获奖项目简介
2025年中国分析测试科学奖二等奖：原位液相二次离子质谱技术及其在固液界面分析中的应用
完成单位：中国科学院化学研究所、中国科学院生态环境研究中心
完成人：张燕燕，汪福意，陆成海，辛森
成果简介：固液界面广泛存在于电化学储能、电催化合成、污水处理、生物传感等领域，其微观结构与化学性质直接决定体系宏观性能。在分子水平上原位测量其微观化学结构、阐明界面动态演化机制，对上述领域中表界面关键材料的理性开发具有重要意义，却一直是表界面分析领域的重大挑战。本项目聚焦固液界面原位分子表征这一关键科学问题，创建了以原位液相飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）为核心的固液界面分析技术体系，揭示固液界面宏观性能背后的微观分子作用机制。近五年代表作发表于Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. Adv.等高水平学术期刊。
创新点及科学价值：（1）针对超高真空ToF-SIMS分析系统与液体难以兼容的瓶颈，基于液体表面张力限域原理，研发原位液相ToF-SIMS 分析新装置，突破真空中固液界面原位分子表征的领域难题。（2）建立液体跨膜限域传输固液界面离子溶剂化结构转化的原位分析新方法，揭示去溶剂化驱动的离子跨膜选择性及其调控机制，指导高选择性高通量膜材料设计与制备。（3）建立极薄电化学界面层电极与电解液物种相互作用及其演化过程的原位分析新方法，揭示电池界面化学反应机制，推动下一代能源电化学技术革新。本成果发展的原位液相ToF-SIMS技术，极大地拓展了质谱技术的应用场景，突破了传统液相质谱难以直接原位分析强酸、强碱、高盐浓度、高沸点有机相等极端性质液体的瓶颈。此外，本成果为固液界面微观化学结构及其时空演化过程的原位分子解析提供了一种先进、独特的质谱测量工具。
应用前景：有望广泛应用于揭示固液界面宏观性能背后的微观分子作用机制，为污水处理领域高选择性高通量膜材料、电化学储能领域领域高温下长寿命电解液、电极材料等关键技术开发提供根本指导。
