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【大牛指路】新科院士遲力峰成名佳作賞析！

來(lái)源：測(cè)試GO 時(shí)間：2022-04-13 20:39:08 瀏覽：2846次

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人物簡(jiǎn)介

2021年11月中旬，根據(jù)《中國(guó)科學(xué)院院士章程》、《中國(guó)科學(xué)院院士增選工作實(shí)施細(xì)則》和《中國(guó)科學(xué)院外籍院士選舉辦法》等規(guī)定，2021年中國(guó)科學(xué)院選舉產(chǎn)生了65名中國(guó)科學(xué)院院士和25名中國(guó)科學(xué)院外籍院士。

在此次中科院新當(dāng)選院士名單中，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院教授、博士生導(dǎo)師遲力峰教授位列其中（圖1）。

圖1 2021年新增中科院院士部分名單（化學(xué)部）

遲力峰，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院教授、博士生導(dǎo)師，德國(guó)明斯特大學(xué)兼職教授，中國(guó)科學(xué)院院士。

遲力峰院士1982年畢業(yè)于吉林大學(xué)物理系，1989年于在德國(guó)Goettingen大學(xué)獲博士學(xué)位，1990~1993年在德國(guó)美因茲大學(xué)和BASF公司從事博士后研究。2000年在德國(guó)明斯特大學(xué)晉升為教授，2004年起任德國(guó)明斯特大學(xué)物理系教授。2003~2011年任吉林大學(xué)超分子材料與結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室雙聘教授。2012年加盟蘇州大學(xué)FUNSOM研究院任特聘教授。2020年獲評(píng)歐洲科學(xué)院外籍院士。2021年11月當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院化學(xué)部院士。

遲力峰教授長(zhǎng)期在物理化學(xué)領(lǐng)域從事表界面分子組裝及反應(yīng)的研究。現(xiàn)任《中國(guó)高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)》副主編，擔(dān)任ACS Nano、Chem. Commun.、Small、Acc. Mater. Res.等學(xué)術(shù)期刊的編委或顧問(wèn)編委。2016年獲美國(guó)ACS Nano Lectureship獎(jiǎng)；2017年獲IUPAC化學(xué)化工杰出女性獎(jiǎng)；2020年先后入選為歐洲科學(xué)院（Academia Europaea）外籍院士以及中國(guó)化學(xué)會(huì)首屆會(huì)士。主持了多項(xiàng)國(guó)家基金委重大研究計(jì)劃重大/重點(diǎn)項(xiàng)目、基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目和國(guó)家科技部重點(diǎn)研究任務(wù)項(xiàng)目等。

截止目前在包括Science、Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Advanced Materials等高水平雜志上發(fā)表論文400余篇，谷歌學(xué)術(shù)檢索遲力峰院士可以發(fā)現(xiàn)，其H指數(shù)為69，i10指數(shù)高達(dá)296，學(xué)術(shù)論文總引用量超過(guò)1.7萬(wàn)+（圖2）。此外，遲力峰院士還為9本專著撰寫章節(jié)，主編Wiley納米叢書專著一部，主編《中國(guó)科學(xué)》表面分子與超分子?？粌?cè)，獲授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)。

圖2 谷歌學(xué)術(shù)檢索遲力峰院士個(gè)人資料

遲力峰院士在表面界面組裝及納米表征方面具有突出貢獻(xiàn)，其研究領(lǐng)域也是緊緊圍繞這兩點(diǎn)展開（圖3），主要包括：

（1） 表面分子自組裝行為的研究。包括：利用掃描隧道顯微鏡研究分子結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)條件等對(duì)分子組裝結(jié)構(gòu)的影響；

（2）表面在位化學(xué)。表面在位化學(xué)是近幾年剛剛發(fā)展起來(lái)的實(shí)現(xiàn)可控穩(wěn)定分子功能結(jié)構(gòu)的新方法，提供了構(gòu)筑共價(jià)相連并精準(zhǔn)可控的有機(jī)納米結(jié)構(gòu)的可能性。研究團(tuán)隊(duì)將利用超高真空掃描隧道顯微鏡從原子分子層面開展對(duì)反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)過(guò)程、中間態(tài)及產(chǎn)物的研究，特別對(duì)功能分子電子態(tài)及催化活性的系統(tǒng)表征；

