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北京正负电子对撞机国家实验室

2013 北京同步辐射装置年报

北京同步辐射装置用户办公室编印

2014 年 6 月

I

北京同步辐射装置专业委员会、用户委员会委员名单

北京同步辐射装置专业委员会名单

主任：冼鼎昌

副主任：丁洪

委员：牛立文、金晓峰、陈同斌、叶甜春、匡廷云、王建国、吴自玉、苏晓东、邹广田、

麦振洪、孙冬柏、谭若兵、姜晓明、赵宇亮、肖体乔、柴之芳、董宇辉、阎永廉

北京同步辐射装置用户委员会名单

主任：蒋最敏

副主任：李明、龚为民

委员：刘文汉、田扬超、吴小山、陈岗、韩布兴、尉志武、林建华、詹秀春、魏龙、

陈大鹏、何建华、陈维昌、崔启良、李宏年、潘纲

III

北京同步辐射装置简介

北京同步辐射装置（Beijing Synchrotron Radiation Facility，BSRF）（http://bsrf.ihep.cas.cn）

是一个向社会开放的大型公共科研设施，贯彻“开放、联合、开拓、创新”的方针，对国内外

的科研单位、高等院校和企业全面免费开放。在过去 20 多年的开放过程中，BSRF 为我国凝

聚态物理、化学化工、生命科学、材料科学和环境科学的研究提供了一个坚实的实验平台，

并且取得了一系列研究成果。

图 1 北京同步辐射装置（BSRF）光束线和实验站示意图

BSRF 建有 3 个实验大厅，共有 5 个插入件，14 条光束线和实验站（图 1），提供从真空

紫外到硬 X 波段的同步辐射光，提供 X 射线形貌术、X 射线成像、X 射线衍射、X 射线小

角散射、漫散射、生物大分子结构、X 射线荧光微分析、X 射线吸收精细结构、光电子能

谱、圆二色谱、软 X 射线刻度和计量、中能 X 射线光学、高压结构研究、LIGA 和 X 射线光

刻等实验技术，可以为凝聚态物理、高压物理、化学化工、材料科学、生命科学、地球科

学、环境科学、微电子、微机械加工、计量学、光学及探测技术等广泛学科的基础研究和应

IV

用基础研究提供强有力的实验研究手段。BSRF 每年为国内外用户提供不少于 3 个月的同步辐

射专用光运行。

除此之外，在 BEPCII（Beijing Electron Positron Collider II）进行高能物理对撞的模式下，

BSRF 实验站积极开展兼用光运行模式。从 2009 年至今，4B8-真空紫外实验站、4B7A-中能实

验站、4B7B-软 X 射线实验站、4B9B-光电子能谱实验站、1W2A-小角散射、1W2B-生物大分

子实验站、1W1A-漫散射实验站、1W1B-XAFS 实验站、4B9A-衍射实验站等共计 9 个实验站

先后成功完成了兼用模式的调试并正式对用户开放使用。兼用模式的成功运行，为 BSRF 争

取了更多的机时这对于一些国家的急需研究项目而言非常重要。

现在，每年有来自国内外的 100 多个研究机构和大学的 1000 多名用户来 BSRF 进行 500

多个实验。

V

如何到北京同步辐射装置开展工作

一、实验课题的申请

1. 申请人（在职科研人员、企业研发人员）可以在北京同步辐射装置网页上下载《北京同

步辐射装置科研课题申请表》（http://bsrf.ihep.cas.cn/yonghudaohang/biaogexiazai/）。

2. 在填写课题申请表前，申请人须与北京同步辐射装置实验站的科研人员取得联系，探讨

实验技术方案的可行性并确定一位实验站人员为联系人。

3. 申请人应认真填写《北京同步辐射装置科研课题申请表》，一式四份邮寄至北京同步辐

射装置用户办公室，并发送电子版本至 [email protected]。北京同步辐射装置用户办公室全

年接收课题申请。

4. 欲申请重点课题的用户（须在北京同步辐射装置开展实验两年以上）需同时填写《北京

同步辐射装置重点课题申请表》。

5. 未提出正式申请而要求先试一试的用户，必须经实验站负责人同意，并经北京同步辐射

装置用户办公室认可，方可安排一次用光。确认实验可以继续开展的，补填申请表，并列入正

式用户，若不办理申请手续, 将不再安排机时。

二、课题的评审和管理

北京同步辐射装置用户办公室收到课题申请表后，将按下列程序组织评审：

1. 北京同步辐射装置相应实验站工作人员对课题所提出的实验方案进行技术可行性评

议。

2. 北京同步辐射装置每年集中送审两次课题申请（分别为 3 月份和 9 月份），由两位同行

专家对申请课题进行科学意义和学术重要性的评议。

3. 由专业委员会或其委托的机构对课题进行评审。重点课题则必须经过专业委员会审定，

每年评审一次。

4. 将评审结果通知申请人，申请课题一经批准即在北京同步辐射装置立项管理。

5. 对特别重要、时效紧、机时需要不多的实验，用户可直接与北京同步辐射装置负责人

联系安排急需的实验机时。

三、机时安排和使用

1. 在课题审批时确定课题的总机时及年度机时的大致安排计划。

VI

2. 每次实验的机时由课题负责人与北京同步辐射装置实验站负责人协商确定，并由北京

同步辐射装置用户办公室用《机时通知单》正式通知用户。

3. 由北京同步辐射装置运行负责人及北京同步辐射装置用户办公室协调处理机时分配中

遇到的问题。

4. 机时安排一经商定，原则上不得私自变动。若遇特殊情况必须临时变动的，需得到用户

及北京同步辐射装置实验站工作人员双方的同意，并报北京同步辐射装置用户办公室备案。

5. 若遇加速器或束线仪器设备的故障致使实验无法进行，原则上用户的机时不往后顺

延。机时的补偿由用户与实验站负责人协商解决。

6. 用户若不能按时来做实验，必须提前一个星期通知北京同步辐射装置的联系人。因用

户违反此规定造成实验站机时轮空的，或用户准备不足造成机时浪费的，将视情况轻重酌情

减少其用机时间，直至暂停其用户资格。

7. 若课题批准的总机时已用完，课题还要进行，需申请得到批准后方可继续安排实验机

时。

8. 不得利用获得的机时开展与批准课题无关的实验。一经发现，将予以取消机时的处

罚。

四、北京同步辐射装置用户办公室联系方式

地址：北京市石景山区玉泉路 19 号乙高能所 12 号厅北京同步辐射装置用户办公室

邮编：100049

联系人：何伟，于梅娟

Email ：[email protected]，[email protected]

电话：010-88235027，010-88236229

网址：http://bsrf.ihep.cas.cn/（中文）；http://english.bsrf.ihep.cas.cn/（英文）

VII

目录

北京同步辐射装置专业委员会、用户委员会委员名单 .................................................................... I

北京同步辐射装置简介 ..................................................................................................................... III

如何到北京同步辐射装置开展工作 ................................................................................................... V

2013 年度开放运行总结 .......................................................................................................................1

2013 年度科研 Highlights .................................................................................................................... 3

材料科学.........................................................................................................................................3

金属熔体中原子间距的负膨胀 ................................................................................................................ 3

掺杂调控的氧化铈纳米线的活性中心结构及其催化活性 .................................................................... 5

高压下分子晶体 SnBr4 的结构及电子性质研究 ..................................................................................... 7

高温高压下新材料的合成 ........................................................................................................................ 8

Pb0.8Co0.2TiO3 薄膜中氧空位对电子结构及多铁性能的影响 .............................................................. 10

