與時俱進求發展 奮勇爭先謀創新
——固體表面物理化學國家重點實驗室

面向重大戰略需求 建立發展表界面研究

固體表面物理化學國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）于1986年通過論證，1987年獲準建設，1990年建成開放，在迄今為止的5次國家重點實驗室評估（1994年、1999年、2004年、2009年免評、2014年）中均獲評優秀，在迄今為止的兩次總結表彰會（國家重點實驗室建設10周年、20周年）上均被授予先進集體稱號，榮膺“金牛獎”。在老一輩科學家引領和感召下，實驗室形成“敢為先、重細節、合為貴”的科研文化，建立起了一支包括6位中國科學院院士、22位國家杰出青年科學基金獲得者、13位其他高層次人才計劃獲得者等在內的高水平科研隊伍。

實驗室以固體表面、固/氣和固/液界面的結構與功能為主要研究對象，致力于發展有獨自特色的實驗及理論研究方法和體系。在催化化學、電化學、結構化學、理論化學及相關學科交叉融合的基礎上，著重從原子、分子水平和納米尺度上，研究表面和界面的結構與反應機理，設計和合成有關的催化劑和電極材料以及納米結構體系，進而探索解決與能源、化工、材料、生命、信息和環境等領域關系密切的某些重大科學技術問題。

近年來，實驗室面向高效能源存儲與轉化、碳資源優化利用和關鍵電子（信息）器件制造等國家重大戰略需求，建立和發展了表界面研究的新理論、新方法和新儀器，在原子團簇的結構與性質，電催化劑的表面結構效應、設計合成和反應機理，金屬納米材料的表面配位化學，電化學表面增強拉曼光譜學，碳基資源高效利用等領域取得突破，多項重大突破刊發在Science（2004年、2007年、2014年、2016年）、Nature（2010年、2020年）等學術刊物上，近10年先后獲5項國家自然科學獎、10項國際學術重要獎項，并授權700多項國內和國際專利。在長期發展中，實驗室已成為具有國際影響的固體表面物理化學科學研究、人才培養和學術交流基地。

實驗室的目標是立足物理化學，面向國家在能源、信息等領域的重大戰略需求，發揮廈門大學在化學、能源、材料和物理等多學科交叉和融合的優勢，成為在國際上引領表界面化學基礎研究的學術高地；在高效能源利用、存儲與轉化和關鍵電子（信息）器件制造等國家戰略需求方面，通過形成變革性技術，打造為我國在表界面科學與技術的戰略核心平臺。

固體表面物理化學國家重點實驗室的4位學術帶頭人（左起：張乾二、田昭武、蔡啟瑞、萬惠霖）

五大核心布局 七大主要研究內容

多年來，圍繞發展目標，實驗室深入鉆研、全面謀劃，形成了五大核心布局、七大主要研究內容。

實驗室核心布局包括：（1）建立和開發表界面研究的新理論、新方法和新儀器，引領固體和軟物質表界面前沿科學研究；（2）在原創性研究的優勢基礎上，研發新一代電化學能源和光電轉換體系、關鍵材料和器件；形成非石油基碳資源優化利用變革性技術；解決（光）電子器件先進制造中的表界面科學與技術問題；（3）建立能源材料與器件測量表征技術與標準，打造能源材料數據庫及智能數據統計分析平臺，推動研究范式變革；（4）開發與能源、材料、信息等領域相關的膜技術、表面修飾和表面微納制造技術；（5）推進產學研融合創新，支撐相關行業產業轉型、迭代升級和催生新興高技術產業群。

實驗室的主要研究內容分為：（1）建立和發展原位、動態表征技術，通過對催化劑和電極表面活性中心、界面結構及反應性能的研究，闡明表面微觀結構對于其譜學、反應等性質的結構效應；（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，揭示化學反應的動態過程和微觀機理，發現和總結反應規律；（3）建立能準確反映固體表面和固/氣、固/液界面化學反應特性的理論模型，對活性中心和反應機理進行理論模擬，并關聯實驗研究；（4）在微觀、介觀尺度上對催化劑和電極進行設計、修飾和加工，提高反應選擇性和調控反應速度；（5）合成原子團簇和納米結構材料，制備有特殊結構和功能的新型材料，組裝和構筑有序納米結構表面；（6）開展理論化學計算方法研究，發展適合復雜體系研究的理論化學計算方法，開發具有知識產權的相關程序；（7）把表界面物理化學基本原理和方法應用于生命科學相關體系，開展生物物理化學研究。

成果斐然 合作發展

建立和發展固體表面物理化學的先進實驗方法和理論體系，為新催化材料與過程和電化學體系與技術的開發提供科學基礎，進而解決與能源、化工、材料、生命、信息和環境等領域關系極為密切的某些重大科學技術問題是實驗室多年來的研究目標。因此，實驗室一直重視發展具有原創性的實驗和理論研究方法與體系，在固體表面物理化學領域先后形成了具有國際影響的成果群。

利用發展反應耦合方法，成功構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；成功設計和研制出草酸酯加氫制乙二醇高性能銅基催化劑；結合模型催化和譜學表征，獲得了催化劑表面合成氣和低碳烷烴轉化機理方面重要信息；發展低碳烷烴選擇氧化或氧化脫氫新催化劑體系；發展了纖維素及相關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。

利用發展殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜方法將表面拉曼光譜發展成為通用的表面分析手段；發展出釣魚式和電化學針尖增強拉曼光譜技術，從納米尺度為電化學和分子電子學體系提供分子指紋信息；發展了金屬納米晶體表面結構控制和生長的電化學方法，制備出由高指數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。

利用小分子實現了多類納米晶體的表面結構和性能的調控；推導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簇結構，為相關納米顆粒的表面修飾、表界面構效關系等研究提供了精準的表面結構模型。

利用研發完成具有獨自特色和知識產權的從頭算價鍵計算程序XMVB，該程序是目前國際上使用最多的兩個價鍵計算程序之一；發展了基于密度泛函理論框架上激發態電子結構新方法，并寫入國際主流的Q-Chem計算化學軟件包中；通過發展量子動力學方法和對組合QM/MM計算方法的完善與發展，實現了復雜體系激發態性質、材料中載流子動力學和催化機理的理論研究；將物理化學基本原理和新思路與實驗結合應用于關鍵高新技術的發展。截至2020年9月14日，實驗室碩果累累，已有4篇研究論文發表于Science，1篇研究論文發表于Nature，84篇發表于Nature&Science&Cell子刊。

為了增進學術交流，增強學術實力，實驗室鼓勵建立優勢互補、跨學科、跨地域的強強合作關系，與包括法國巴黎高等師范學院、美國佐治亞理工學院、英國南安普敦大學等一批國際著名學府在內的單位建立了合作關系。實驗室還應邀共同組織馬普協會的先進材料的表面和界面工程國際學校，與法國國家科研中心和巴黎高等師范學院成立國際聯合實驗室。實驗室每年接待約50人次校外客座人員來室工作。在國內除了與相關的高等院校及科研機構有密切的聯系與交流合作之外，實驗室還與中航鋰電（洛陽）有限公司、中國石油化工集團、中國海洋石油總公司等單位聯合開展研究，解決與生產關系密切的科學技術問題。

與時俱進，奮勇爭先，團結合作，交流發展，固體表面物理化學國家重點實驗室將基礎科研與戰略需求相結合，在創新求實中不斷進步。