（3）功能分子材料與結(jié)構(gòu)表面。主要研究有機(jī)半導(dǎo)體生長(zhǎng)、調(diào)控在器件方面的應(yīng)；

（4）表面微區(qū)物理性質(zhì)表征。采用原子力顯微鏡在納米尺度上表征表面結(jié)構(gòu)、形貌以及有機(jī)高分子材料表面的微區(qū)物理性質(zhì)，包括電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)。

圖3 遲力峰院士團(tuán)隊(duì)研究方向

為了帶領(lǐng)大家一覽大牛風(fēng)采，下面，筆者將挑選遲力峰院士研究團(tuán)隊(duì)近些年來(lái)引用量較高的“成名佳作”，進(jìn)行簡(jiǎn)單的匯總解讀，希望能給相關(guān)領(lǐng)域科研工作者帶來(lái)一絲啟發(fā)。

02

成名佳作賞析

Nature：可控各向異性潤(rùn)濕的納米通道晶格

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/35003149

工程化的微觀表面結(jié)構(gòu)可以通過(guò)局部改性來(lái)調(diào)控其表面性能，比如表面的附著力、摩擦性質(zhì)和潤(rùn)濕性等。而這些性能又與分子間相互作用和表面拓?fù)溆嘘P(guān)。具有不同潤(rùn)濕性的橫向結(jié)構(gòu)表面可以使用各種技術(shù)來(lái)產(chǎn)生，如微接觸印刷、微機(jī)械加工、光刻和蒸汽沉積等。然而，這些生產(chǎn)技術(shù)大多工藝復(fù)雜、周期較長(zhǎng)，且易產(chǎn)生缺陷產(chǎn)品。

有鑒于此，遲力峰院士團(tuán)隊(duì)^[1]提出了一種快速且簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備能在納米尺度上控制潤(rùn)濕性的擴(kuò)展圖案表面，該方法不需要任何光刻過(guò)程。作者通過(guò)在云母上使用單層L-α-二棕櫚酰-磷脂酰膽堿（DPPC）來(lái)生成具有通道晶格的結(jié)構(gòu)化表面，顯示出高潤(rùn)濕性對(duì)比度和高達(dá)20000 cm^-1的空間密度。

這種橫向結(jié)構(gòu)可以在低單層表面壓力和恒溫下通過(guò)快速取出云母基板來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用掃描力顯微鏡（SFM）對(duì)其進(jìn)行表面形貌分析，結(jié)果顯示該橫向結(jié)構(gòu)具有約200 nm寬的規(guī)則親水通道，這些通道被單分子高度約800 nm的疏水條紋隔開（圖4）。此外，這些結(jié)構(gòu)在宏觀距離上的延伸僅受基板尺寸的限制，因此，作者認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)化的表面可以用作具有高選擇性吸附的模板。

為了驗(yàn)證其高的選擇吸附特性，作者將溶解在 1-苯基辛烷中的有機(jī)配體殼穩(wěn)定的金簇（Au）滴在結(jié)構(gòu)化云母表面上（圖5）。結(jié)果表明，即使暴露于這種溶劑中，DPPC薄膜依然保持絕對(duì)穩(wěn)定，只有少數(shù)Au簇聚集體位于條紋區(qū)域的頂部，表現(xiàn)出幾乎完美的選擇性吸附。

圖4 結(jié)構(gòu)化表面的SFM圖像

圖5 液態(tài)沉積Au簇的SFM圖像

Science：金表面的線性烷烴聚合

原文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.1211836

烷烴是石油、天然氣和沼氣的主要成分，是化工生產(chǎn)的常見(jiàn)原料之一。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直希望直接使用相對(duì)惰性的烷烴來(lái)進(jìn)行聚合，以便獲得相對(duì)便宜的前驅(qū)體。在過(guò)去的幾十年里，利用過(guò)渡金屬中心在溫和的條件下高選擇性地激活C-H鍵，可以在金屬中心和烷基之間形成結(jié)合鍵。

