時空分辨同步輻射新方法及其功能材料的動力學研究

《時空分辨同步輻射新方法及其功能材料的動力學研究》是依託中國科學技術大學，由韋世強擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：時空分辨同步輻射新方法及其功能材料的動力學研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：韋世強
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

現代物質科學的飛速發展促使人們希望能在原子和分子水平上操縱物質的合成和功能化過程，實現功能材料特定性能的剪裁，為此亟需能夠同時從更快(時間)和更小(空間)的角度去揭示物質在瞬態和微區的非平衡態動力學過程的實驗新方法。同步輻射由於其高亮度、寬波段和時間結構等諸多優異特性，具有實現時空分辨技術的優勢。本項目擬利用國內的同步輻射大科學裝置和我們已積累的經驗，建立具有毫秒時間分辨和亞微米空間聚焦能力相結合的XAFS/XRD公共研究平台，自主研製這一技術的關鍵光電元器件，解決微聚焦、數據快速採集、快電子學控制之間的協調聯動等一系列關鍵技術問題。利用時空分辨同步輻射技術對物質科學中若干重要的微區動力學過程開展深入的研究，如強關聯電子材料的相變過程、塊體非晶態金屬玻璃的晶化過程、納米材料合成的化學反應進程等，力爭做出一些源頭創新的、有特色和國際影響力的成果，大幅度提高國內同步輻射平台的研究水平。

結題摘要

發展同步輻射時空分辨新技術，揭示物質在瞬態和非平衡態的動力學過程，對於在原子和分子水平上操縱物質的合成和功能化過程、實現功能材料特定性能的剪裁等都具有非常重要的意義。本項目於2012年1月啟動實施，進展順利。在項目執行期間，基於國內的同步輻射大科學裝置，建立了具有毫秒時間分辨和微米空間聚焦能力的同步輻射X射線吸收譜學研究平台，實現了能量色散XAFS測試方法，全譜採集時間達到毫秒量級；發展了毛細管共聚焦微區的空間分辨XAFS測量技術，空間解析度達微米左右；發展了K-B鏡聚焦系統和波帶片聚焦系統，實現了亞微米量級空間聚焦光斑的XAFS掃描測量。利用發展的時空分辨同步輻射新技術，對納米、能源和磁性領域中若干重要科學問題開展深入研究，取得了一些有重要影響力的研究成果：明確了貴金屬Pt納米顆粒在初期成核動力學過程和Au納米糰簇的合成過程和改性過程中的結構演變規律，為最終調控納米材料體系的合成和性能剪裁提供了有益借鑑；最佳化設計併合成出一維Fe2TiO5¬-TiO2納米管陣列和二維CoOOH納米片等系列先進能量轉化材料，使其在可見光波長範圍的量子轉換效率高達40%以上和光生電子-空穴對的分離效率達到60-90%，大幅提升了材料的能量轉換效率，並揭示了材料高效光/電解水產氫以及光電催化還原的物理機制，為指導合成高效太陽能轉換材料提供了新思路；針對設計的不同結構形式的零維Co-ZnO@ZnS量子點和二維Fe2O3、MoS2納米片，實現了材料由反鐵磁相互作用向鐵磁相互作用的轉變，揭示了元素或相摻雜以及二維超薄結構弛豫調控磁、電輸運等物理性能的機理，為有效操縱材料磁性相互作用提出了新途徑。依託本項目共發表SCI收錄論文49篇，其中代表性論文有Nature Commun. 4篇， J. Am. Chem. Soc. 8篇，Angew. Chem. Int. Ed. 4篇，ACS Nano 2篇，2篇論文分別被選為著名國際期刊的封面頁和有重要影響力的論文（VIP paper），獲得授權國家發明專利3項。項目執行期間一名成員獲得基金委優秀青年基金項目，三名成員晉升為研究員，一名成員晉升為副研究員。