PDP 用荧光粉 KBaY(BO3)2: Tb3+的基质敏化研究............................................................................... 11

Eu2+掺杂的硅酸盐真空紫外发光材料研究 ........................................................................................... 12

单向抑制“氢气氧化反应”新型共催化剂材料 .................................................................................. 14

高分散 Ni 金属纳米催化剂的制备及对 CO2甲烷化催化性能研究 .................................................... 16

ZnTi-LDHs 纳米片的制备及其可见光抗菌性能研究 .......................................................................... 18

用于光解水的表面碳覆盖的氧化铁纳米结构研究 .............................................................................. 20

金纳米晶体表面硫醇配体吸附的动力学过程 ...................................................................................... 22

化学化工.......................................................................................................................................24

效率为 4%的苝二酰亚胺基非富勒烯有机太阳能电池 ........................................................................ 24

基于喹吖啶酮和苯并噻二唑单元的聚合物的合成及其在场效应晶体管中的应用 ........................... 26

含乙烯桥连的 NDI 聚合物的双极性场效应性能研究 ......................................................................... 28

结晶高分子材料微纤化的微观机理 ...................................................................................................... 30

结晶高分子拉伸塑性形变的三相模型 .................................................................................................. 32

镍-铟金属间化合物的合成及其对不饱和烯醛选择加氢性能的研究 ................................................. 33

植物甾醇表面活性剂在酰胺溶剂中的聚集行为 .................................................................................. 35

压力促进晶体内叠氮基团与炔烃基团的 1,3-两级环加成反应 ........................................................... 36

离子簇的结构以及无定形磷酸钙和羟基磷灰石的形成 ...................................................................... 38

VIII

环境科学...................................................................................................................................... 40

铅在土壤腐殖酸上的吸附：NICA-Donnan 模型模拟和 XAFS 分析.................................................. 40

Co3O4/TiO2-NA 催化剂用于碳烟限域催化燃烧反应的研究 ............................................................... 42

非贵金属 MnOx-NiO 催化剂上低浓度甲烷的催化燃烧脱除 .............................................................. 44

汞污染引起人发纳米尺度结构的改变 .................................................................................................. 46

重金属 Pb 和 Cr 胁迫对重金属和矿质元素在苏州青亚细胞分布的影响 .......................................... 47

生命科学...................................................................................................................................... 49

HIV 抑制因子 SAMHD1 的同源四聚体晶体结构 ................................................................................ 49

LSD2 蛋白的结构和功能研究 ................................................................................................................ 50

乙型脑炎病毒 NS5 全长蛋白晶体结构研究 ......................................................................................... 51

首个 JMJ 家族组蛋白 H3K4 去甲基化酶的晶体结构解析 .................................................................. 52

六型分泌系统效应蛋白-免疫蛋白复合物(Tae4-Tai4)的结构和功能研究 .......................................... 54

同步辐射技术揭示纳米材料-蛋白质冠界面结构 ................................................................................. 56

小鼠胆总管结扎肝纤维化模型的相位衬度 X 线成像研究.................................................................. 58

微加工技术.................................................................................................................................. 59

用氯化铯纳米岛光刻技术制备微纳混合结构及其光伏应用 .............................................................. 59

2013 年度各光束线和实验站工作进展 .............................................................................................61

1W1A-漫散射实验站 .............................................................................................................................. 61

1W1B-XAFS 实验站 ............................................................................................................................... 62

1W2A-小角散射实验站 .......................................................................................................................... 65

1W2B-生物大分子实验站 ...................................................................................................................... 66

3W1A-生物大分子实验站 ...................................................................................................................... 66

3B1-LIGA、光刻实验站 ......................................................................................................................... 67

4W1A-X 射线成像实验站 ...................................................................................................................... 68

4W1B-X 射线荧光微分析实验站........................................................................................................... 70

4W2-高压实验站 ..................................................................................................................................... 75

4B7A-中能实验站 ................................................................................................................................... 76

4B7B-软 X 光实验站............................................................................................................................... 76

4B8-真空紫外实验站 .............................................................................................................................. 78

IX

4B9A-衍射实验站 ................................................................................................................................... 79

4B9B-光电子能谱实验站 ....................................................................................................................... 80

2013 年度用户科技论文汇总目录 .....................................................................................................81

2013 年度学术活动 ...........................................................................................................................101

BSRF 成功举办 X 射线成像技术及图像后处理讲习班 ..................................................................... 101

BSRF 各实验站光源参数 .................................................................................................................103

BSRF 各实验站/组联系方式 ............................................................................................................108

BSRF 地理位置与交通 .....................................................................................................................109