此外，在某些過(guò)渡金屬表面吸附的烷烴也可以實(shí)現(xiàn)C-H鍵的活化，雖然這種方法的選擇性較差。碳?xì)滏I活化和直接碳碳偶聯(lián)反應(yīng)將使得在超酸性條件下和具有催化劑的高溫條件下低分子量碳?xì)浠衔锏母叻肿踊蔀榭赡堋?/span>

長(zhǎng)期以來(lái)，塊狀的黃金（Au）一直被認(rèn)為是活性最低的，表現(xiàn)出較差的催化活性。鎳（111）表面部分取代金原子甚至能抑制甲烷的C-H鍵解離吸附。然而，負(fù)載金納米顆粒的超薄膜作為多相催化劑卻具有較強(qiáng)的催化活性，但目前關(guān)于Au催化惰性烷烴聚合的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

有鑒于此，遲力峰院士聯(lián)合德國(guó)明斯特大學(xué)Erker和Fuchs教授等人^[2]設(shè)計(jì)了一種具有一維（1D）約束的Au（110）表面，并將其作為烷烴C-H鍵活化的異構(gòu)催化劑。作者在具有300 K溫度的超真空條件下將C₃₂H₆₆沉積在Au（110）表面上，與較短的直鏈烷烴相比，C₃₂H₆₆單體與表面的相對(duì)強(qiáng)的相互作用抑制了它們?cè)诟邷叵碌慕馕?，掃描隧道顯微鏡（STM）觀察到聚合分子沿金原子的溝槽進(jìn)行1D聚合，程序升溫解吸（TPD）過(guò)程顯示出了聚合過(guò)程中H₂的生成信號(hào)，尤其是在529 K的溫度下（圖6）。

此外，密度泛函理論計(jì)算（DFT）結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了該烷烴在金表面的線性脫氫聚合過(guò)程。這項(xiàng)工作為相對(duì)惰性烷烴的線性聚合提供了強(qiáng)力的指導(dǎo)思路與借鑒意義。

圖6 Au（110）表面的脫氫聚合

JACS：芘型石墨烯納米帶的表面合成

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja511995r

由于石墨烯納米帶（GNRs）的邊緣幾何形狀和寬度對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)有很大的影響，因此以原子級(jí)別的精度制備GNRs對(duì)其未來(lái)的應(yīng)用至關(guān)重要。雖然自上而下的制備途徑無(wú)法完全滿足這些要求，但近年來(lái)在單晶金屬表面上自下而上合成扶手椅型石墨烯納米帶（AGNRs）的進(jìn)展為實(shí)現(xiàn)理想結(jié)構(gòu)的GNRs提供了很大希望。例如，在Au（111）表面通過(guò)熱引發(fā)脫鹵和高溫脫氫兩步反應(yīng)合成了7-AGNRs和13-AGNRs（數(shù)字表示GNR寬度上的碳原子數(shù)）。然而，即便如此，對(duì)于反應(yīng)過(guò)程及機(jī)理的探索依然十分匱乏。

有鑒于此，遲力峰院士聯(lián)合德國(guó)明斯特大學(xué)Klaus和Harald教授等人^[3]在超高真空下通過(guò)1, 4, 5, 8-四溴萘（TBN）的脫鹵化反應(yīng)，在Au（111）表面上合成了5-AGNR，掃描隧道顯微鏡（STM）展現(xiàn)了帶隙在基板溫度變化下的結(jié)構(gòu)演變，并首次揭示了中間產(chǎn)物Au-萘雜化物的形成。

分析認(rèn)為，TBN分子在Au（111）表面的沉積促進(jìn)了C-Br鍵的解離和隨后的TBN自由基的偶聯(lián)。且由于分子的大小明顯大于TBN分子，襯底溫度（370 K）足夠高，根據(jù)圖像清晰度，解離形成的自由基可以與金原子共價(jià)連接，在Au（111）表面形成穩(wěn)定的Au-萘雜化物（圖7）。

400 K下的高分辨STM圖像同樣證實(shí)了Au-萘中間體的存在。測(cè)試所得中間體長(zhǎng)度為1.1 nm，與理論結(jié)果幾乎一致（1.13 nm），此外，1.5 nm和1.9 nm的長(zhǎng)度則分別對(duì)應(yīng)三個(gè)和四個(gè)萘基與Au的共價(jià)連接（圖8）。

