• 科研动态 中国科大在二维磁性材料研究领域中取得系列进展 近年来，二维（2D）材料因具有独特的与自旋相关的物理性质（范德华材料的磁子激子耦合行为和金属有机骨架材料中非常规磁现象等）而引起了物理学家和材料学家们的广泛关注。尤其是具有磁性（铁磁和反铁磁）的二维材料更是下一代自旋电子器件的首选材料。然而，由于反铁磁缺乏净磁化强度以及外磁场响应能力，准确识别它们的磁结构、进而深入理解其反铁磁衍生效应仍然是一个严酷挑战，这极大地限制了二维反铁磁的基础研究和实际应用。而对于二维铁磁材料而言，如何寻找到居里转变温度高于室温的体系则成为人们的追求目标。则针对这些问题，中国科学技术大学国家同步辐射实验室的闫文盛教授课题组基于同步辐射技术开展了二维磁性材料设计调控、 2023-11-09
• 科研动态 合肥光源用户在碱水电解制氢催化剂研究中取得系列进展 氢气作为一种高热焓、零碳排放的能源，在未来绿色能源社会中扮演着重要的角色。通过电解水的形式将太阳能、水能、风能等可持续能源以电能的形式转化成化学能储存在氢气中是一条非常经济且绿色的产氢途径。碱水电解产氢可以避免酸腐蚀电极和催化剂的腐蚀溶解，达到高效制备纯氢的目的，同时也能与其它工业半反应（氯碱化工）联用，显示出更广泛的应用前景。相比于酸性环境中质子直接耦合电子的析氢反应（2H++ 2e-→H2↑），碱性介质中质子的缺乏需要通过额外的水电离补充（H2O + e-→ H* + OH-），这直接导致其电解水析氢活性比酸性环境低2~3个数量级，极大地阻碍了碱水电解析氢反应的规模化应用。因此，设计廉价且 2023-09-18
• 科研动态 宋礼教授课题组应邀在《Chemical Reviews》上撰写纳米材料相工程... 近年来，具备独特物理化学性质的二维纳米材料及其在能源方面的应用受到了研究人员的广泛关注。通过不同的物理和化学设计策略建立的相结构是实现独特物理化学性质的主要原因。对二维能源纳米材料的相结构和真实反应机理进行具体分析离不开关键的表征方法，这些方法需能够提供尽可能多的有价值的信息。近期，国家同步辐射实验室宋礼教授课题组讨论了同步辐射表征技术在材料的相工程和能源应用中的关键作用，主要涉及具备本征缺陷、原子掺杂、插层和异质界面等的二维纳米材料。在此基础上，着重介绍了基于同步辐射的多谱学技术在揭示二维材料的本征物相和结构方面的作用。更进一步地，介绍了基于同步辐射的各种原位表征方法在解析二维能量纳米材料结构演变和反应机理方面的作用。最后，总结和展望了二维能源纳米材料和同步辐射光源及其集成技术的未来发展前景。相关内容发表在国际顶尖综述类期刊《ChemicalReviews》上。论文第一作者为国家同步辐射实验室何群特任副研究员，宋礼教授为论文的唯一通讯作者。（全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00389）图.二维材料相结构及其同步辐射谱学表征方法示 2023-08-17
• 科研动态 合肥光源用户在弹性铁电体材料合成中取得重大进展 具有可拉伸性的可穿戴电子产品应具有足够的弹性，以适应生物组织在大应变和频繁应变时产生的应变。这些要求已逐渐成为用于人工皮肤的弹性电子器件材料的基本特征。最近，基于本征弹性导体或半导体的可穿戴传感器和电路的原型器件已经取得了较大的进展。然而，铁电体作为现代电子的关键和有前途的基础材料，其弹性化却远落后于导体和半导体的弹性化进程，阻碍了它们在新兴可穿戴设备中的应用。在过去的几年里，化学交联在半导体和导体的本征弹性化方面取得了长足的发展。然而，从聚合物铁电体的弹性角度来看，传统化学交联仍然可能出现铁电响应-弹性恢复的困境。更详细地说，PVDF基聚合物铁电体的铁电性源于晶体区域FE畴的取向和极化，这意 2023-08-12
• 科研动态 合肥光源用户在电催化腈类加氢直接转化制备伯胺研究中取得新进展 将高温/高压条件下的氢化反应转换为环境条件下的电化学氢化反应可以极大地减少化学工业的碳足迹。众所周知，铜催化剂通过电催化腈类加氢对伯胺具有选择性。然而，在高电流密度下，它们的能量效率和法拉第效率仍无法满足工业需求。此外，潜在的催化机制仍然没有得到充足理解，特别是局部精细结构和催化选择性之间的相关性。考虑到乙腈电化学氢化的复杂性（包括，腈CN键的吸附和活化、质子耦合-电子转移和乙胺C-N键的解吸等过程），操纵催化剂的局部配位结构和电子结构对于实现更好的催化性能至关重要。鉴于铜金属的金属键特性使得大量自由电子充斥在催化表面，进而导致与胺的电子耦合过强，严重阻碍了催化动力学的发展。基于此可预测铜表 2023-07-17
