突破單一顯微成像技術(shù)探測局限 科學(xué)家實現(xiàn)單分子多維度內(nèi)稟參量精密測量

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校單分子科學(xué)團隊侯建國院士、王兵教授、譚世倞教授等發(fā)展了多種掃描探針顯微成像聯(lián)用技術(shù)，實現(xiàn)了對單分子在電、力、光等外場作用下不同內(nèi)稟參量響應(yīng)的精密測量，在單化學(xué)鍵精度上實現(xiàn)了單分子多重特異性的綜合表征，這一研究成果于日前發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

精確測定分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、識別其化學(xué)物種一直是表面科學(xué)的核心問題。即使在單個分子層次上,分子結(jié)構(gòu)、電子態(tài)及其激發(fā)態(tài)、化學(xué)鍵振動、反應(yīng)動力學(xué)行為等多維度的內(nèi)稟屬性均表現(xiàn)出顯著的特異性。針對分子多維度內(nèi)稟參量的精密測量是全局性和綜合性理解分子特異性的基礎(chǔ)，但始終是一個極具挑戰(zhàn)性的前沿問題。掃描隧道顯微術(shù)(STM)及其衍生出的多種高分辨的顯微成像技術(shù)，但是，這些顯微技術(shù)缺乏化學(xué)識別能力。

中國科大團隊在前期工作基礎(chǔ)上，采用融合掃描探針技術(shù)的策略，突破了單一顯微成像技術(shù)的探測局限。利用這一高分辨的綜合表征技術(shù)，以并五苯分子及其衍生物作為模型體系，結(jié)合電、力、光等不同相互作用實現(xiàn)了對電子態(tài)、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)和振動態(tài)、化學(xué)反應(yīng)等多維度內(nèi)稟參量的精密測量。

實驗結(jié)果揭示了Ag(110)表面吸附的并五苯分子轉(zhuǎn)化為不同衍生物的機理，其中納腔等離激元激發(fā)是導(dǎo)致特定吸附構(gòu)型下C―H鍵選擇性斷裂的原因。在技術(shù)上，通過集成高靈敏度的單光子計數(shù)器，把拉曼光譜的實空間成像速度提高了2個數(shù)量級，成功地實現(xiàn)了并五苯分子化學(xué)反應(yīng)前后的動態(tài)跟蹤與測量。結(jié)合理論計算，揭示了分子化學(xué)反應(yīng)過程的機理，驗證了實驗觀測結(jié)果。

這一融合多維度表征技術(shù)策略將為表面催化、表面合成和二維材料中的化學(xué)結(jié)構(gòu)與物種識別，以及構(gòu)效關(guān)系的構(gòu)建提供可行的解決方案，在表面化學(xué)、多相催化等研究領(lǐng)域具有重要的科學(xué)價值。《科學(xué)》雜志審稿人評價該技術(shù)“將具有跨領(lǐng)域的影響力”。　　(吳長鋒)