科学研究

催化科学与工程系科研成果

发布时间:2015-07-31浏览次数:1549来源:

 1.无机氧化物材料的表面化学性质研究
在晶体的表面电荷态研究领域,一个被广泛接受了几十年的观点是:氢氧化铝晶体(001)表面在中等pH的水溶液中不形成可测量的表面电荷,但利用先进的原子力显微镜技术(高分辨成像结合表面力测量),我们证明这一论断是错误的(图1.1),结果发表在Langmuir上,现已被引用5次。论文评阅人对这一结果给予了极高的评价(评语:“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”)。该结果在国际会议以口头发言和专题讨论会上以特邀发言的形式报告后,也引起了国际同行的高度关注,均认为将会对氧化物表面化学的研究产生深远的影响,美国和欧洲的数个研究小组都希望保持联系并进一步合作。
由于我们工作的重要意义,陶瓷材料领域的国际权威刊物Journal of American Ceramics Society邀请我们撰写了有关氧化铝水溶液表面化学的综述论文(以满封面图片推荐,图1.2),已经作为本领域的权威综述被引用2次。
图1.1 氢氧化铝单晶的AFM微观表面结构和表面化学性质研究结果。(左)氢氧化铝单晶解理后的表面在微米级和原子级非常光滑,原子排列规则。(右上)在不同酸碱性的NaCl溶液中,用原子力显微镜胶体探针技术得到的解理表面的作用力曲线;(右下)经理论计算得到解理表面的表面电势随溶液酸碱性的变化。
图1.2 陶瓷材料领域的国际权威刊物Journal of American Ceramics Society邀请我们撰写综述论文的该期满封面推荐图片。
 
另外,我提出了一种AFM针尖上粘附微米颗粒的新方法,以及一种快捷、清洁放置样品的新方法。结果分别发表于显微镜专业杂志Microscopy Today,近二十人索要抽印本。该方法引起了很大重视,仪器分析领域的国际权威刊物Review of Scientific Instruments邀请我作为独立作者撰写了有关原子力显微镜针尖改性研究的综述论文(以醒目的封面图片推荐,见图1.3)。本文已经作为此领域的权威综述被引用4次。
 
图1.3 作为独立作者,受邀为仪器分析领域的国际权威刊物Review of Scientific Instruments撰写的有关原子力显微镜针尖改性研究的综述论文,也被该期以醒目的封面图片推荐。
 
2. 无机氧化物和石墨的表面微观结构研究
     用原子力显微镜,我们第一个获得了氧化铝单晶表面在非真空环境中的原子级形貌像(见图2.1),论文发表于Journal of Physical Chemistry B(已被引用10次)和 Surface Science(已被引用2次),论文评审人均给予了好评(评语:“This paper represents a significant new contribution... This is an impressive piece of work, producing atomic-scale AFM images of alumina under water”)。这一结果在国际会议上也以口头发言的形式报告过。
图2.1 氧化铝单晶表面在水溶液中的纳米级和原子级表面结构。(上)氧化铝单晶(0001)表面的“平台-台阶”结构,横截面分析表明台阶高度为0.2纳米。(下)纳米级和原子级表面形貌。可以得出格点排列周期为0.47纳米。均与理论结果相符。
 
我还用原子力显微镜研究了大气中云母表面裂纹扩展的表面结构变化以及动态断裂过程(见图2.2),论文European Physics J. Appl. Phys.,也已被引用。
图2.2 云母表面裂纹动态扩展过程的原子力显微镜原位观察。D为确定裂纹扩展量的一个标记物。
 
    另外,利用扫描隧道显微镜,我们发明了一种在石墨晶体表面原位剥离石墨烯片层形成表面超点阵的新方法(见图2.3),这一方法是迄今能形成表面超点阵的四种基本方法之一,该结果发表在Surface Science上后,已被引用5次,近期的一篇综述化篇幅特别对该结果进行了详细介绍。
图2.3 (左)利用扫描探针显微镜的针尖来原位剥离石墨烯片层。(右)观察到的石墨晶格和存在位相差的扭转晶界。