2025年中國分析測試科學獎二等獎：原位液相二次離子質譜技術及其在固液界面分析中的應用
完成單位：中國科學院化學研究所、中國科學院生態環境研究中心
完成人：張燕燕，汪福意，陸成海，辛森
成果簡介：固液界面廣泛存在于電化學儲能、電催化合成、污水處理、生物傳感等領域，其微觀結構與化學性質直接決定體系宏觀性能。在分子水平上原位測量其微觀化學結構、闡明界面動態演化機制，對上述領域中表界面關鍵材料的理性開發具有重要意義，卻一直是表界面分析領域的重大挑戰。本項目聚焦固液界面原位分子表征這一關鍵科學問題，創建了以原位液相飛行時間二次離子質譜（ToF-SIMS）為核心的固液界面分析技術體系，揭示固液界面宏觀性能背后的微觀分子作用機制。近五年代表作發表于Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. Adv.等高水平學術期刊。
創新點及科學價值：（1）針對超高真空ToF-SIMS分析系統與液體難以兼容的瓶頸，基于液體表面張力限域原理，研發原位液相ToF-SIMS 分析新裝置，突破真空中固液界面原位分子表征的領域難題。（2）建立液體跨膜限域傳輸固液界面離子溶劑化結構轉化的原位分析新方法，揭示去溶劑化驅動的離子跨膜選擇性及其調控機制，指導高選擇性高通量膜材料設計與制備。（3）建立極薄電化學界面層電極與電解液物種相互作用及其演化過程的原位分析新方法，揭示電池界面化學反應機制，推動下一代能源電化學技術革新。本成果發展的原位液相ToF-SIMS技術，極大地拓展了質譜技術的應用場景，突破了傳統液相質譜難以直接原位分析強酸、強堿、高鹽濃度、高沸點有機相等極端性質液體的瓶頸。此外，本成果為固液界面微觀化學結構及其時空演化過程的原位分子解析提供了一種先進、獨特的質譜測量工具。
應用前景：有望廣泛應用于揭示固液界面宏觀性能背后的微觀分子作用機制，為污水處理領域高選擇性高通量膜材料、電化學儲能領域領域高溫下長壽命電解液、電極材料等關鍵技術開發提供根本指導。