2013年度开放运行总结

1

2013 年度开放运行总结

2013 年北京同步辐射装置完成了两轮专用光运行，第一轮为 6 月 9 日至 7 月 19 日，第

二轮为 9 月 22 日至 11 月 4 日。

第一轮同步辐射专用光运行期间，共为用户提供了 801.47 小时的有效机时，共支持了

275 个研究课题。用户来自国内 106 个研究机构和国外 5 个研究单位。用户课题涉及凝聚态

物理、生命科学、化学化工、材料科学、医学、资源和环境等多个领域，许多课题都取得

了重要的实验结果。

第二轮同步辐射专用光运行期间，共为用户提供 914.56 小时的有效机时，共支持了

298 个研究课题。用户来自国内 109 个研究机构和国外 4 个研究单位。本轮专用光期间，

4B8-真空紫外实验站的远程实验模式推广到了国外用户，印度 Shri Shivaji 大学的 G. Korpe

博士通过邮件联系、邮寄样品、在家顺利完成真空紫外荧光实验。在本轮专用光期间，

1W2A-小角散射（SAXS）实验站在高温、快速拉伸等条件下，多种 SAXS 实验模式的时间

分辨能力已达到 10 毫秒；4B9A-X 射线衍射实验站在温度、压力和组分等多种条件下，开

展了催化剂的原位结构研究。这些新的实验技术，进一步提升了 BSRF 的实验支撑能力，

为出高水平的研究成果提供了重要的基础。

2013 年，同步辐射兼用模式下 BSRF 共有 6 条光束线站（真空紫外实验站、中能实验

站、软 X 光实验站、小角散射实验站、光电子能谱实验站、生物大分子实验站）在兼用模

式下运行，全年为 57 个课题提供实验机时，缓解了专用光期间的用户机时不足的压力。

图1 4B7B-软X光实验站（左）和4W2-高压实验站工作人员与用户采集分析实验数据。

2013年北京同步辐射装置年报

Beijing Synchrotron Radiation Facility 2013 Annual Report

2

图 2（左）用户课题学科分布图示意图；（右）用户分布情况示意图

2013年度科研 Highlights——材料科学

3

金属熔体中原子间距的负膨胀

液态金属结构的研究非常重要，因为它涉及材料科学和凝聚态物理中一些基本科学问

题，例如, 怎样理解物质熔化的过程，凝固以及玻璃转变等基本科学问题。浙江大学新结构

材料国际研究中心王晓东副教授和蒋建中教授与北京同步辐射装置合作发现了加热诱导的金

属液体中近邻原子间距的收缩异常现象。相关的研究成果发表在 2013 年 6 月 3 日的美国科学

院院刊(PNAS)上。

该中心长期从事无序合金领域的科学研究，无序合金的固态结构与合金的液态结构有着密

切关系。固体材料中通常认为原子间距随着温度的升高而增大。该中心从实验和理论两个方

面对 8 种纯 Al、Sn、In、Cu、Ag、Au、Ni 和 Zn 液态金属开展深入研究，利用北京和德国汉

堡同步辐射装置（BSRF 和 DESY）研究了 Al、Sn、In 和 Zn 的液态原子结构随温度变化。采

用经典的分子动力学对 Al、Cu、Ag、Au、Ni 和第一性原理的分子动力学对 Zn 的液态行为进

行了理论模拟，实验和理论的结果均表明在液态金属中，原子形成团簇结构, 中心原子到第

一壳层原子的平均原子距离随温度的升高而减小。

图 a为Al的双体相关函数 g(r)，显示熔点温度位于 900到 1000 K之间，非常接近实验测量值 933.5 K。

从 1000 到 2000 K，g(r)的第一峰明显向低 r 方向移动。图 b 的 Voronoi 分形表明随温度的升高，高配位多

面体（配位数为 11 和 12）含量减少，而低配位（配位数为 9 和 10）多面体却在增多。图 c 显示高配位多

面体中原子平均距离大于低配位多面体中原子平均距离。图 d 示意说明温度升高，液体金属中高配位多面

体逐渐向低配位多面体转变。



4

怎样理解这种新现象呢? 上图为纯 Al 的分子动力学模拟，在液体金属中，近邻原子间距

离的收缩可以这样理解：在高配位的多面体中存在一些较长的原子键,原子间相互作用弱。随

着温度的升高，原子的振动加剧，这些弱相互作用的原子最有可能从团簇中脱离出来，导致

团簇配位数的下降。随着低配位多面体的含量的增多，最近邻原子的距离就逐渐的缩短。“在

固态材料中，通常不存在这种新现象，但它却在由不同多面体构成的液态金属中普遍存在 ,

这项科研成果是非常令人鼓舞的, 为解决无序物质结构的基本科学问题又近了一步。”中心主

任蒋建中教授这样描述他们的工作。

发表文章：

Hongbo Lou, Xiaodong Wang,* Qingping Cao, Dongxian Zhang, Jing Zhang, Tiandou Hu,

Ho-kwang Mao,* and Jian-Zhong Jiang,

* Negative expansions of interatomic distances in

metallic melts, PNAS, 110, 10068-10072 (2013).


5

掺杂调控的氧化铈纳米线的活性中心结构及其催化活性

活性位点的定位和结构调控是纳米催化材料的设计与活性优化的难点。探索对活性中心

局域配位结构及其与催化底物作用方式的调控是理解纳米催化剂的构效关系并提高催化活性

的重要手段。北京大学化学与分子工程学院张亚文教授课题组与严纯华院士课题组以及刘海

超教授课题组合作，以暴露（110）晶面的氧化铈纳米线为模型催化剂，通过掺杂不同镧系元

素(Ln)离子、引入 LnCe 缺陷实现了对活性中心的定位，进一步利用镧系收缩效应导致的离子

半径连续变化的性质，实现了对活性中心局域结构的精细调控。他们观察到 CeO2:Ln 纳米线

在 CO 催化氧化的探针反应中的活性表现出对 Ln 掺杂离子半径的高度依赖性，而该依赖性来

源于催化过程中活性中心的活性氧释放能力以及表面活性吸附中间体分布的变化。相关研究

结果于 2013 年 9 月发表在《Journal of the American Chemical Society》上。

该研究团队通过对 Ce 的+3/+4 价氧化还原性的控制，以温和的水热合成法制备了全系列

镧系离子均匀掺杂的、无表面包覆试剂的、暴露（110）活性晶面的 CeO2:Ln 纳米线。其催化

CO 氧化的活性相比非掺杂 CeO2 纳米线得以显著提高，且催化活性在 CeO2:Nd 处达到最大

值。催化活性随掺杂离子半径表现出在氧化物体系尚不多见的火山型依赖关系。针对反应机

理的实验研究表明，表面活性氧的存储释放能力、以及催化过程中所形成的活性单齿碳酸根

物种和非活性碳酸氢根间的分布是影响该材料催化活性的两个直接因素。DFT 计算进一步表

明，氧释放能力与掺杂离子引起的局域结构扭曲程度呈正相关，而表面活性物种的分布则受

到掺杂离子的离子势的影响，其根源都可归结于镧系收缩引起的 Ln 掺杂离子的半径变化。

CeO2:Ln 纳米线催化 CO 氧化的作用模型及活性随掺杂离子半径变化关系示意图

该工作利用北京同步辐射装置（BSRF）获得了 Ln 离子配位结构信息。该数据证明了在

CeO2:Ln 纳米线中随 Ln 离子半径变化其掺杂中心所表现出的不同的局域结构扭曲，表明对活

性中心局域结构调控策略的有效性；此外，该数据还证明了基于第一性原理模拟计算所建立

的催化模型是合理的，这是该工作的论证部分的关键环节。



6

该研究团队的这项研究不仅加深了对稀土元素镧系收缩特性在影响催化反应活性方面的

认识，而且指出，对于提高纳米催化剂活性而言可能存在一个最佳的掺杂离子半径区间，因

此对类似工作具有一定的指导价值。此外，该研究将纳米催化材料活性调控的着眼点从原有

的材料组分、暴露晶面等效应等转变为活性位点局域结构的精细调控，为类似体系的后续研

究拓展了更大的空间。

发表文章：

Jun Ke, Jia-Wen Xiao, Wei Zhu, Haichao Liu*, Rui Si, Ya-Wen Zhang*, and Chun-Hua Yan*,

Dopant-Induced Modification of Active Site Structure and Surface Bonding Mode for

High-Performance Nanocatalysts: CO Oxidation on Capping-free (110)-oriented CeO2:Ln (Ln =

La−Lu) Nanowires, J. Am. Chem. Soc.2013, 135, 15191–15200.


7

高压下分子晶体 SnBr4的结构及电子性质研究

分子晶体作为一类特殊的体系，由于其分子间是通过分子间相互作用力（主要包括范德瓦

尔斯力和氢键），在高压下呈现出新颖的性质。作为重要的分子晶体SnBr4，有很多关键性问

题未解决，诸如至今没有直接的X射线证据证明其在高压下是否会发生非晶化以及关于非晶

化的机制。吉林大学超硬材料国家重点实验室的崔田课题组对SnBr4在高压下的结构稳定性以

及电子方面的性质进行了系统的研究，相关研究成果发表在2013年3月29日的《The Journal of

Physical Chemistry C》杂志上。

该研究组发现了分子晶体SnBr4在压力的作用下，发生了晶体−晶体的结构转变，随后向

非晶态转变。实验和理论计算的结果表明压致非晶化是一个分子解离的过程，即由分子相变

为非分子相。通过高压下光学吸收光谱的测量发现，样品的带隙随着压力的增加不断减小，

在大约40 GPa样品发生了由绝缘体向金属的转变。

原位高压同步辐射XRD的测量是在北京同步辐射装置（BSRF）4W2-高压实验站完成的。入射光的波长

为 λ = 0.6199 Å。对样品到探测器的距离及几何参数的校准是通过校准CeO2标样的方法。对每个压力点的

XRD谱采集时间设为600s。获得的高压X射线数据直接证明分子晶体SnBr4在高压下发生晶体-晶体的结构

相变及晶体-非晶体的转变。

本研究不仅对第四主族卤化物在高压下的行为有了更深一层的识，而且对分子晶体在高

压下的特殊行为有了更深的理解。

发表文章：

Xiaoli Huang, Defang Duan, Kai Wang, Xinyi Yang, Shuqing Jiang, Wenbo Li, Fangfei Li,

Qiang Zhou, Xilian Jin, Bo Zou, Bingbing Liu, and Tian Cui*, Structural and Electronic Changes

of SnBr4 under High Pressure, J. Phys. Chem. C, 2013, 117 (16), 8381–8387.



