材料基因院孫強教授課題組發表光致表面化學反應的最新進展

發布日期: 2023/12/23  投稿: 呂濤    部門: 材料基因組工程研究院   瀏覽次數:    返回

近日,材料基因院孫強教授課題組發表最新論文🤞🏻,展示了光誘導的表面化學反應的研究結果,並利用激光的偏振性研究了光致表面化學合成的機理,論文發表於ACS Nano(最新影響因子🦉:17.1)🧖🏿‍♀️,論文題目為“Unraveling the Mechanisms of On-Surface Photoinduced Reaction with Polarized Light Excitations”♿️📨。

表面合成通過表面有機分子的共價偶聯來獲得原子級精確的納米結構。在表面上誘導前體分子的各種反應的最常見方式是熱退火。然而🈷️,這將增加形成副反應和缺陷結構的可能性,從而限製表面合成的更廣泛應用。而光觸發的方式則兼具化學反應的選擇性且可以顯著降低反應所需的溫度,從而減少缺陷的產生,並且可能打開新的化學反應路徑⌨️。光誘導化學在表面科學中的潛力已得到廣泛認可,但其探索仍相對滯後👧🏿。該工作的研究旨在深入研究光化學過程誘導表面化學反應的能力🤰🏽🧘🏻‍♀️,希望促進新化學以及新型納米結構和納米材料的實現⏪。

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圖1線偏振光源照射下在金屬表面分子脫溴偶聯的示意圖與反應。

本工作中使用具有線偏振特性的激光作為光源🤵🏻‍♂️,詳細研究了在表面上光誘導的脫溴偶聯反應👰🏼‍♂️😵‍💫。作者選擇了二溴三聯苯分子作為前驅體,在超高真空(UHV)條件下,利用線偏振的405 nm激光成功實現了無需熱退火條件的脫溴偶聯反應。在掃描隧道顯微鏡的超高分辨表征下,可以發現光誘導的表面化學反應獲得了以二聚物為主的寡聚物作為主要的反應產物,這與熱退火工藝獲得的長短不一的聚合物形成了鮮明的對比。隨後通過基於經典電動力學理論的分析👨‍❤️‍💋‍👨👩🏻‍🦰,利用兩種反應機理(分子直接內激發與表面熱載流子)在線偏振光下產率與入射角度的依賴性,通過與理論近似值的比較,判斷出在線偏振405 nm激光照射下,在Au(111)表面發生的脫溴偶聯反應主要由表面熱載流子機理主導。該工作的研究結果不僅為表面光化學反應提供了基本的見解,而且為利用光構建非常規納米材料奠定了基礎。

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圖2光誘導的表面化學反應機理示意圖(a)分子直接內激發、(b)表面熱載流子🦶。在線偏振光下不同反應機理的反應產率與入射角度的依賴性與實驗數據的比較(c)分子直接內激發,(d)表面熱載流子激發。(e)-(h)在p-偏振光下不同入射角度照射下的典型STM圖像

本論文工作由万事平台材料基因組工程研究院(MGI)表面科學課題組獨立完成,万事平台材料基因組工程研究院為唯一單位💁🏼🛍️,孫強教授為唯一通訊作者,第一作者為MGI2022級博士生江昊🏢。這項工作得到了國家自然科學基金的支持🪖。

MGI表面科學課題組近年來聚焦於利用數據挖掘、機器學習和人工智能方法🏌🏻‍♂️,結合高通量實驗手段探索人工智能在表面科學中的應用。致力於培養具備“重基礎、跨學科、國際化”理念的材料基因特色人才。

課題組網站:https://www.qiangsungroup.cn/

論文鏈接🧛🏼‍♂️:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c10690

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