項目簡介：         

本項目屬于化學科學技術領域，涉及化學、納米科學和材料科學等學科。

溶液中的分子、原子及離子等可以在固體表面吸附組裝，對組裝層結構、相變和反應的研究是當今化學科學的前沿領域；同時實時、原位觀察研究結構形成和反應過程是科學家不懈追求的目標之一。本項目利用電化學掃描隧道顯微技術（ECSTM），研究了分子、原子及離子等在固液界面的吸附組裝、結構形成、結構調控和反應，揭示了組裝和調控規律，涉及物理化學的基礎科學問題以及納米結構構筑方法學。主要工作反映在近年來發表的75篇SCI論文以及專著《電化學掃描隧道顯微術及其應用》中。包括 (1) 建立了從結構設計、結構制備、理論模擬、性能檢測到原位STM結構表征的系列方法，形成了在固液界面構筑納米結構的研究體系。（2）單分子的構型識別，實現了表面手性分子的ECSTM識別以及固液界面反應的原位、實時、實空間研究。(3) 發明了在固體表面制備大尺寸配合物超分子有序結構的新技術，研究了配合物分子的組裝和結構形成規律。(4) 通過光、熱和電位控制，實現了對單分子及分子納米結構的調控，并對調控機理進行了深入研究。(5) 成功地將電化學STM應用于上述研究并擴展至其它領域，在溶液中獲得可與超高真空下相比的STM圖像，發展了固液界面研究的技術。

經過多年努力，逐漸在國際上形成了自己的研究特色和優勢。在JACS(3篇)，Angew. Chem. (5篇)、PNAS(1篇)、Adv. Mater. (3篇) 等雜志上發表學術論文75篇，共被SCI他引623次，其中10篇代表性論文被SCI他引135次，受到國內外同行的廣泛關注和承認。部分成果曾獲北京市科學技術獎一等獎。項目負責人應邀在Acc.Chem.Res.、JPCB 撰寫綜述文章。在國內外學術會議做大會和分會邀請報告24次。擔任Acc.Chem.Res., Chem. Mater., J. Phys. Chem. (A,B,C)等國際學術雜志的顧問編委，Nano、中國科學B和物理化學學報編委，電子顯微學報副主編等，以及SPM系列國際會議組委會委員和SPM2004國際會議地區組委會主席等。

主要發現點：

1. 利用電化學STM在溶液中直接識別固體表面吸附組裝的手性分子，判定表面手性結構，得到手性分子在表面的吸附組裝規律：1）同種手性的分子獨立成疇。2）其吸附結構的對稱性和分子的手性無關。(納米化學和電化學學科，代表性論文1, 2, 5，附件4.1的專著）

2. 發明了在固體表面制備大尺寸配合物超分子有序結構的新技術，提出關于配合物分子組裝的規律：1）配合物分子的組裝結構與分子尺度和形狀密切有關。通過改變結構相似的配合物的尺度和形狀，可以達到改變組裝層結構的目的。2）利用不同基底，可以改變分子與基底間的相互作用，利用該相互作用可以進行表面組裝結構的調控。這也是通過改變不同基底材料對分子組裝結構進行調控的一種方法。3）雖然配體和對應的配合物分子有分子結構上的對應關系，但它們在表面組裝結構之間沒有確定關系。(納米化學和電化學學科，代表性論文3, 9, 10）

3. 從理論和實驗上證明了可以利用基底電極電位，光輻照，加熱，以及STM針尖誘導等外界條件的改變來調控分子組裝結構。揭示了分子間成鍵的變化與結構形成的關系。實現了從自組裝組織到可控陣列的突破。(納米化學和電化學學科，代表性論文6, 7, 8，附件4.1的專著）

4. 建立了從結構設計、結構構筑、理論模擬、性能檢測到原位電化學STM結構表征的系統研究方法，并拓展到環境、能源、生物、材料、納米等研究領域，發展了ECSTM技術，促進了固液界面納米結構構筑學的發展。(納米化學和電化學學科，代表性論文1-10，附件4.1的專著）

主要完成人：       

1.萬立駿

為該項目的負責人，負責項目的設計、組織實施，及解決科學問題和關鍵技術問題。發展了從結構設計、結構制備、理論模擬、性能檢測到原位STM結構表征的系列方法，成功建立了在固液界面構筑納米結構的研究體系，研究了固液界面納米結構構筑的規律，推進了STM技術的發展。對全部發現點均有主要貢獻。90%工作投入本項目。是代表性論文第1-10篇的通訊作者。

2.徐慶敏

利用ECSTM，在金屬表面對中心手性分子進行了構型識別。其研究包括：(R)-和(S)-2-苯基丙酰胺(C9H11NO: PPA)在Cu(111)基底上的構型識別，其所得高分辨圖像清楚的顯示了兩種手性分子特征結構的區別；對手性分子辛可尼和辛可尼定的研究為確立分子在金屬表面的構型提供了直接的實驗證據。對手性分子在表面的組裝規律(發現點1)、外場條件控制分子組裝規律(發現點3)以及ECSTM技術的發展(發現點4)有重要貢獻。90%工作投入本項目。是代表性論文第1和2篇的第一作者。

3.潘革波

構筑了杯[8]芳烴及其C60絡合物在Au(111)表面的有序陣列，并利用電化學掃描隧道顯微鏡原位揭示了杯[8]芳烴的構象和C60在杯[8]芳烴中的位置。該研究為制備富勒烯納米陣列提供了一種全新的思路，有利于對其進行操縱，有可能用于構筑納米電子電路等。對配合物超分子有序納米結構的構筑(發現點2)以及ECSTM技術的發展(發現點4)有重要貢獻。90%工作投入本項目。是代表性論文第3篇的第一作者。

4.宮建茹

利用電化學掃描隧道顯微鏡研究了一系列配合物及配體分子的組裝結構和組裝規律，并通過改變基底，加熱等方法對所得結構進行調控。利用STM等技術研究了單分子以及單分子組裝層的性質。她是白春禮研究員的博士生，萬立駿研究員也參與指導。對配合物超分子有序納米結構的構筑(發現點2)以及ECSTM技術的發展(發現點4)有重要貢獻。90%工作投入本項目。是代表性論文第7和9篇的第一作者。

10篇代表性論文：  

1. Adsorption mode of cinchonidine on Cu(111) surface/J Am Chem Soc

2. Discriminating chiral molecules of (R)-PPA and (S)-PPA in aqueous solution by ECSTM / Angew Chem Int Edit

3. Configurations of a calix[8]arene and a C60 calix[8]arene complex on a Au(111) surface/Angew Chem Int Edit

4. Pt hollow nanospheres: Facile synthesis and enhanced electrocatalysts / Angew Chem Int Edit

5. Absolute configuration of monodentate phosphine ligand enantiomers on Cu(111) / Anal Chem

6. Potential-induced phase transition of trimesic acid adlayer on Au(111)/ J Phys Chem B

7. Direct evidence of molecular aggregation and degradation mechanism of organic light-emitting diodes under joule heating: an STM and photoluminescence study / J Phys Chem B

8. Light-induced structural transformation in self-assembled monolayer of 4-(amyloxy)cinnamic acid investigated with scanning tunneling microscopy / J Phys Chem B

9. Mesoscopic self-organization of a self-assembled supramolecular rectangle on highly oriented pyrolytic graphite and Au(111) surfaces / P Natl Acad Sci USA

10. Self-organization of a self-assembled supramolecular rectangle, square, and three-dimensional cage on Au(111) surfaces / J Am Chem Soc