表面科学主要是针对发生在表面或界面的物理和化学现象的研究。由于材料的许多重要物理或化学过程会先发生在表面或界面，研究表面和界面的微观结构，对控制材料表面的物理化学过程、改变材料的表面性能无疑是至关重要的。

利用在超高真空条件下的扫描隧道显微镜，科研工作者可以在分子尺度上研究固体表面有机分子的自组装、化学反应以及其物理和化学性质，同时在蒙特卡罗/动力学蒙特卡罗模拟以及密度泛函理论计算的帮助下，在分子尺度上理解分子的自组装和化学反应过程。我院林涛副教授长期从事该领域的实验和计算模拟研究，并于近期取得了多项成果。

[1] 大环分子对称性破缺的研究

Jahn-Teller效应是一种描述多原子系统构型畸变的效应。本研究利用扫描隧道显微镜，研究了基于四苯基乙烯的两种大环结构，发现其在Ag（111）表面的吸附构型和前线分子轨道均发生了对称性破缺。密度泛函理论以及紧束缚近似的计算模拟显示，该对称性破缺源自于大环分子的共轭性以及大环分子结构的灵活性。该现象可能与环丁二烯等环形分子中伪Jahn-Teller效应类似。

相关成果发表在Journal of the American Chemical Society。林涛副教授为该论文的共同第一作者。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12746

[2] 单纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程的研究

甲醇燃料电池包含了甲醇的氧化反应，该反应涉及到复杂的六步电子转移反应过程，因此，揭示甲醇氧化的反应路径与机理，阐明催化剂的真实活性中心以及毒化效应，对于高效催化剂的设计和制备至关重要。本研究利用纳米等离子共振散射光谱与电化学技术相结合的手段，动态监测了单个金/铂包金纳米颗粒表面的甲醇氧化过程。实验结果表明，在金纳米颗粒表面，甲醇氧化主要通过HCOOH路径，生成产物为HCOOH或CO2。其中，反应中间体与羟基离子的竞争性吸附起到重要作用，反应决速步为Au-OH和Au-CHO的共吸附。而铂催化甲醇氧化主要经过CO路径，决速步为Pt-OH和Pt-CO氧化生成Pt-COOH过程。结合密度泛函理论模拟，明确了甲醇氧化反应中间体吸附与金属氢氧化物演变之间的内在联系。

相关成果发表在Chinese Journal of Catalysis。林涛副教授为该论文的共同通讯作者。

全文链接：https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(23)64589-9

[3] 柔性分子自组装结构的研究。

带侧链的柔性分子具有构象的灵活性，在通过分子自组装的方法实现自下而上构建超分子纳米结构中起到了关键作用。本研究利用柔性分子之间的空间约束效应，通过排斥性位阻和吸引力化学作用之间的协同作用，在Cu（111）表面实现了对表面约束超分子配位自组装的尺寸控制。结合扫描隧道显微镜、密度泛函理论计算和蒙特卡罗模拟，我们阐明了柔性分子的热摆动运动产生了有效斥力，从而实现了自组装链结构的长度调节。

相关成果发表在Journal of Physical Chemistry Letters。我院硕士毕业生李展波为该论文的共同第一作者，林涛副教授为论文的共同通讯作者。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c02858

[4] 金属五元环的表面合成

近年来，随着表面技术的进步与发展，利用有机分子束外延这种自下而上的手段，科研工作者可以将传统的液相化学反应复刻在金属表面，并利用扫描隧道显微镜等先进的表面表征手段，在原子、分子尺度对有机纳米结构进行表征。本研究利用端基炔分子在Cu（111）表面实现了含铜的金属五元环的制备。利用扫描隧道显微镜的实验手段结合密度泛函理论的计算模拟，对结构进行了分析。

相关成果发表在Langmuir。我院硕士毕业生李展波为该论文的第一作者，林涛副教授为论文的共同通讯作者。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.4c01653