問題。即使在單個(gè)分子層次上，分子結(jié)構(gòu)、電子態(tài)及其激發(fā)態(tài)、化學(xué)鍵振動(dòng)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為等多維度的內(nèi)稟屬性，均表現(xiàn)出顯著的特異性。針對(duì)分子多維度內(nèi)稟參量的精密測(cè)量，是全局性和綜合性理解分子特異性的基礎(chǔ)，是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的前沿問題。
在過去40多年里，掃描隧道顯微術(shù)（STM）及其衍生出的多種高分辨的顯微成像技術(shù)，如q-Plus原子力顯微術(shù)（AFM），已經(jīng)獲得1埃量級(jí)的空間分辨能力，但這些顯微技術(shù)缺乏化學(xué)識(shí)別能力。
2013年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用針尖增強(qiáng)拉曼成像技術(shù)（TERS）首次實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)的化學(xué)識(shí)別，并于2019年將該技術(shù)空間分辨推進(jìn)至1.5埃，為針對(duì)分子特異性的全局表征研究打下基礎(chǔ)。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了STM-AFM-TERS聯(lián)用技術(shù)，突破單一顯微成像技術(shù)的探測(cè)局限。他們利用這一高分辨的綜合表征技術(shù)，以并五苯分子及其衍生物為模型體系，結(jié)合電、力、光等不同相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子態(tài)、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)和振動(dòng)態(tài)、化學(xué)反應(yīng)等多維度內(nèi)稟參量的精密測(cè)量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了銀(110)表面吸附的并五苯分子轉(zhuǎn)化為不同衍生物的機(jī)理，其中納腔等離激元激發(fā)是導(dǎo)致特定吸附構(gòu)型下C―H鍵選擇性斷裂的原因。在技術(shù)上，他們通過集成高靈敏度的單光子計(jì)數(shù)器，把拉曼光譜的實(shí)空間成像速度提高2個(gè)數(shù)量級(jí)，成功實(shí)現(xiàn)并五苯分子化學(xué)反應(yīng)前后的動(dòng)態(tài)跟蹤與測(cè)量。結(jié)合理論計(jì)算，他們揭示了分子化學(xué)反應(yīng)過程的機(jī)理，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。
這一融合多維度表征技術(shù)策略，將為表面催化、表面合成和二維材料中的化學(xué)結(jié)構(gòu)與物種識(shí)別以及構(gòu)效關(guān)系的構(gòu)建提供可行的解決方案，在表面化學(xué)、多相催化等研究領(lǐng)域具有重要的科學(xué)價(jià)值。（通訊員 桂運(yùn)安 記者 汪喬）