项目简介：         

本项目属于化学科学技术领域，涉及化学、纳米科学和材料科学等学科。

溶液中的分子、原子及离子等可以在固体表面吸附组装，对组装层结构、相变和反应的研究是当今化学科学的前沿领域；同时实时、原位观察研究结构形成和反应过程是科学家不懈追求的目标之一。本项目利用电化学扫描隧道显微技术（ECSTM），研究了分子、原子及离子等在固液界面的吸附组装、结构形成、结构调控和反应，揭示了组装和调控规律，涉及物理化学的基础科学问题以及纳米结构构筑方法学。主要工作反映在近年来发表的75篇SCI论文以及专著《电化学扫描隧道显微术及其应用》中。包括 (1) 建立了从结构设计、结构制备、理论模拟、性能检测到原位STM结构表征的系列方法，形成了在固液界面构筑纳米结构的研究体系。（2）单分子的构型识别，实现了表面手性分子的ECSTM识别以及固液界面反应的原位、实时、实空间研究。(3) 发明了在固体表面制备大尺寸配合物超分子有序结构的新技术，研究了配合物分子的组装和结构形成规律。(4) 通过光、热和电位控制，实现了对单分子及分子纳米结构的调控，并对调控机理进行了深入研究。(5) 成功地将电化学STM应用于上述研究并扩展至其它领域，在溶液中获得可与超高真空下相比的STM图像，发展了固液界面研究的技术。

经过多年努力，逐渐在国际上形成了自己的研究特色和优势。在JACS(3篇)，Angew. Chem. (5篇)、PNAS(1篇)、Adv. Mater. (3篇) 等杂志上发表学术论文75篇，共被SCI他引623次，其中10篇代表性论文被SCI他引135次，受到国内外同行的广泛关注和承认。部分成果曾获北京市科学技术奖一等奖。项目负责人应邀在Acc.Chem.Res.、JPCB 撰写综述文章。在国内外学术会议做大会和分会邀请报告24次。担任Acc.Chem.Res., Chem. Mater., J. Phys. Chem. (A,B,C)等国际学术杂志的顾问编委，Nano、中国科学B和物理化学学报编委，电子显微学报副主编等，以及SPM系列国际会议组委会委员和SPM2004国际会议地区组委会主席等。

主要发现点：

1. 利用电化学STM在溶液中直接识别固体表面吸附组装的手性分子，判定表面手性结构，得到手性分子在表面的吸附组装规律：1）同种手性的分子独立成畴。2）其吸附结构的对称性和分子的手性无关。(纳米化学和电化学学科，代表性论文1, 2, 5，附件4.1的专著）

2. 发明了在固体表面制备大尺寸配合物超分子有序结构的新技术，提出关于配合物分子组装的规律：1）配合物分子的组装结构与分子尺度和形状密切有关。通过改变结构相似的配合物的尺度和形状，可以达到改变组装层结构的目的。2）利用不同基底，可以改变分子与基底间的相互作用，利用该相互作用可以进行表面组装结构的调控。这也是通过改变不同基底材料对分子组装结构进行调控的一种方法。3）虽然配体和对应的配合物分子有分子结构上的对应关系，但它们在表面组装结构之间没有确定关系。(纳米化学和电化学学科，代表性论文3, 9, 10）

3. 从理论和实验上证明了可以利用基底电极电位，光辐照，加热，以及STM针尖诱导等外界条件的改变来调控分子组装结构。揭示了分子间成键的变化与结构形成的关系。实现了从自组装组织到可控阵列的突破。(纳米化学和电化学学科，代表性论文6, 7, 8，附件4.1的专著）

4. 建立了从结构设计、结构构筑、理论模拟、性能检测到原位电化学STM结构表征的系统研究方法，并拓展到环境、能源、生物、材料、纳米等研究领域，发展了ECSTM技术，促进了固液界面纳米结构构筑学的发展。(纳米化学和电化学学科，代表性论文1-10，附件4.1的专著）

主要完成人：       

1.万立骏

为该项目的负责人，负责项目的设计、组织实施，及解决科学问题和关键技术问题。发展了从结构设计、结构制备、理论模拟、性能检测到原位STM结构表征的系列方法，成功建立了在固液界面构筑纳米结构的研究体系，研究了固液界面纳米结构构筑的规律，推进了STM技术的发展。对全部发现点均有主要贡献。90%工作投入本项目。是代表性论文第1-10篇的通讯作者。

2.徐庆敏

利用ECSTM，在金属表面对中心手性分子进行了构型识别。其研究包括：(R)-和(S)-2-苯基丙酰胺(C9H11NO: PPA)在Cu(111)基底上的构型识别，其所得高分辨图像清楚的显示了两种手性分子特征结构的区别；对手性分子辛可尼和辛可尼定的研究为确立分子在金属表面的构型提供了直接的实验证据。对手性分子在表面的组装规律(发现点1)、外场条件控制分子组装规律(发现点3)以及ECSTM技术的发展(发现点4)有重要贡献。90%工作投入本项目。是代表性论文第1和2篇的第一作者。

3.潘革波

构筑了杯[8]芳烃及其C60络合物在Au(111)表面的有序阵列，并利用电化学扫描隧道显微镜原位揭示了杯[8]芳烃的构象和C60在杯[8]芳烃中的位置。该研究为制备富勒烯纳米阵列提供了一种全新的思路，有利于对其进行操纵，有可能用于构筑纳米电子电路等。对配合物超分子有序纳米结构的构筑(发现点2)以及ECSTM技术的发展(发现点4)有重要贡献。90%工作投入本项目。是代表性论文第3篇的第一作者。

4.宫建茹

利用电化学扫描隧道显微镜研究了一系列配合物及配体分子的组装结构和组装规律，并通过改变基底，加热等方法对所得结构进行调控。利用STM等技术研究了单分子以及单分子组装层的性质。她是白春礼研究员的博士生，万立骏研究员也参与指导。对配合物超分子有序纳米结构的构筑(发现点2)以及ECSTM技术的发展(发现点4)有重要贡献。90%工作投入本项目。是代表性论文第7和9篇的第一作者。

10篇代表性论文：  

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