8

高温高压下新材料的合成

如何能合成常规条件下无法合成的新物质呢？北京同步辐射高压站的高压对顶砧技术

（DAC）和激光加温技术为新物质的合成提供了一种可能性。最近，该组利用 DAC 和激光加

温技术研究了多种化合物在高温高压极端条件下的物性，利用北京同步辐射装置 4W2-高压实

验站的 X 射线衍射技术，观察到了常规条件下无法合成的新结构。其中，就观察到了稀土石

榴石在高温高压条件下向钙钛矿结构转变，该新的钙钛矿结构与原来石榴石结构相比，表现

了不同的压缩、光学等性质。

图 1 GSGG 激光加温前（before LH）和加温后(after LH)的 X 射线衍射谱对比。

稀土石榴石是一种发光材料，其掺杂后具有非常丰富的发光性质，是目前最为重要的一

种激光材料。稀土石榴石的荧光特性因其晶体结构受外界条件（温度、压力等）改变而发生变

化。Gd3Sc2Ga3O12 (GSGG) 是含钪镓石榴石，可以作为掺杂各种过渡金属离子或稀土离子的

母体，掺杂后的 GSGG 的荧光性质非常丰富，其荧光性质随压力的变化是研究的热点之一。

GSGG 在常压下是立方石榴石结构，在~65 GPa 时发生非晶化相变。在 24 GPa 时，当激光加

温到 1500-2000 K 时，GSGG 石榴石从立方结构转变成新的结构（图 1），对新结构的衍射峰

指标化、拟合处理后发现新相具有正交钙钛矿结构（空间群为 Pbnm），该相变伴随着~8%的

体积减小（图 2，3）。正交钙钛矿结构 GSGG 在常压下的体模量 B0 为 194(15) GPa，而石榴

石结构 GSGG 的体模量为 B0=157(15) GPa，钙钛矿结构明显比石榴石相难压缩。由于晶体结

构发生了改变，阳离子 Ga3+和 Sc

3+的配位数发生了改变（图 3），稀土离子周围的氧原子环境

也随之发生了变化，因此其荧光性质亦随着晶体结构的改变而改变。令人感兴趣的是，当压

力卸到常压时，新结构亦能保留（图 2），这为新结构的应用提供了可能。(该工作发表在 Inorg.

Chem. 化学期刊上)


9

图 2 在 24.2 GPa 和常压下正交钙钛矿结构的衍射谱和拟合谱对比。图 3 P-V 关系图，和石榴石晶体结

构与钙钛矿结构对比图。

发表文章：

Chuanlong Lin, Jing Liu, Jung-Fu Lin, Xiaodong Li, Yanchun Li, Qingli Zhang, Lun Xiong, and

Rui Li. Garnet-to-Perovskite Transition in Gd3Sc2Ga3O12 at High Pressure and High Temperature.

Inorg. Chem. 52, 431 (2013).



10

Pb0.8Co0.2TiO3薄膜中氧空位对电子结构及多铁性能的影响

PbTiO3 由于其出色的铁电压电性能应用于存储器、传感器等器件中，并且在过去的几十

年中引发了持续广泛的研究热潮。通过对 PbTiO3 进行磁性元素的掺杂，使之成为拥有铁电、

铁磁等性能的多铁材料，扩展了其应用范围。然而，氧空位作为一种材料中广泛存在的缺

陷，其对 PbTiO3 基多铁材料的性能影响仍缺乏系统深入的研究。北京科技大学物理化学系的

一个研究组对 PbTiO3 基多铁材料中氧空位对多铁性能的影响进行了深入的研究，相关的研究

成果发表在 2013 年 5 月 10 日的《Dalton Transaction》上。

该研究组合成了不同氧空位含量的Pb0.8Co0.2TiO3薄膜，并采用北京同步辐射装置（BSRF）

4B9B-光电子能谱实验站的XPS技术探测了样品中氧空位的含量。结果显示氧气氛退火下，

Pb0.8Co0.2TiO3薄膜中氧空位得到很大程度的抑制，而氮气气氛退火的样品则表现出相对大量

的氧空位。氧空位会捕获移动的自由电子,而且氧空位的能级比较接近导带,所以电场作用下被

氧空位捕获的自由电子会被激活并且导电。因此，氧空位含量最高的铁电薄膜样品表现出最

大的漏电流。

更重要的是，随着氧空位含量的升高，薄膜铁电性能单调减弱。PbTiO3产生铁电性的根

源是Pb 6s电子与O 2p电子轨道杂化及Ti 3d电子与O 2p电子轨道杂化的共同作用。在光电子能

谱站获得的O K边X射线吸收谱和价带边光电子能谱，很好的阐释了在Pb0.8Co0.2TiO3薄膜中，

氧空位对Pb 6s电子与O 2p电子轨道杂化及Ti 3d电子与O 2p电子轨道杂化的抑制作用，而减弱

的轨道杂化导致了铁电性能的降低。这为该材料在存储器等领域的应用提供了理论引导。

薄膜的铁磁性能随着氧空位含量的升高而增强，这一现象可以用 F 中心交换理论来解

释。由于氧空位对畴壁的定扎作用，影响了畴的运动和翻转，因此 Pb0.8Co0.2TiO3 多铁薄膜的

磁电耦合效应也随着氧空位的增多而减弱。

发表文章：

Hanqing Zhao, Jiaou Wang, Linxing Zhang, Yangchun Rong, Jun Chen, Kurash Ibrahim and

Xianran Xing*, Effects of oxygen vacancy on the electronic structure and multiferroics in sol–gel

derived Pb0.8Co0.2TiO3 thin films, Dalton Trans., 2013, 42, 10358.


11

PDP 用荧光粉 KBaY(BO3)2: Tb3+的基质敏化研究

目前，在平板显示领域，PDP 的色彩再现能力、色彩饱和度、色域、响应时间上仍比

LCD 或者 LED具有优势，最近，随着人们对三维显示的要求，3D PDP 与其他 3D 显示相比，

独具超快的响应速度，因此备受关注。兰州大学功能与环境材料研究所开发的新型 PDP 用荧

光粉 KBaY(BO3)2: Tb3+，具有优良的真空紫外发光性质，该成果发表在 2012 年 11 月 16 日的

《Journal of Alloys and Compounds》上。

该研究组开发的这种新型材料，发光性能以及热稳定性能良好，与目前商用的 PDP 荧光

粉 Zn2SiO4:Mn2+

(P1-G1S)相比，在 172 nm 处有更强的吸收，绿光发射积分强度达到商用粉的

76.1%，并且具有更短的衰减时间，这对 3D PDP 的应用是至关重要的。一般来说，在真空紫

外 VUV 激发下，大部分的入射光子是被基质吸收，电子从价带跃迁到导带，随后产生自俘获

激子（STEs）或者是自由的电子空穴对。若基质对 VUV 光子能够有较强吸收，产生的自俘获

激子那部分发射与激活剂的激发有重叠，那么他们之间就能发生有效能量传递

（Forster−Dexter 理论）。研究组发现，KBaY(BO3)2 中的 BO33-基团在真空紫外区(150-200 nm)

有较强的吸收，并且 BO33-基团对 Tb

3+的发光具有敏化作用，使得 KBaY(BO3)2: Tb3+能够表现

出良好的真空紫外发光性质。

利用BSRF 4B8-真空紫外实验站的装置，测试出KBaY(BO3)2基质在 300-400nm左右显示出宽带发射，

这与Tb3+在225-350nm的 f-f跃迁吸收有一定的光谱重叠，为BO3

3-与Tb3+之间的能量传递效应提供了依据。

并且通过该敏化效应，Tb3+在 450-650nm 范围内的发射得到有效提高。通过该装置也获得了该新型材料与

商用粉激发发射光谱的比较结果，证明该材料在 PDP，尤其是 3D PDP 方面具有潜在应用价值。

这项研究为开发新型真空紫外发光材料提供了科学的线索，同时也为理解基质敏化的理

论提供了科学的依据。在此次研究工作中，同步辐射真空紫外站为该研究组研究新材料的荧

光性质提供了有力的证据。

发表文章：

Lili Han, Yuhua Wang*, Yanzhao Wang, Jia Zhang,Ye Tao, Journal of Alloys and Compounds

551 (2013) 485–489.



