面向重大戰(zhàn)略需求 建立發(fā)展表界面研究

固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”）于1986年通過論證，1987年獲準(zhǔn)建設(shè)，1990年建成開放，在迄今為止的5次國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估（1994年、1999年、2004年、2009年免評、2014年）中均獲評優(yōu)秀，在迄今為止的兩次總結(jié)表彰會（國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)10周年、20周年）上均被授予先進(jìn)集體稱號，榮膺“金牛獎(jiǎng)”。在老一輩科學(xué)家引領(lǐng)和感召下，實(shí)驗(yàn)室形成“敢為先、重細(xì)節(jié)、合為貴”的科研文化，建立起了一支包括6位中國科學(xué)院院士、22位國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、13位其他高層次人才計(jì)劃獲得者等在內(nèi)的高水平科研隊(duì)伍。

實(shí)驗(yàn)室以固體表面、固/氣和固/液界面的結(jié)構(gòu)與功能為主要研究對象，致力于發(fā)展有獨(dú)自特色的實(shí)驗(yàn)及理論研究方法和體系。在催化化學(xué)、電化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、理論化學(xué)及相關(guān)學(xué)科交叉融合的基礎(chǔ)上，著重從原子、分子水平和納米尺度上，研究表面和界面的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理，設(shè)計(jì)和合成有關(guān)的催化劑和電極材料以及納米結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而探索解決與能源、化工、材料、生命、信息和環(huán)境等領(lǐng)域關(guān)系密切的某些重大科學(xué)技術(shù)問題。

近年來，實(shí)驗(yàn)室面向高效能源存儲與轉(zhuǎn)化、碳資源優(yōu)化利用和關(guān)鍵電子（信息）器件制造等國家重大戰(zhàn)略需求，建立和發(fā)展了表界面研究的新理論、新方法和新儀器，在原子團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，電催化劑的表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)、設(shè)計(jì)合成和反應(yīng)機(jī)理，金屬納米材料的表面配位化學(xué)，電化學(xué)表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)，碳基資源高效利用等領(lǐng)域取得突破，多項(xiàng)重大突破刊發(fā)在Science（2004年、2007年、2014年、2016年）、Nature（2010年、2020年）等學(xué)術(shù)刊物上，近10年先后獲5項(xiàng)國家自然科學(xué)獎(jiǎng)、10項(xiàng)國際學(xué)術(shù)重要獎(jiǎng)項(xiàng)，并授權(quán)700多項(xiàng)國內(nèi)和國際專利。在長期發(fā)展中，實(shí)驗(yàn)室已成為具有國際影響的固體表面物理化學(xué)科學(xué)研究、人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)交流基地。

實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是立足物理化學(xué)，面向國家在能源、信息等領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求，發(fā)揮廈門大學(xué)在化學(xué)、能源、材料和物理等多學(xué)科交叉和融合的優(yōu)勢，成為在國際上引領(lǐng)表界面化學(xué)基礎(chǔ)研究的學(xué)術(shù)高地；在高效能源利用、存儲與轉(zhuǎn)化和關(guān)鍵電子（信息）器件制造等國家戰(zhàn)略需求方面，通過形成變革性技術(shù)，打造為我國在表界面科學(xué)與技術(shù)的戰(zhàn)略核心平臺。

固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的4位學(xué)術(shù)帶頭人（左起：張乾二、田昭武、蔡啟瑞、萬惠霖）

五大核心布局 七大主要研究內(nèi)容

多年來，圍繞發(fā)展目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室深入鉆研、全面謀劃，形成了五大核心布局、七大主要研究內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)室核心布局包括：（1）建立和開發(fā)表界面研究的新理論、新方法和新儀器，引領(lǐng)固體和軟物質(zhì)表界面前沿科學(xué)研究；（2）在原創(chuàng)性研究的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，研發(fā)新一代電化學(xué)能源和光電轉(zhuǎn)換體系、關(guān)鍵材料和器件；形成非石油基碳資源優(yōu)化利用變革性技術(shù)；解決（光）電子器件先進(jìn)制造中的表界面科學(xué)與技術(shù)問題；（3）建立能源材料與器件測量表征技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，打造能源材料數(shù)據(jù)庫及智能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析平臺，推動(dòng)研究范式變革；（4）開發(fā)與能源、材料、信息等領(lǐng)域相關(guān)的膜技術(shù)、表面修飾和表面微納制造技術(shù)；（5）推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合創(chuàng)新，支撐相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、迭代升級和催生新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。

實(shí)驗(yàn)室的主要研究內(nèi)容分為：（1）建立和發(fā)展原位、動(dòng)態(tài)表征技術(shù)，通過對催化劑和電極表面活性中心、界面結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性能的研究，闡明表面微觀結(jié)構(gòu)對于其譜學(xué)、反應(yīng)等性質(zhì)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)；（2）在分子、原子水平上研究固體表面的活性及非活性物種和固/氣、固/液界面的反應(yīng)，揭示化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程和微觀機(jī)理，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)反應(yīng)規(guī)律；（3）建立能準(zhǔn)確反映固體表面和固/氣、固/液界面化學(xué)反應(yīng)特性的理論模型，對活性中心和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行理論模擬，并關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)研究；（4）在微觀、介觀尺度上對催化劑和電極進(jìn)行設(shè)計(jì)、修飾和加工，提高反應(yīng)選擇性和調(diào)控反應(yīng)速度；（5）合成原子團(tuán)簇和納米結(jié)構(gòu)材料，制備有特殊結(jié)構(gòu)和功能的新型材料，組裝和構(gòu)筑有序納米結(jié)構(gòu)表面；（6）開展理論化學(xué)計(jì)算方法研究，發(fā)展適合復(fù)雜體系研究的理論化學(xué)計(jì)算方法，開發(fā)具有知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)程序；（7）把表界面物理化學(xué)基本原理和方法應(yīng)用于生命科學(xué)相關(guān)體系，開展生物物理化學(xué)研究。

