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    上海微系統(tǒng)所在固-液界面質(zhì)子輸運研究方面獲進(jìn)展

    研發(fā)快訊 2024年09月04日 16:56:18來源:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 13679
    摘要近日,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所董慧團(tuán)隊在固-液界面質(zhì)子輸運研究方面取得進(jìn)展。

      【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所董慧團(tuán)隊在固-液界面質(zhì)子輸運研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Accelerated proton dissociation in an excited state induces superacidic microenvironments around graphene quantum dots為題,發(fā)表在《自然-通訊》上。
     
      界面質(zhì)子輸運是液相環(huán)境下蛋白質(zhì)等的生物大分子水動力學(xué)、電池質(zhì)子交換、催化機制研究的基礎(chǔ)。開展基態(tài)/激發(fā)態(tài)下的固-液界面質(zhì)子輸運特性的原位研究在生命、材料、能源、化學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義,但鮮有關(guān)于激發(fā)態(tài)下固-液界面質(zhì)子輸運特性原位的研究。董慧團(tuán)隊自主開發(fā)了基于超導(dǎo)量子干涉器件的光場融合極低場磁共振系統(tǒng),結(jié)合上海微系統(tǒng)所丁古巧團(tuán)隊研發(fā)的石墨烯量子點可控制備技術(shù),通過磁共振弛豫時間反映納米材料界面處質(zhì)子解離率及質(zhì)子交換速率,開展了碳納米結(jié)構(gòu)在光激發(fā)條件下界面質(zhì)子解離及交換過程的原位研究。
     
      得益于極低場磁共振系統(tǒng)的兼容性以及對質(zhì)子動力學(xué)過程的敏感性,科研人員將波長、光強可調(diào)的激光施加至樣品位置,發(fā)現(xiàn)羥基化石墨烯量子點在光激發(fā)下具有更高的質(zhì)子解離率,并通過分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)位于石墨烯量子點邊緣的羥基更易解離質(zhì)子。基于上述成果,研究人員在室溫、常壓、近中性的水相環(huán)境中實現(xiàn)了石墨烯量子點的光誘導(dǎo)界面多尺寸分子快速修飾,并利用激發(fā)態(tài)石墨烯量子點表面超強酸實現(xiàn)了高效催化經(jīng)典模型體系Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)。
     
      該研究發(fā)展的極低場磁共振弛豫技術(shù)可以集成光、電、熱、超聲等外場調(diào)控手段,使得在激發(fā)態(tài)下研究納米材料固-液界面質(zhì)子輸運行為成為可能,為探討液相環(huán)境下質(zhì)子的慢速動力學(xué)過程提供了工具。
     
      研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和上海市科學(xué)技術(shù)委員會等的支持。
     
      論文鏈接
     
      (a)光場融合極低場磁共振系統(tǒng)示意圖;(b)基態(tài)與激發(fā)態(tài)下納米材料界面質(zhì)子交換及磁共振弛豫時間擬合示意圖

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