12

Eu2+掺杂的硅酸盐真空紫外发光材料研究

Eu2+离子在复合氧化物中的最低 5d 轨道一般低于其 4f

7 6PJ 能级，常表现为宇称允许的

5d-4f 跃迁发射。因 5d 轨道易受配位环境的影响，Eu2+离子的发光在整个可见光区可调，这使

得 Eu2+掺杂的荧光粉在照明显示等方面有重要的应用。在复合氧化物基质中，很多稀土离子

的 5d 高激发态能级大都位于或者接近真空紫外区域，研究材料在真空紫外区的发光性质有助

于我们全面了解这些稀土离子的 5d 高激发态能级。因而研究稀土发光材料的真空紫外光谱，

有助于发现新的高性能荧光粉。中山大学梁宏斌教授课题组对 Eu2+离子掺杂的硅酸盐真空紫

外发光材料进行了系统的研究, 相关的研究成果发表在 2013 年《Journal of Materials Chemistry

C》上，其中一篇被评为 2013 年度的 Hot Article。

该课题组发现 Eu2+在 BaCa2MgSi2O8 基质中占据两种不同的阳离子格位，研究了不同格位

Eu2+离子的发光性质，证明了 Eu

2+离子之间的能量传递，确定了 Eu2+离子的能级，发现在真

空紫外和紫外光激发下，该荧光粉有较强的发光。

利用北京同步辐射装置(BSRF)测定的样品在真空紫外-紫外(VUV-UV)光激发下样品的发光光谱及发光像。

Eu2+在 Sr8(Si4O12)Cl8 基质中有强的青光发射，荧光衰减快(~ 0.9 µs)，色坐标为(0.136,

0.298),与三基色荧光粉联用可以扩大显示色域。因此，在 3D-PDP 中宽色域 3D 显示方面有较

好的应用前景。


13

利用北京同步辐射装置(BSRF)测得的 SSOC-Eu2+样品在 VUV-vis 区的激发发射光谱及与参比商品发光

材料的比较和扩大色域示意图。

发表文章：

1. Dejian Hou, Chunmeng Liu, Xuemei Ding, Xiaojun Kuang, Hongbin Liang,* Shuaishuai

Sun,b Yan Huang and Ye Tao, A high efficiency blue phosphor BaCa2MgSi2O8:Eu

2+ under VUV

and UV excitation. Journal of Materials Chemistry C, 2013, 1, 493-499.

2. Chunmeng Liu, Su Zhang, Zhiyu Liu, Hongbin Liang, * Shuaishuai Sun, and Ye Tao. A

potential cyan-emitting phosphor Sr8(Si4O12)Cl8:Eu2+

for wide color gamut 3D-PDP and 3D-FED.

Journal of Materials Chemistry C, 2013, 1, 1305-1308. (Hot Article for 2013)



14

单向抑制“氢气氧化反应”新型共催化剂材料

氢能作为一种清洁能源，具备热值高、不污染环境、可直接实现从化学能到电能的转换等

优点。以水为原料，太阳能作为能量来源的太阳能光分解水制备氢气是目前各国科学家共同关

心的研究领域。在光解水制氢中，金属铂一直被视为最有效的共催化剂之一，然而，其同样会

高效催化氢气的氧化反应，这一逆反应限制了催化剂光能转换效率的提升。华东理工大学材料

科学与工程学院新型清洁能源材料研究室杨化桂教授团队开发出一种新型共催化剂材料——

一氧化铂团簇，其不仅能有效地抑制氢气氧化反应，同时维持了高效的太阳能光解水制氢性能，

相关的研究结果在线发表在 2013 年 9 月 17 日《Nature Communications》上。

该团队利用高分子配体作为形貌控制剂，通过硼氢化钠溶液将贵金属铂从前驱体溶液中还

原并负载在基底光催化剂材料表面。通过氢气氧化反应和光解水制氢等相关性能检测，发现该

共催化剂不仅有效抑制氢气的氧化过程，同时具备高效稳定催化氢气释放的能力。但由于共催

化剂的粒径较小，使用 X 射线衍射（XRD）以及扫描透射电镜(STEM)等表征方法均不能有效

解析其微观结构，对进一步阐明该共催化剂在控制氢气反应方向中的结构-活性关系造成了一

定的困难。

图 1 通过北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS 实验站获得的 Pt-L3 边 X 射线吸收谱。(a)：Pt 的 L3

边 XANES 谱；(b)：与(a)图中对应的 R 空间的 EXAFS 信号。

同步辐射 X 射线吸收精细结构谱（XAFS）具有非常高的元素选择性，能鉴别和判定材料

中贵金属原子层面的结构信息，从原子水平揭示贵金属原子的第一近邻原子和外界环境。因此，

该团队通过北京同步辐射装置 1W1B-XAFS 实验站，采用 XAFS 技术对该共催化剂的微观结构

进行了解析，通过对实验谱进行计算模拟，成功证明了这一新型共催化剂的组成为一氧化铂。

随后，在第一性原理计算及相关热力学分析的辅助上，阐明了其单向抑制氢气氧化过程的作用

机理，最终在国际上首次提出了这一具有控制氢气反应方向能力的新型共催化剂材料，为光解

水领域产氢共催化剂增加了新的一员。


15

该研究成果为进一步提升高效催化剂的光解水性能提供了可能性，将 XAFS 实验技术与理

论计算有机结合，阐明了一氧化铂共催化剂控制氢气反应方向的特殊能力，具有重要的科学意

义。这一发现不仅为相关催化产氢机理提供了重要探索途径，也为光电催化反应、水煤气反应、

燃料电池等相关清洁能源领域的发展提供了重要的理论依据及应用基础，在解决能源危机和环

境污染问题方面起到促进作用。

发表文章：

Yu Hang Li, Jun Xing, Zong Jia Chen, Zhen Li, Feng Tian, Li Rong Zheng, Hai Feng Wang*, P.

Hu, Hui Jun Zhao, and Hua Gui Yang*.Unidirectional suppression of hydrogen oxidation on

oxidized platinum cluster, Nat. Commun., 4, 2500, 2013.