成果斐然 合作發(fā)展

建立和發(fā)展固體表面物理化學(xué)的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和理論體系，為新催化材料與過程和電化學(xué)體系與技術(shù)的開發(fā)提供科學(xué)基礎(chǔ)，進(jìn)而解決與能源、化工、材料、生命、信息和環(huán)境等領(lǐng)域關(guān)系極為密切的某些重大科學(xué)技術(shù)問題是實(shí)驗(yàn)室多年來的研究目標(biāo)。因此，實(shí)驗(yàn)室一直重視發(fā)展具有原創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)和理論研究方法與體系，在固體表面物理化學(xué)領(lǐng)域先后形成了具有國際影響的成果群。

利用發(fā)展反應(yīng)耦合方法，成功構(gòu)建合成氣高選擇性制汽油、柴油和低碳烯烴的雙功能催化劑，突破Anderson-Schulz-Flory分布；成功設(shè)計(jì)和研制出草酸酯加氫制乙二醇高性能銅基催化劑；結(jié)合模型催化和譜學(xué)表征，獲得了催化劑表面合成氣和低碳烷烴轉(zhuǎn)化機(jī)理方面重要信息；發(fā)展低碳烷烴選擇氧化或氧化脫氫新催化劑體系；發(fā)展了纖維素及相關(guān)平臺分子直接制備乳酸、己二酸等重要含氧化合物新催化體系。

利用發(fā)展殼層隔絕納米粒子增強(qiáng)拉曼光譜方法將表面拉曼光譜發(fā)展成為通用的表面分析手段；發(fā)展出釣魚式和電化學(xué)針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，從納米尺度為電化學(xué)和分子電子學(xué)體系提供分子指紋信息；發(fā)展了金屬納米晶體表面結(jié)構(gòu)控制和生長的電化學(xué)方法，制備出由高指數(shù)晶面暴露的貴金屬納米晶，顯著提高了鉑等貴金屬納米催化劑的活性等。

利用小分子實(shí)現(xiàn)了多類納米晶體的表面結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控；推導(dǎo)出了晶體的表面能與晶體生長過程過飽和度成正比的原理，指導(dǎo)了微納米晶高表面能晶面的控制合成；合成了一系列具有相鄰五元環(huán)單元的新型富勒烯和金屬雜芳香化合物；合成了系列貴金屬、稀土金屬及其合金納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，為相關(guān)納米顆粒的表面修飾、表界面構(gòu)效關(guān)系等研究提供了精準(zhǔn)的表面結(jié)構(gòu)模型。

利用研發(fā)完成具有獨(dú)自特色和知識產(chǎn)權(quán)的從頭算價(jià)鍵計(jì)算程序XMVB，該程序是目前國際上使用最多的兩個(gè)價(jià)鍵計(jì)算程序之一；發(fā)展了基于密度泛函理論框架上激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)新方法，并寫入國際主流的Q-Chem計(jì)算化學(xué)軟件包中；通過發(fā)展量子動(dòng)力學(xué)方法和對組合QM/MM計(jì)算方法的完善與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜體系激發(fā)態(tài)性質(zhì)、材料中載流子動(dòng)力學(xué)和催化機(jī)理的理論研究；將物理化學(xué)基本原理和新思路與實(shí)驗(yàn)結(jié)合應(yīng)用于關(guān)鍵高新技術(shù)的發(fā)展。截至2020年9月14日，實(shí)驗(yàn)室碩果累累，已有4篇研究論文發(fā)表于Science，1篇研究論文發(fā)表于Nature，84篇發(fā)表于Nature&Science&Cell子刊。

為了增進(jìn)學(xué)術(shù)交流，增強(qiáng)學(xué)術(shù)實(shí)力，實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)建立優(yōu)勢互補(bǔ)、跨學(xué)科、跨地域的強(qiáng)強(qiáng)合作關(guān)系，與包括法國巴黎高等師范學(xué)院、美國佐治亞理工學(xué)院、英國南安普敦大學(xué)等一批國際著名學(xué)府在內(nèi)的單位建立了合作關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室還應(yīng)邀共同組織馬普協(xié)會的先進(jìn)材料的表面和界面工程國際學(xué)校，與法國國家科研中心和巴黎高等師范學(xué)院成立國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室每年接待約50人次校外客座人員來室工作。在國內(nèi)除了與相關(guān)的高等院校及科研機(jī)構(gòu)有密切的聯(lián)系與交流合作之外，實(shí)驗(yàn)室還與中航鋰電（洛陽）有限公司、中國石油化工集團(tuán)、中國海洋石油總公司等單位聯(lián)合開展研究，解決與生產(chǎn)關(guān)系密切的科學(xué)技術(shù)問題。

與時(shí)俱進(jìn)，奮勇爭先，團(tuán)結(jié)合作，交流發(fā)展，固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將基礎(chǔ)科研與戰(zhàn)略需求相結(jié)合，在創(chuàng)新求實(shí)中不斷進(jìn)步。