基本信息

陈利 博士/研究员

中国科学院大连化学物理研究所
分子反应动力学国家重点实验室
大连市中山路457号,116023
Tel:      0411-84379956
Email:  chenli@dicp.ac.cn
http://www.sklmr.dicp.ac.cn/

部门/实验室:研究生部

"超灵敏分子红外荧光光谱"课题组介绍

  陈利 2004年本科毕业于武汉华中科技大学物理系,2008年硕士毕业于北京大学物理系现代光学所。2012年获瑞士洛桑联邦理工学院化学工程系博士学位,随后加入德国哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研所洪堡教授 Prof. Alec M. Wodtke 组开始博士后研究。2018年入职大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室任副研究员。主要从事表面化学动力学的实验研究,专长于超灵敏分子红外光谱技术。目前在ScienceAccounts of Chemical ResearchPNAS以及Review of Scientific Instrument等国际期刊发表SCI论文多篇,平均单篇影响因子达11

研究领域

     红外光谱技术是研究分子体系化学动力学过程的重要且直接手段。几乎所有多原子分子,如化工生产过程中常涉及到的H2O、CO、CO2、CH4以及甲醇等无机/有机分子,均具有与其成分、结构及量子态一一对应的分子振转动特征频率;且该特征振动频率对分子微观环境(溶液、表界面等)的变化非常敏感。因此,高时间分辨的分子红外荧光探测不仅可以原位在线检测反应分子产物,还可以追踪探测分子激发态弛豫、能量传输、分子键断裂/形成以及反应中间体等基元化学动力学过程,从而在原子、分子水平和量子层面揭示化学反应微观机理。

      超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanowire Single-Photon Detector, SNSPD)是本世纪初发展起来的新型单光子探测技术,其高量子效率、快时间响应(优于100皮秒)、低暗计数及宽光谱响应等优异性能,突破了传统半导体红外探测器(如MCTInSb等)探测灵敏度低、响应时间慢(微秒量级)的限制,从而为超灵敏分子红外光谱实验开辟了新的技术途径

     陈利博士研制了世界首套基于SNSPD的红外荧光探测装置,成功实现了亚纳秒时间分辨、亚分子层灵敏度的表面分子红外荧光光谱测量,取得了一系列突破性实验成果【1-4】,显示了该新技术在化学与分子科学、以及红外探测等领域的广泛应用前景。在此基础之上,陈博士加盟杨学明院士、张东辉院士的分子反应动力学研究团队,首次在国内发展该光谱新技术及探索其应用研究,并负责组建“超灵敏分子红外荧光光谱”研究课题组。

     该课题组将致力于结合新型超高灵敏度红外探测技术,如SNSPD、低温辐射热测量仪 (4K bolometer) 等,通过仪器自主研制,发展超灵敏、超快时间分辨的分子红外荧光光谱技术,针对能源化学、环境化学领域相关的重大基础课题(如TiO2光催化、汽车尾气CO净化、水解产氢等)展开前沿研究。


代表文章

  1. Jascha A. Lau, Li Chen, Arnab Choudhury, Dirk Schwarzer, Varun B. Verma, Alec M. Wodtke, “Transporting and concentrating vibrational energy to promote isomerization.” Nature 2020 (in press)
  2. Li Chen*, Jascha A. Lau, Dirk Schwarzer, Jörg Meyer, Varun B. Verma, Alec M. Wodtke*, "The Sommerfeld ground-wave limit for a molecule adsorbed at a surface." Science 2019, 363(6423): 158-161.
  3.  Lau, J. A., Arnab Choudhury, Li Chen, Dirk Schwarzer, Varun Verma, Alec.M. Wodtke*. "Observation of an isomerizing double-well quantum system in the condensed phase." Science 2020 367(6474): 175-178.
  4.  Li Chen*, Dirk Schwarzer, Jascha A. Lau, Varun B. Verma, Martin J. Stevens, Francesco Marsili, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam and Alec M. Wodtke*, "Ultra-sensitive mid-infrared emission spectrometer with sub-ns temporal resolution. " Opt Express 2018, 26 (12), 14859-14868. (Spotlight)
  5. Li Chen, Dirk Schwarzer, Varun B. Verma, Martin J. Stevens, Francesco Marsili, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam and Alec M. Wodtke*, "Mid-infrared Laser-Induced Fluorescence with Nanosecond Time Resolution Using a Superconducting Nanowire Single-Photon Detector: New Technology for Molecular Science." Accounts Chem Res 2017, 50 (6), 1400-1409.
  6.  Li Chen, H. Ueta, H. Chadwick, R. D. Beck, The Negligible Role of C–H Stretch Excitation in the Physisorption of CH4 on Pt(111). The Journal of Physical Chemistry C (2014)
  7.  H. Ueta, Li Chen, R. D. Beck, I. Colon-Diaz, B. Jackson, Quantum state-resolved CH4 dissociation on Pt(111): coverage dependent barrier heights from experiment and density functional theory. Phys Chem Chem Phys 15, 20526-20535 (2013).
  8. Li Chen, H. Ueta, R. Bisson, R. D. Beck, Quantum state-resolved gas/surface reaction dynamics probed by reflection absorption infrared spectroscopy. Rev Sci Instrum 84,  (2013)  (Editor's picks).   
  9.  N. Bartels, K. Golibrzuch, C. Bartels, Li Chen, D. J. Auerbach, A. M. Wodtke, T. Schafer, Observation of orientation-dependent electron transfer in molecule-surface collisions. P Natl Acad Sci USA 110, 17738-17743 (2013)
  10.  Li Chen, H. Ueta, R. Bisson, R. D. Beck, Vibrationally bond-selected chemisorption of methane isotopologues on Pt(111) studied by reflection absorption infrared spectroscopy.Faraday Discuss 157, 285-295 (2012).

