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    催化科學與工程系科研成果

    發布時間:2015-07-31瀏覽次數:3351來源:

     1.無機氧化物材料的表面化學性質研究
    在晶體的表面電荷態研究領域,一個被廣泛接受了幾十年的觀點是:氫氧化鋁晶體(001)表面在中等pH的水溶液中不形成可測量的表面電荷,但利用先進的原子力顯微鏡技術(高分辨成像結合表面力測量),我們證明這一論斷是錯誤的(圖1.1),結果發表在Langmuir上,現已被引用5次。論文評閱人對這一結果給予了極高的評價(評語:“This represents a significant step forward. For the first time there is now experimental evidence for the charging behaviour. Thus, this work is of significant scientific value”)。該結果在國際會議以口頭發言和專題討論會上以特邀發言的形式報告后,也引起了國際同行的高度關注,均認為將會對氧化物表面化學的研究產生深遠的影響,美國和歐洲的數個研究小組都希望保持聯系并進一步合作。
    由于我們工作的重要意義,陶瓷材料領域的國際權威刊物Journal of American Ceramics Society邀請我們撰寫了有關氧化鋁水溶液表面化學的綜述論文(以滿封面圖片推薦,圖1.2),已經作為本領域的權威綜述被引用2次。
    圖1.1 氫氧化鋁單晶的AFM微觀表面結構和表面化學性質研究結果。(左)氫氧化鋁單晶解理后的表面在微米級和原子級非常光滑,原子排列規則。(右上)在不同酸堿性的NaCl溶液中,用原子力顯微鏡膠體探針技術得到的解理表面的作用力曲線;(右下)經理論計算得到解理表面的表面電勢隨溶液酸堿性的變化。
    圖1.2 陶瓷材料領域的國際權威刊物Journal of American Ceramics Society邀請我們撰寫綜述論文的該期滿封面推薦圖片。
     
    另外,我提出了一種AFM針尖上粘附微米顆粒的新方法,以及一種快捷、清潔放置樣品的新方法。結果分別發表于顯微鏡專業雜志Microscopy Today,近二十人索要抽印本。該方法引起了很大重視,儀器分析領域的國際權威刊物Review of Scientific Instruments邀請我作為獨立作者撰寫了有關原子力顯微鏡針尖改性研究的綜述論文(以醒目的封面圖片推薦,見圖1.3)。本文已經作為此領域的權威綜述被引用4次。
     
    圖1.3 作為獨立作者,受邀為儀器分析領域的國際權威刊物Review of Scientific Instruments撰寫的有關原子力顯微鏡針尖改性研究的綜述論文,也被該期以醒目的封面圖片推薦。
     
    2. 無機氧化物和石墨的表面微觀結構研究
         用原子力顯微鏡,我們第一個獲得了氧化鋁單晶表面在非真空環境中的原子級形貌像(見圖2.1),論文發表于Journal of Physical Chemistry B(已被引用10次)和 Surface Science(已被引用2次),論文評審人均給予了好評(評語:“This paper represents a significant new contribution... This is an impressive piece of work, producing atomic-scale AFM images of alumina under water”)。這一結果在國際會議上也以口頭發言的形式報告過。
    圖2.1 氧化鋁單晶表面在水溶液中的納米級和原子級表面結構。(上)氧化鋁單晶(0001)表面的“平臺-臺階”結構,橫截面分析表明臺階高度為0.2納米。(下)納米級和原子級表面形貌??梢缘贸龈顸c排列周期為0.47納米。均與理論結果相符。
     
    我還用原子力顯微鏡研究了大氣中云母表面裂紋擴展的表面結構變化以及動態斷裂過程(見圖2.2),論文European Physics J. Appl. Phys.,也已被引用。
    圖2.2 云母表面裂紋動態擴展過程的原子力顯微鏡原位觀察。D為確定裂紋擴展量的一個標記物。
     
        另外,利用掃描隧道顯微鏡,我們發明了一種在石墨晶體表面原位剝離石墨烯片層形成表面超點陣的新方法(見圖2.3),這一方法是迄今能形成表面超點陣的四種基本方法之一,該結果發表在Surface Science上后,已被引用5次,近期的一篇綜述化篇幅特別對該結果進行了詳細介紹。
    圖2.3 (左)利用掃描探針顯微鏡的針尖來原位剝離石墨烯片層。(右)觀察到的石墨晶格和存在位相差的扭轉晶界。

     

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