• 科研动态 分子型金属位点上CO2电还原机理研究取得重要进展 电化学还原CO2为碳基燃料和化学品是碳捕集利用与封存技术的重要组成部分，在可再生能源存储和二氧化碳负排放方面具有广阔的应用前景。开发高效的CO2还原电催化剂是处在前沿的研究课题，一个理想的CO2还原反应电催化剂应具有低过电位和高电流密度的产物，同时在长期电解后保持高选择性和活性。然而，由于CO2具有很强的化学键强(806 kJ mol-1)和竞争性氢气析出反应的发生，实现理想的CO2RR催化剂性能是极具挑战性的。目前，一些具有高CO选择性的贵金属催化剂，如金(Au)和银(Ag)，可以在水溶液中获得低过电位，但其高成本和低电流密度限制了实际利用潜力。近期，中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼教 2023-06-27
• 科研动态 合肥光源用户在电催化合成尼龙6前驱体的研究中获得新进展 聚酰胺类材料是开发最早使用最广的热塑性工程材料，其中聚酰胺-6（尼龙6）广泛应用于纤维，工程塑料等领域。由于己内酰胺是尼龙6制备中的关键单体，每年己内酰胺的需求量仍在逐步增加，其产能已达到每年890万吨。传统的己内酰胺合成包括环己酮肟的制备和环己酮肟的贝克曼重排两个步骤。相比于简单的贝克曼重排反应，传统的环己酮肟的制备过程中需要使用到易爆炸的高浓度羟胺溶液，因此有必要开发出一种更加高效安全的策略从氮氧化物和环己酮直接合成环己酮肟。水相电催化合成有望作为一种通用策略在C-N偶联反应的领域前沿实现具有挑战性的C-N键构筑，其得到了越来越多的关注。目前，水相溶液中C-N还原偶联反应的底物主要局限于二 2023-06-07
• 科研动态 合肥光源XMCD线站团队在基于机器学习的分子模拟方法取得新进展 分子模拟是物质微观结构演化、光谱学模拟、材料构效关系、化学反应机理等科学研究的重要理论模拟工具。分子模拟的核心问题是根据原子几何坐标计算体系的势能和势能梯度，传统上这类计算一般依赖经验势方法或者第一性原理方法（如密度泛函方法DFT等）。一般来说，经验势方法计算效率高，可用于大体系长时间过程的模拟，但模拟精度较低，且难以描述化学键的形成和断裂等反应过程；第一性原理方法具有较高的物理精度，可描述化学反应，但计算成本很高，模拟的空间尺度一般局限在两三百原子以内，时间尺度局限在皮秒量级。因此，发展具有第一性原理级别模拟精度和经验势级别计算资源需求的分子模拟方法，对大尺寸体系和长时间尺度的过程模拟（如相 2023-06-06
• 科研动态 合肥光源用户在光驱动甲烷直接转化制备乙酸研究中取得新进展 甲烷氧化羰基化过程是制备乙酸的一条极具吸引力的途径。然而，该过程中外加的氧化剂（如O2和H2SO4）和羰基化试剂（如CO）会带来许多副反应的发生，限制了甲烷氧化羰基化过程的进一步应用。光驱动化学转化技术是实现温和条件下甲烷转化的一条有潜力的途径。通过反应中水氧化产生的·OH自由基，能够将甲烷活化为甲基自由基，并在反应位点上发生后续转化过程。然而，在光驱动过程中实现甲烷到乙酸的直接转化仍是一项挑战。主要瓶颈在于，在反应过程中与乙酸产物相关的羰基中间体难以稳定产生，并且甲基和羰基之间的偶联过程也难以控制。从反应原理来看，如何以甲烷作为唯一碳源在光化学过程中分别产生甲基和羰基中间体是高选择性形成乙酸 2023-05-31
• 科研动态 原位探测MAX熔盐反应中的相演变过程取得新进展 中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼教授团队联合上海光源开发了原位同步辐射X射线衍射（SRXRD）技术，揭示了MAX材料在熔盐环境下的相演变过程，并提出了通过精确温度和时间调节实现最佳刻蚀的可控合成方法。相关成果以“Operando Exploring and Modulating Phase Evolution Chemistry from MAX to MXenes in Molten Salt Synthesis”为题，于5月2日发表于国际著名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》上。二维过渡金属碳化物或氮化物（MXenes）由于其独特的层状结构、表面化学和成分多样性，在能量存储和其他领域中展现出了巨大的应用潜力。通常情况下，MXenes是通过选择性刻蚀MAX相中的A层而产生的，呈现出碳化物/氮化物层的六角晶体结构。最近，熔盐法已发展成为一种普遍策略，可有效地去除MAX相中的A层，从而产生具有表面化学可调的手风琴状MXenes。然而，由于熔盐蚀刻反应过程不明确，大多数实验参数通常是经验性设定的。尽管该领域的研究人员致力于研究 2023-05-30
