完成单位：青岛大学

完成人：翟艳玲，卢小泉，焦雷，郭伟伟，张廷，朱志军

成果简介：

表界面是探究分子、原子与界面相互作用、离子迁移、能量传递和电荷转移的核心。本项目通过原位动态分子测量技术（即团队自主研制的扫描光谱电化学显微镜）对材料的界面结构、界面效应、电荷转移等进行研究，利用软探针分子构筑了光生载流子的检测平台，实现了光生空穴和电子的原位追踪，打破了传统电化学方法只能从宏观角度研究光电化学总体“平均”过程和性能的局限，阐明了材料的结构、组成与其电荷转移及光电催化等性能的构效关系；通过原子尺度掺杂，构建了灵敏精准的分子测量界面，并以小分子催化与传感作为反应模型，探索了原子尺度界面催化反应与传感性能之间的构效关系，阐明了测量界面上分子活化机制的科学问题；利用原位表征技术对小分子催化转化材料的表界面反应进行测量，实时、准确监测材料界面在小分子转化过程中的变化，为小分子催化反应机理及反应动力学提供理论指导。研究成果发表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Anal. Chem.等学术期刊，相关成果获国际和国内同行高度评价。

创新点及科学价值：

表界面是发生物理和化学反应的重要场所，已经成为能源、环境、生命等领域的研究热点。如今，伴随国家“双碳”战略的不断深入，急需新能源、新材料等领域发挥重要作用。然而，当前对于高性能材料理性设计、构筑等所面临的表界面科学问题仍旧未知，特别是界面异质结构、界面效应、缺陷、应力等核心问题。这主要归根于当前测试手段对于上述问题仅仅处于宏观、平均量化的水平，而缺少对于表界面问题的精准、原位量化。因此，探究材料表界面上各种光、电化学反应过程、发生机理，进一步理解材料的结构和组成与其催化性能的构效关系，对设计和发展新材料具有重要的指导意义。

社会经济效益：

利用原位动态分子测量技术对小分子催化转化材料的表界面电化学、离子传输、电荷分布等进行原位、实时、精准表征与测量，探究了材料结构、组成与其催化性能界面反应动力学机理的构效关系，通过在微纳及原子尺度对材料的组成和结构等方面进行调控，实现了小分子电催化剂的理性设计和精准可控制备，开发了清洁新能源材料与器件并进行结构设计与性能优化。利用原位动态表征技术有效实现了高效、快速且稳定的材料表界面分析测量，开展了“碳抵消”能源转换应用，从而有效助力“碳中和”，为国家节能减排贡献力量。

应用前景：

立足材料宏观性能，将微观与宏观表征相结合，静态与动态表征相结合，深入探究材料表界面电荷转移过程与材料结构、性能调控的关系，为高性能微纳结构的精准设计提供重要参考。本项目为界面光电化学、扫描电化学显微镜研制等重要领域提供领先、稳定、可靠的分析技术及应用示范，服务于解决国家及地方能源转换重大战略需求，推动经济社会可持续发展。