16

高分散 Ni 金属纳米催化剂的制备及对 CO2甲烷化催化性能研究

金属纳米催化剂广泛应用于诸多重要的多相催化过程中，其结构、组成、粒径、形貌的

调控对增强催化活性与选择性至关重要。但与此同时，由于纳米粒子自身易团聚、高温烧结

等特性的影响，导致其快速失活，影响服役寿命。因此，如何获得兼具高活性、高稳定性的

金属纳米催化剂仍然是一个非常重要且具有挑战性的课题。

Layered Double Hydroxides（LDHs）是一类经典的二维阴离子层状粘土材料，其最为重要

的结构特征是 LDHs 层板中的 M2+和 M

3+金属阳离子有序、均一分散。基于此特点，北京化工

大学段雪教授、卫敏教授课题组，采用 LDHs 多级前体，通过原位还原过程，获得了锚定于

多级结构 Al2O3 基底上的高分散、高稳定的 Ni 金属纳米催化剂；揭示了 Ni 表面丰富空位团的

存在，并作为催化活性位显著增强了 Ni 纳米催化剂对 CO2 甲烷化的低温催化活性（300 C，

CO2 转化率 99%；CH4选择性大于 99%）。该工作已发表在 Chem. Mater. 2013, 25, 1040。

同步辐射扩展 X 射线吸收精细结构光谱（EXAFS）表征技术被用来揭示 Ni 原子的配位环

境（图 1），研究 Ni 空位团与催化活性之间的联系。表 1 为各样品 EXAFS 表征的拟合数据，

可以看出 Ni/H−Al2O3(400)具有最高的 Ni−Ni 配位不饱和度，与 PAS 表征结果一致，从而证明

该催化材料的活性中心位于缺陷位处的低配位原子。因此，Ni/H−Al2O3(400)所具有的丰富表

面空位团，显著增强了其对 CO2 甲烷化低温催化活性。

通过与北京同步辐射装置的合作，利用同步辐射实验技术就高分散 Ni 金属纳米催化剂的

原子配位环境进行研究，揭示了材料的活性位结构（电子结构和缺陷结构）与其催化性能的关

联，为高性能金属纳米催化剂的设计与制备提供了一定理论依据。

图 1 Ni foil, Ni/Al2O3, Ni/H−Al2O3(500), Ni/H−Al2O3(400)的 EXAFS 光谱的傅里叶变换谱图。

�

� 2013 年度科研 Highlights——材料科学�

17

表 1 Ni 箔片, Ni/Al2O3, Ni/H−Al2O3(500), Ni/H−Al2O3(400)的 EXAFS 拟合数据

样品 N（配位数） R(Å)（键长）

Ni 箔片

Ni/Al2O3

Ni/H−Al2O3(500)

Ni/H−Al2O3(400)

12

11.1

8.5

7.3

2.50

2.49

2.49

2.49

发表文章：

Shan He, Changming Li, Hao Chen, Dang Sheng Su, Bingsen Zhang, Xingzhong Cao, Baoyi

Wang, Min Wei,* David G. Evans, Xue Duan, A surface-defect-promoted Ni nanocatalyst with

simultaneously-enhanced activity and stability, Chem. Mater. 2013, 25, 1040.



18

ZnTi-LDHs 纳米片的制备及其可见光抗菌性能研究

目前，寻找新型光催化剂以更好利用太阳能，对于能源利用、环境保护具有重要意义。

TiO2 基材料是应用最为广泛的光催化材料，但是其大的禁带宽度（3.2 eV）仅对紫外光有响

应，无法利用可见光。人们通过各种方法引入 Ti3+缺陷位，以降低 TiO2 基材料的带隙：高温

真空热处理、化学气相沉积、高能量粒子轰击等。但是，这些方法一般需要繁琐、苛刻的合

成条件，以及昂贵的设备等，限制了实际应用。因此，发展新方法、新技术以获得具有可见

光响应的催化剂仍然是一个很大的挑战。

北京化工大学段雪教授、卫敏教授课题组与牛津大学Dermot O’Hare教授课题组合作，采

用反相微乳液方法，制备了 Ti3+掺杂的 ZnTi 水滑石纳米片（ZnTi-LDH-NS），在可见光照射

下显示了很好的抗菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌）性能。采用 EXAFS、XPS 和 PL

证实了 LDHs 纳米片表面的 Ti3+缺陷位作为光生电子的受限位降低了电子空穴的复合几率。

该 LDHs 纳米片与纳米粒子（ZnTi-LDH-Bulk）相比，吸收光谱明显红移，有效拓展了可见光

的利用率。该 Ti3+活性位掺杂的可见光型 LDHs 催化剂在太阳能利用以及杀菌方面具有潜在的

应用价值。相关工作发表于国际期刊 J. Mater. Chem. B 2013, 1, 5988。

图 1 (a) rutile TiO2, (b) ZnTi-LDH-Bulk, (c) ZnTi-LDH-NS 的 Ti K 边的 XANES 结果(A)以及其 k2 傅里叶

变换结果(B)。

采用 X 射线近边吸收谱学（XANES）对几种含 Ti 化合物（rutile TiO2, ZnTi-LDH-Bulk,

ZnTi-LDH-NS）的 Ti K 边进行了表征，如图 1A 所示。ZnTi-LDH-NS 的 K 边最大吸收峰在

4985 eV，相比 ZnTi-LDH-Bulk 和 rutile TiO2 的峰值（4987 eV）降低了 2 eV，说明

ZnTi-LDH-NS 的 Ti 物种存在一种低氧化态的状态（Tid+

, 3<d<4）。采用 XPS 技术进一步得到

了证实。傅里叶变换的 Ti K 边 EXAFS（图 1B）以及对应的 Ti 配位信息显示了 ZnTi-LDH-NS


19

中 Ti 的八面体配位扭曲度更大，结构无序度增加。

通过与北京同步辐射装置的合作，对 LDHs 光催化剂的微观结构进行了系统表征，深入

揭示了材料的缺陷结构与可见光响应行为的内在关联。该手段是研究者深入认识纳米材料配

位环境和缺陷结构的必要技术。

发表文章：

Yufei Zhao, Chengle J. Wang, Wa Gao, Qiang Wang, Bei Li, Lirong Zheng, Min Wei,* David G.

Evans, Xue Duan, Dermot O’Hare*, Synthesis and antimicrobial activity of ZnTi–layered double

hydroxide nanosheets, J. Mater. Chem. B, 2013, 1, 5988.