• 科研动态 Cryo-SXT直接可视化金属离子诱导的亚细胞超微结构重塑 无机离子是生物生命活动所必须的元素，绝大多数生物需要金属离子参与代谢，以维持生物的主要生理功能。当生物暴露于高剂量或有毒的离子环境中，会激活基因、蛋白、亚细胞等多个尺度的解毒通路。其中，将金属离子转化为纳米粒子是一种独特的生物解毒策略，为材料组装开辟了绿色通道。无机离子与有机生命互作是一种低离子剂量和跨尺度体系，可视化金属离子诱导的亚细胞演变规律和生物合成纳米颗粒的3D分布仍然是一个挑战。近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室田扬超研究员和田立娇副研究员课题组基于软X射线成像线站（BL07W），研究无机离子与有机生命互作过程中亚细胞响应和生物合成纳米金的空间分布，相关研究发表在国际学术期刊ACS Nano上。研究团队基于高通量、无损和高分辨的冷冻软X射线断层成像（cryo-SXT）技术，采集酵母的cryo-SXT图像，重建酵母胞内的细胞器3D结构和空间分布。通过形貌和线性吸收系数（LAC），鉴别出细胞器和纳米颗粒。基于cryo-SXT，研究团队揭示了金离子与酵母互作过程中，亚细胞水平响应规律：脂滴体积变大（图1）、线粒体发生断裂（图2）和液泡褶皱变形（图3）。此外，团队明确了生物合成 2023-05-30
• 科研动态 我室在甲烷光催化反应中间体探测方法学上取得重要进展 近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室潘洋教授和刘成园特任副研究员课题组在基于同步辐射装置的甲烷光催化反应中间体探测方法学上取得重要进展，相关研究成果以“Illustrating the Fate of Methyl Radical in Photocatalytic Methane Oxidation over Ag-ZnO by in situ Synchrotron Radiation Photoionization Mass Spectrometry”为题，以封面文章形式于2023年5月23日在线发表在著名化学类期刊Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202304352）。甲烷在自然界有广泛的来源（包括天然气、页岩气、可燃冰等），是最清洁、最丰富的天然碳资源，将气态甲烷转化为高附加值化学品对于我国能源化工以及环境科学的发展均具有重要而深远的影响。光催化可在温和的条件下，将甲烷的C-H键断裂、活化，实现甲烷的直接转化，因此得到了快速的发展和广泛的关注。但是，针对光催化反应中活性中间体，尤其是自由基的 2023-05-29
• 科研动态 国家同步辐射实验室成功研制替代进口可用于软X射线成像的50纳米... 高分辨X射线成像技术已成为生物科学及材料科学等领域纳米尺度结构表征的重要手段。因此，各大同步辐射装置均建有高分辨X射线成像实验站，实现全场或扫描X射线透射显微成像以及叠层相干衍射成像等实验方法和技术，而这些成像技术均需要波带片对X射线聚焦或成像。用于X射线成像技术的波带片是一种大高宽比的微纳结构，对微纳加工技术提出了极大的挑战。目前，这种波带片只有美国、瑞士和加拿大等国家少数几家公司可以制作，国内同步辐射使用的波带片均为进口，因此波带片加工是同步辐射领域 “卡脖子”关键技术之一。为解决这一关键技术并推动国内同步辐射成像技术的发展，国家同步辐射实验室田扬超、刘刚研究员课题组与中国科学技术大学微纳 2023-05-25
• 科研动态 合肥光源用户在光催化甲醇转化研究中获得新进展 传统甲醇蒸汽重整制氢需要中等的温度和压力(例如200-350℃和20-50 bar)，导致高资本成本和高二氧化碳排放。尽管人们对甲醇重整的研究已经付出了巨大的努力，但现有的大多数案例都集中在以H2为唯一目标产物的半还原反应上，而忽略了其他含碳的半氧化反应产物。因此，在中等条件下实现甲醇选择性脱氢除还原产物H2外，还能产生高选择性甲醛仍然是一个挑战。光催化提供了一种在非常温和的条件下驱动化学转化的清洁和可持续的方法，此外，工程单原子催化已经成为一种很有前途的策略，通过调节原子构型来最大限度地利用金属原子来实现高效率和高选择性催化反应。在这些金属原子中，Cu单原子助催化剂被初步报道为光催化甲醇转化 2023-04-20