9月15日·直播｜《科学》咖啡沙龙：表面结构和演化的原子级成像

原创《科学》· 北京 ScienceAAAS

Science Café in China

表面结构和演化的原子级成像

Seeing at the atomic scale

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在线直播（支持文字互动提问）

嘉宾

江颖，北京大学

周雄，北京大学

特约点评

李更，中科院物理所

(点评文章详见明日推送，敬请期待）

主持人

樊巍，Science/AAAS

亚洲区外联与战略伙伴发展副总监

Science Café in China

简介

《科学》咖啡沙龙·中国系列是由Science/AAAS主办的公益科学交流会。每一期选定一个主题，由近期在Science系列杂志上发文的作者以线上报告的形式分享介绍研究工作，以期待与同行的学术交流，思想碰撞，同时帮助更多其他领域研究者甚至产业界相关工程技术人员了解前沿进展，探讨学术与产业融合的机会。

本期沙龙报告的主题是表面结构和演化的原子级成像。

原子、分子是组成物质的基本单元。正常情况下，原子或小分子的半径在0.1~10纳米尺度范围，是人眼观察不到的微观世界。近年来，随着先进电子显微技术的发展，科研人员实现了材料表面，材料体内的原子尺度成像，大力推动了人们对微观世界的认识。我们在本期（9月15日）和下一期（9月22日）《科学》咖啡沙龙栏目中，分别针对探测表面原子结构和演变的扫描探针技术，和针对探测体内原子结构和演变的透射电子显微技术，邀请了几位科学家分享报告他们最近在《科学》杂志上发表的结果。通过这些技术的应用，我们的视觉可以拓展到纳米尺度的微观世界。快来报名跟科学家一期领略微观世界的奥妙吧！

本次沙龙的语言是汉语，将以Zoom会议+在线直播的方式进行，请感兴趣的读者扫码报名参加。

时间：

2022年9月15日 14:00-15:30

本期专家介绍和报告摘要

江颖，2003年获北京师范大学物理系学士学位，2008年获中科院物理研究所博士学位，2008-2010年在美国加州大学欧文分校从事博士后研究。2010年受聘于北京大学物理学院量子材料科学中心，2018年晋升为长聘教授和博雅特聘教授。2017年获得国家杰出青年科学基金，2019年当选为美国物理学会会士，2021年担任国家重点研发计划项目首席科学家。研究领域为凝聚态实验物理，从事表面、界面与低维物理方向的研究，长期致力于自主研发尖端扫描探针显微镜技术，开展单原子和单分子尺度上的精密探测和操控研究。发表《科学》3篇、《自然》5篇、《自然》子刊10余篇。其成果曾2度入选“中国科学十大进展”。曾获全球华人物理与天文学会“亚洲成就奖”、日本“仁科芳雄亚洲奖”、北京杰出青年中关村奖、中国青年科技奖、陈嘉庚青年科学奖等国内外奖项。

报告题目：水合质子的实空间成像和操控

摘要：

质子在水中的形态有很多争论，其构型转瞬即逝，很难捕捉。最近，我们发展出新一代qPlus型非侵扰扫描探针显微术，通过探测微弱的高阶静电力，实现了水合质子的原子级分辨成像，并可以精准区分质子在水中的不同构型。我们发现，不同于体相水中水合质子的瞬态特性，在表面上质子与水分子可以结合为稳定的Eigen和Zundel构型水合质子，甚至还可以自组装形成长程有序的二维氢键网络。通过针尖对Eigen-Zundel构型转换的操控，我们揭示了一种超越了传统Grotthuss机制的质子协同转移过程。在此基础上，我们进一步通过质子对二维冰的可控掺杂，显著增强了氢核的量子离域和量子关联，在常压下实现了二维冰的氢键对称化和金属化，得到了一种由核量子效应催生和稳定的全新物态。这些结果为高效析氢、超快质子输运、绝缘体-金属相变、高温超导电性等研究提供新的思路。

周雄，北京大学化学与分子工程学院副研究员，基金委优秀青年基金获得者，兼任《化学通报》编委，北京大学物化研究所实验室主任。2009年北京大学物理学院学士，2014年北京大学物理化学博士，2015-2016年新加坡国立大学博士后，2016-2020年中科合成油技术有限公司表面实验室任高级工程师，2020年至今北京大学化学与分子工程学院任副研究员。研究方向表面催化的反应可视化，已发表学术论著40余篇，包括Science，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Catal.，ACS Nano等论文。

报告题目：表面乙烯聚合的反应可视化

摘要：

聚乙烯在生活中十分常见。乙烯聚合的Phillips催化剂每年生产约3000万吨的高密度聚乙烯，但其在没有链引发剂的情况下如何实现链引发，是长时间困扰学术界的科学问题。为了解答这个问题，我们发展了反应可视化技术，即利用扫描探针显微镜的超高空间分辨能力，对表面催化反应过程进行实时成像，以时间演化的动态图像直观地展示反应过程。这样的研究有助于在原子分子层次上直接揭示催化反应机理。以此为出发点，我们实现了表面乙烯聚合的可视化：首次以直观的影像形式在分子尺度展示了规整碳化铁表面乙烯聚合的反应过程，阐明了乙烯聚合的分子插入链增长和分子异构化链引发等关键步骤，并发现碳化铁畴区边界位点是表面乙烯聚合的活性位点，从而加深了乙烯聚合机理的认识，有助于澄清Phillips催化剂上的链引发过程的学术争论。

主持人：樊巍博士现任Science/AAAS外联与战略伙伴发展副总监。在加入Science/AAAS之前，他在Nature系列期刊的Nature Communications期刊担任高级编辑，负责处理凝聚态物理领域的稿件审理。在从事编辑工作之前，他在中国科学院获得博士学位，并在日本国立理化学研究所（RIKEN）从事科学研究。

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