20

用于光解水的表面碳覆盖的氧化铁纳米结构研究

随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能的利用因其清洁、安全、便利等

特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。α-Fe2O3 目前正在成为新型光解水

材料的研究热点之一。α-Fe2O3 具有很多优点，它在水环境中具有很好的稳定性，它的带隙

合适（2.0-2.2 eV），根据理论计算这个带隙宽度可以将 16.8%的太阳光转化为氢气（作为对比，

具有 2.6 eV 带隙的 WO3 转化为氢气的最高效率仅为 8%）。此外，氧化铁材料具有一个最大

的优势：原材料常见且便宜。氧化铁由氧和铁这两种非常常见的元素组成，铁是地壳中含量

第四丰富的元素（重量比为 6.3%），这种元素非常容易被氧化成氧化铁，地面上经常看到的

裸露的红色岩石很多就是因为含有氧化铁。氧化铁的含量非常丰富，可以大大降低光解水过

程中原材料的成本。正是由于氧化铁具有的多种优势，这几年作为潜在的优质光解水材料得

到了大量的关注。但是，在氧化铁具备多种优势的同时，也存在不少的缺点，使其在现阶段

还不能投入到大规模的商业应用中。

目前对氧化铁材料进行处理提高效率的方法有很多，有目的的控制氧化铁材料形貌的生

长、掺杂、表面修饰提高其导电性等是几种常用的办法。在此过程中氧化铁的电子结构会发

生变化，由于氧化铁光解水的过程发生在表界面，往往部分区域电子结构的调控能带来效率

的极大提高。同步辐射软 X 射线吸收谱非常适用于研究氧的 K 边和过渡金属 L 边的电子结构

变化，能够精确的给出同一材料中各种元素的存在形态以及相互作用，通过分析其谱峰结构

能够清晰的掌握其结构变化，是研究氧化铁光解水过程的有力工具。

苏州大学科研人员发展了一种简易的方法制备表面碳覆盖的氧化铁纳米结构。通过在坩

埚中热分解二茂铁将氧化铁纳米结构沉积在 FTO 玻璃上，由于坩埚中有限的空气量，二茂铁

中的碳不会完全燃烧，而是覆盖在纳米氧化铁上。这种表面覆盖碳的氧化铁纳米结构相比未

覆盖区域光解水的电流提高了 4 倍以上，达到了纯氧化铁材料光解水的一个高效率。实验通

过 TEM，XPS 等方法验证了表面碳层的存在，这种碳层使氧化铁纳米结构表面保持了一种低

氧化态，提高电荷密度，从而提高了表面层的导电性，进而提高氧化铁光解水效率。对这种

表面低氧化态的探测是在北京同步辐射装置软 X 射线实验站实现的。通过吸收谱我们可以看

到表面碳覆盖和未覆盖区域氧边有明显差别，碳覆盖区域氧边边前结构强度降低，对比参考

文献中氧化铁和四氧化三铁（氧化亚铁）的氧边谱发现这种碳覆盖区域的变化是由于有低价态

铁存在造成的。吸收谱实验验证了这种碳覆盖带来的氧化铁表面电子结构变化，从而很好的

解释了氧化铁光解水效率的提高机理。相关研究成果发表在 2013 年的《Energy &

Environmental Science》上。


21

表面碳覆盖的氧化铁纳米结构TEM图（上图）和利用北京同步辐射装置（BSRF）得到的

表面碳覆盖（CH）和未覆盖（EH）的氧化铁纳米结构吸收谱图（下图），结果清晰的展示了

表面碳覆盖后氧化铁纳米结构的电子结构变化，其呈现的低价态导致光解水效率提高。

发表文章：

Jiujun Deng, Xiaoxin Lv, Jing Gao, Aiwu Pu, Ming Li, Xuhui Sun* and Jun Zhong*, Facile

Synthesis of Carbon-coated Hematite Nanostructures for Solar Water Splitting, Energy &

Environmental Science 6 (2013), 1965-1970.



22

金纳米晶体表面硫醇配体吸附的动力学过程

分子在物质表面的吸附是自然界普遍发生的现象，在物理、化学、材料、生物等研究领

域是一种非常常见而且重要的过程。在纳米材料领域，了解配体吸附的动力学机制对于调控

纳米材料的性质和实际应用具有重要的意义，但由于方法的局限，此前对这一方面的研究仍

然甚少。中国科学技术大学国家同步辐射实验室韦世强教授研究组的孙治湖、姚涛副研究员

与北京同步辐射装置胡天斗、张静研究员合作，对金纳米晶表面配体吸附的动力学过程进行

了较深入的研究，相关研究成果发表在 2013 年 9 月 23 日的《Nanoscale》上。

该研究组在北京同步辐射装置（BSRF）1W1B 光束线，利用快速 X 射线吸收精细结构

（QXAFS）光谱技术，对直径约 3.3nm 的金纳米晶表面十二硫醇配体的吸附过程进行了原位

观测，获得了纳米晶表面配体覆盖率随时间的变化，并基于此提出了金纳米晶表面十二硫醇

配体的吸附过程。该过程包括快慢两个阶段：第一阶段为配体快速吸附在纳米晶的表面顶点

和棱位上，第二阶段对应于配体在纳米晶表面的晶面位置处的吸附，这是一个缓慢的过程，

可用 Langmuir 吸附动力学方程描述。

2 4 6 8 10 12 14

Au-RSH-200min

Au-RSH-140min

Au-RSH-120min

Au-RSH-100min

Au-RSH-90min

Au-RSH-60min

Au-RSH-40min

Au-RSH-20min

Au-RSH-10min

k(k

)

Au-RSH-0min

k (Å-1)

0 1 2 3 4 5 6

Au-RSH-0min

Au-RSH-10min

Au-RSH-20min

Au-RSH-40min

Au-RSH-60min

Au-RSH-90min

Au-RSH-100min

Au-RSH-120min

Au-RSH-140min

Au-RSH-200min

R (Å)

FT

(k

(k))

(a) (b)

Au-S

1st Au-Au shell

(c) (d)

2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.80

10

20

30

Per

centa

ge

(%)

diameter (nm)

d=3.3±0.3nm

2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.80

10

20

30

Per

centa

ge

(%)

diameter (nm)

d=3.3±0.2nm

0 50 100 150 200

0.0

0.4

0.8

1.2

Su

rfac

e C

ov

erag

e

t (min)

exp.data

fit

CN=5CN=6CN=8

CN=9CN=11

CN=6

CN=8

CN=9

CN=11

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Surf

ace

atom

num

ber

pro

tion

Coordination number

0( )

0 1( ) (1 )k t t

w t w w e

(f)(e)

corner

edge

facet

time

S atom

Facet atom

Corner and edge atom

Thiol ligand

(g)

硫醇吸附过程中：(a) 一次加权 k 空间与 (b) 二次加权 R 空间谱；(c) 硫醇加入前与(d) 硫醇加入 5h 后

的纳米金电镜图；


23

2 4 6 8 10 12 14

Au-RSH-200min

Au-RSH-140min

Au-RSH-120min

Au-RSH-100min

Au-RSH-90min

Au-RSH-60min

Au-RSH-40min

Au-RSH-20min

Au-RSH-10min

k(k

)

Au-RSH-0min

k (Å-1)

0 1 2 3 4 5 6

Au-RSH-0min

Au-RSH-10min

Au-RSH-20min

Au-RSH-40min

Au-RSH-60min

Au-RSH-90min

Au-RSH-100min

Au-RSH-120min

Au-RSH-140min

Au-RSH-200min

R (Å)

FT

(k

(k))

(a) (b)

Au-S

1st Au-Au shell

(c) (d)

2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.80

10

20

30

Per

centa

ge

(%)

diameter (nm)

d=3.3±0.3nm

2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.80

10

20

30

Per

centa

ge

(%)

diameter (nm)

d=3.3±0.2nm

0 50 100 150 200

0.0

0.4

0.8

1.2

Su

rfac

e C

ov

erag

e

t (min)

exp.data

fit

CN=5CN=6CN=8

CN=9CN=11

CN=6

CN=8

CN=9

CN=11

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Surf

ace

atom

num

ber

pro

tion

Coordination number

0( )

0 1( ) (1 )k t t

w t w w e

(f)(e)

corner

edge

facet

time

S atom

Facet atom

Corner and edge atom

Thiol ligand

(g)

硫醇吸附过程中：(e) 材料表面配体覆盖率与时间的关系以及拟合得到的曲线；(f) 3.3 nm尺寸金纳米颗

粒的模型图以及各集合位置原子的统计结果；(g) 配体在纳米材料表面不同位置吸附示意图。

这项研究首次利用同步辐射 XAFS 方法从实验上揭示了金纳米晶表面配体的吸附过程，

并定量描述了纳米晶的原子结构在配体吸附过程中的变化，对于指导金纳米材料的性质调控

及应用提供了理论支持。在此研究中，同步辐射 XAFS 在快扫模式下具有分钟量级的时间分

辨率，对于原位实时监控配体吸附过程中纳米晶的结构变化起到了关键作用。

发表文章：

Hao Cheng†, Lina Yang†, Yong Jiang, Yuanyuan Huang,

Zhihu Sun,* Jing Zhang,

Tiandou Hu,

Zhiyun Pan, Guoqiang Pan, Tao Yao,* Qing Bian and Shiqiang Wei. Adsorption Kinetic Process

of Thiol Ligands on Gold Nanocrystals. Nanoscale, 2013, 5, 11795-11800.



