时空分辨同步辐射新方法及其功能材料的动力学研究

发展同步辐射时空分辨新技术，揭示物质在瞬态和非平衡态的动力学过程，对于在原子和分子水平上操纵物质的合成和功能化过程、实现功能材料特定性能的剪裁等都具有非常重要的意义。本项目于2012年1月启动实施，进展顺利。在项目执行期间，基于国内的同步辐射大科学装置，建立了具有毫秒时间分辨和微米空间聚焦能力的同步辐射X射线吸收谱学研究平台，实现了能量色散XAFS测试方法，全谱采集时间达到毫秒量级；发展了毛细管共聚焦微区的空间分辨XAFS测量技术，空间分辨率达微米左右；发展了K-B镜聚焦系统和波带片聚焦系统，实现了亚微米量级空间聚焦光斑的XAFS扫描测量。利用发展的时空分辨同步辐射新技术，对纳米、能源和磁性领域中若干重要科学问题开展深入研究，取得了一些有重要影响力的研究成果：明确了贵金属Pt纳米颗粒在初期成核动力学过程和Au纳米团簇的合成过程和改性过程中的结构演变规律，为最终调控纳米材料体系的合成和性能剪裁提供了有益借鉴；优化设计并合成出一维Fe2TiO5¬-TiO2纳米管阵列和二维CoOOH纳米片等系列先进能量转化材料，使其在可见光波长范围的量子转换效率高达40%以上和光生电子-空穴对的分离效率达到60-90%，大幅提升了材料的能量转换效率，并揭示了材料高效光/电解水产氢以及光电催化还原的物理机制，为指导合成高效太阳能转换材料提供了新思路；针对设计的不同结构形式的零维Co-ZnO@ZnS量子点和二维Fe2O3、MoS2纳米片，实现了材料由反铁磁相互作用向铁磁相互作用的转变，揭示了元素或相掺杂以及二维超薄结构弛豫调控磁、电输运等物理性能的机理，为有效操纵材料磁性相互作用提出了新途径。依托本项目共发表SCI收录论文49篇，其中代表性论文有Nature Commun. 4篇， J. Am. Chem. Soc. 8篇，Angew. Chem. Int. Ed. 4篇，ACS Nano 2篇，2篇论文分别被选为著名国际期刊的封面页和有重要影响力的论文（VIP paper），获得授权国家发明专利3项。项目执行期间一名成员获得基金委优秀青年基金项目，三名成员晋升为研究员，一名成员晋升为副研究员。