圖7 Au（111）表面 5-AGNR 的合成

圖8 5-AGNR 合成中Au-萘中間體的存在

Advanced Materials：基于超薄有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的高性能場(chǎng)效應(yīng)氨傳感器

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201301138

傳感器按工作原理可分為電氣傳感器、光學(xué)傳感器、磁傳感器等。由于電信號(hào)的檢測(cè)一般不需要復(fù)雜的檢測(cè)設(shè)備，所以在器件配置上比較簡(jiǎn)單。在基于不同幾何結(jié)構(gòu)的電子傳感器中，基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）的傳感器由于具有低成本、高便攜性、強(qiáng)靈敏性和選擇特性等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物和氣體檢測(cè)領(lǐng)域。

同時(shí)，更高的靈敏度和更快的響應(yīng)/恢復(fù)速度將顯著提高傳感器的可信度和保真度，從而擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。但由于在OFET中，導(dǎo)電通道位于有機(jī)半導(dǎo)體（OSC）和電介質(zhì)之間的界面處，而OFET中常用厚且連續(xù)的OSC薄膜（數(shù)十納米），這導(dǎo)致導(dǎo)電通道之間的相互作用變得困難。

有鑒于此，遲力峰院士聯(lián)合德國(guó)明斯特大學(xué)Klaus教授等人^[4]通過(guò)浸涂工藝設(shè)計(jì)并制備了一種具有4-6個(gè)分子層（厚度為6.5-11 nm）和一維連續(xù)性的OSCs樹枝狀微帶，基于該超薄微帶，作者實(shí)現(xiàn)了靈敏度顯著增強(qiáng)和響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間顯著縮短的氨傳感器。

考慮到選擇合適的活性O(shè)SC是高性能傳感器的先決條件之一，尤其是考慮到靈敏度和選擇性（OSC的化學(xué)性質(zhì)決定了OSC與分析物之間相互作用的類型、強(qiáng)度和特異性）。為此，作者使用了一種可溶液處理的OSC，即二烷基四硫并五苯（DTBDT-C6）。通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，可在大面積（厘米級(jí)）上獲得均勻且超薄的樹枝狀微帶（圖9）。

隨后，作者檢測(cè)了基于該超薄樹枝狀微帶的OFET的器件穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，器件在超過(guò)3000 s的連續(xù)偏置應(yīng)力下依然保持穩(wěn)定。為了模擬真實(shí)的工作條件，對(duì)其進(jìn)行了短周期和長(zhǎng)周期測(cè)試。結(jié)果表明，在超過(guò)3000 s的12次循環(huán)中，傳感器工作平穩(wěn)，可逆性和運(yùn)行穩(wěn)定性良好。在空氣中存放25-35天后，傳感器依然具有很高的靈敏度，且響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間（10-30 s）幾乎沒(méi)有變化（圖10）。這項(xiàng)工作代表了基于OFET的傳感器領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

圖9 超薄樹枝狀微帶的形貌結(jié)構(gòu)

圖10 超薄樹枝狀微帶傳感器的穩(wěn)定性和檢測(cè)限測(cè)試

參考文獻(xiàn)

[1] Gleiche, M., Chi, L. & Fuchs, H. Nanoscopic channel lattices with controlled anisotropic wetting. Nature 403, 173–175 (2000). DOI: 10.1038/35003149.

[2] Dingyong Zhong, J?rn-Holger Franke, Santhosh Kumar, et al. Linear Alkane Polymerization on a Gold Surface. Science 334, 213-213. DOI: 10.1126/science.1211836.

[3] Haiming Zhang, Haiping Lin, Kewei Sun, et al. On-Surface Synthesis of Rylene-Type Graphene Nanoribbons. Journal of the American Chemical Society 2015 137 (12), 4022-4025. DOI: 10.1021/ja511995r.

[4] Liqiang Li, Peng Gao, Martin Baumgarten, et al. High Performance Field-Effect Ammonia Sensors Based on a Structured Ultrathin Organic Semiconductor Film. Adv. Mater. 2013, 25, 3419–3425. DOI: 10.1002/adma.201301138.

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