实验原理及实验装置

    图 1 实验装置和实验原理。(A) SNSPD单光子探测原理。在 < 4 K的工作温度条件下,纳米线探测器件处于超导态,加载的直流电流此时可无损耗地流通。单光子吸收产生的热点使纳米线(~100 nm 宽)局部迅速升温而导致超导破坏;热量散失后,纳米线很快又恢复到超导态,等待下一个光子的到来。此过程犹如电路中加入一瞬态电阻,从而产生电脉冲信号;通过电脉冲信号的测量即可进行光子计数测量;(B)激光诱导分子红外荧光光谱技术。超高真空环境下,吸附在样品表面的分子在脉冲激光的振动激发下产生红外荧光辐射;利用SNSPD 对表面分子红外荧光进行波长分辨、时间分辨的超灵敏探测,从而获得表面分子反应过程(如振动弛豫、能量传输、反应中间体等)的动力学信息,即表界面分子反应的时间演化过程;(C) 基于SNSPD的表面分子红外荧光探测装置,包括超高真空表面反应腔体、低温单色仪、以及工作于极低温(0.3 K)下的SNSPD探测器等。系统大部分根据实验要求进行自主设计和研制。



工作环境及团队招募

中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合,以任务带学科为主要特色的综合性研究所。截至2018年底,在所工作两院院士14人,国家万人计划入选者21人,创新人才推进计划入选者25人,国家杰出青年基金获得者25人。大连化物所拥有分子反应动力学国家重点实验室、催化基础国家重点实验室、洁净能源国家实验室(筹)等多个重点实验室,为本项目的实验研究提供了国际一流的研究平台(http://www.dicp.cas.cn/gkjj_1/skjj/

分子反应动力学国家重点实验室为本课题研究提供了强大的实验和理论支撑。在杨学明院士、张东辉院士的领导下,团队一贯鼓励仪器自主研制(现有装置23套),重视实验和理论的不断创新和密切结合;过去二十多年来,该团队在态-态分辨分子反应动态学领域取得了系列突破性学术成果(Science 10 篇 、Nature 1篇、PNAS 5 篇、Nature Communication 2 篇等),获得国家自然科学二等奖2项,已发展成为国际上重要的化学动力学研究中心http://www.sklmr.dicp.ac.cn/

为进一步发展基于SNSPD的超灵敏分子红外荧光探测这一光谱新技术,并在国内首次开展相关应用研究,该课题组随时欢迎感兴趣、有动力的年轻学生咨询硕士/博士研究课题,毕业(暑期)研究实习等相关信息。

奖(助)学金标准

一年级代培 一年级在合肥中国科学技术大学进行基础课程学习


工作内容及实验技能学习:

  1. 激光与分子光谱技术:学习激光器的基本工作原理;掌握和理解激光在分子光谱技术中的应用;
  2. 超高真空技术了解超高真空相关知识和工作原理,掌握真空零件/设备的功能和操作使用,学习仪器的机械设计等;
  3. 表面分析和检测技术学习和掌握表面科学常用的分析和检测技术,如表面样品的Ar+离子轰击清洁、加热(1000 K以上和表面结构的LEED分析等;
  4. 低温技术:了解低温(0.3 - 77 K)相关知识,掌握相关低温设备工作原理和使用操作;
  5. 仪器程序编程和控制:利用 LabView 等软件对实验各部分仪器设备实现同步控制和实验数据采集;
  6. 实验数据分析:学习和掌握利用数学软件(如 Origin MATLAB等)对原始实验数据进行科学分析,提出结论并提供合理理论解释或科学假设;
  7. 科学成果的展示:包括ppt报告演讲、中/英文文章写作与发表等


同时诚挚欢迎相关领域优秀博士后研究人员加盟,共同发展创建国内新研究方向!

     研究方向包括:

  1. 固体表界面分子动力学:通过超高真空表面科学实验方法,结合时间分辨的激光诱导荧光技术(time-resolved LIF),研究分子振动能弛豫、能量传输以及光催化反应等表面基元化学动力学过程;
  2. 气相、液相分子体系化学动力学:通过分子红外光谱技术(如LIFFTIR傅里叶红外吸收谱等),研究相关分子体系化学动力学过程的微观机理;
  3. 博士后研究人员申请负责的自主课题研究等

博士后待遇 (信息更新请参见http://www.zp.dicp.ac.cn/bodyshow0.php?id=450 ,http://www.pdw.dicp.ac.cn/ )