24

效率为 4%的苝二酰亚胺基非富勒烯有机太阳能电池

有机光电转换材料包括给体和受体材料，目前，在有机太阳电池中，广泛使用的受体材

料是富勒烯衍生物——PC61BM 和 PC71BM。以 PCBM 为受体，通过设计给体材料、加工工

艺和器件结构，有机太阳电池的效率已提高到了 10%左右。与给体材料的设计同步，科学家

也非常希望能够用有机受体材料取代 PCBM，有机受体材料可否取代 PCBM？近几十年来，

这个问题没有得到回答，因为，没有高效率的有机受体材料出现，基于有机受体材料的非富

勒烯基有机太阳电池的效率仅为 2%左右。

苝二酰亚胺（PDI）是传统的 n-型有机半导体材料，具有优异的光电性能。传统的 PDI 衍

生物有非常强的聚集倾向，形成尺寸大小大大超过激子扩散长度(5-20 nm)的聚集体，这限制

了 PDI 衍生物在光伏领域的应用。中科院化学所的研究人员在发现了 PDI 腰位溴代反应的取

代基定位效应（Tetrahedron, 2013, 69 (38), 8155-8160 和 Tetrahedron Lett., 2012, 53 (9),

1094-1097）后，用一个桥联芳香单元将两个 PDI 单元通过其腰位共价偶联，并在 PDI 单元的

另一侧腰位上引入亲水侧链，合成得到了一系列溶液可加工的 PDI 二聚体基小分子受体材

料。由于分子骨架上共价偶联的芳香单元间的空间位阻效应，二聚体分子形成扭曲构型。延

长成膜时间，有助于二聚体分子通过立体匹配方式，形成有利于电子传输的有序堆积结构

（Polym. Chem., 2013, 4 (17), 4631- 4638）。以聚合物 BDTTT-C-T 为给体材料，通过单体与二

聚体的对比研究，证实了扭曲构型可以有效地减弱分子的聚集倾向，改善与给体材料的相容

性，得到了 4.03%的高效率，这一结果首次将非富勒烯基有机太阳电池的效率提高到 4%以

上，说明结合有机受体材料的分子结构设计和给受体材料组合的优势，有机受体材料是很有

可能取代 PCBM 的，相关结果发表在 Adv. Mater., 2013, 25 (40), 57915797 上。

利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1A-漫散射实验站的GIXRD实验技术，他们获得了与

材料分子在活性层中的取向和排列方式密切相关的微观结构信息：在活性层中，给体和受体

分子均采取面内和面外的取向方式，其中，面外取向的分子排列方式有助于载流子沿垂直于

2013年度科研 Highlights——化学化工

25

电极表面的方式传输，有助于光电流的产生。这些结构信息有助于深入理解材料的结构与性

能关系。

因为材料分子在光伏薄膜中的取向和排列方式不仅与材料的分子结构密切相关，更重要

的是它们在很大程度上决定了材料的光电转换效率。随着分子结构的改变，同步辐射所给出

的信息包含了材料分子取向和排列方式的改变，更强的同步辐射光束并准确地解析这些信息

必定有助于我们准确地关联纳米结构与分子结构及器件性能。

发表文章：

Xin Zhang, Zhenhuan Lu, Long Ye, Chuanlang Zhan*, Jianhui Hou*, Shaoqing Zhang, Bo Jiang,

Yan Zhao, Jianhua Huang, Shanlin Zhang, Yang Liu, Qiang Shi, Yunqi Liu and Jiannian Yao*, A

Potential Perylene Diimide Dimer Based Acceptor Material for Highly Efficient

Solution-Processed Non-Fullerene Organic Solar Cells with 4.03% Efficiency, Adv. Mater. 2013,

25 (40), 57915797.



26

基于喹吖啶酮和苯并噻二唑单元的聚合物的合成及其在场效应晶体管中的应用

有机聚合物应用于场效应晶体管具有低成本、易成膜、可与柔性衬底兼容、适合低温加

工等优点，但是聚合物链结晶性较差，缺乏长程有序，因而不利于聚合物晶体管迁移率的提

高，从而限制了这类器件的商业化应用。为了解决这一难题，近年来大量刚性的 π 共轭单元

被开发并用于聚合物的合成，迁移率得到了明显提高。其中具有给受体交替结构的聚合物得

到广泛关注，因为这类聚合物中给受体单元之间的相互作用使得聚合物链间堆积更加紧密，

从而有利于载流子的传输。然而，关于共轭骨架上链的修饰对聚合物链整体堆积的影响的研

究并不多见。

中科院化学所的研究人员以喹吖啶酮为给体单元、苯并噻二唑为受体单元合成了两种聚合

物，其中喹吖啶酮被首次制备成硼酸酯并用于给受体型聚合物的合成。这两个聚合物的差别

在于其中一个聚合物的受体单元苯并噻二唑上连接了烷氧链。烷氧链的引入对聚合物的光化

学、光物理性质都有明显影响。高斯计算结果也表明引入烷氧链之后聚合物的平面性有很大

改善，原子力显微镜证实聚合物薄膜的表面形貌也有较大差别。进一步，通过北京同步辐射

装置 1W1A-漫散射实验站的掠入射 X 射线衍射实验对聚合物薄膜的分子堆积进行深入研究，

发现引入烷氧链之后，聚合物的结晶性明显提高，具有 face-on 和 edge-on 两种构型，计算得

到聚合物链间距离为 21.5 Å，π-π 间距为 4.0 Å，制备的场效应晶体管迁移率高达 0.30

cm2·V

−1·s

−1，而不含有烷氧链的聚合物薄膜则呈现无定型结构，导致其迁移率只有 5.77×10-3

cm2·V

−1·s

−1。

图 1 聚合物的结构以及输出曲线


27

图 2 （a）表示两种聚合物面外的衍射，图（b）表示两种聚合物面内的衍射，图（c）、(d)分别表示两

种聚合物薄膜的内部堆积示意图。

该研究结果表明，除了聚合物共轭骨架本身的研究之外，共轭骨架上烷基链的修饰对器

件的性能也有很大影响。由于制备器件的聚合物薄膜厚度只有 20-50 nm，因而普通的 XRD 手

段很难探测到聚合物薄膜的微观结构，北京同步辐射的小角 X 射线衍射实验站为这类研究提

供了便利，下一步将利用变温实验探究共轭聚合物链的运动情况以及结晶性的变化过程。

发表文章：

Donor–acceptor copolymers containing quinacridone and benzothiadiazole for thin film

transistors, Hui Li, Chunling Gu, Lang Jiang, Lang Wei, Wenping Hu* and Hongbing Fu*, J.

Mater. Chem. C, 2013, 1, 2021-2027.



28

含乙烯桥连的 NDI 聚合物的双极性场效应性能研究

近年来，溶液法加工聚合物场效应晶体管材料取得了重大进展，特别是利用单极性 (p-

型或 n-型) 聚合物半导体材料构造了许多高性能、空气稳定的聚合物场效应晶体管器件。另

外，通过集成两种不同的 p-型和 n-型聚合物半导体材料，开发了一些高性能的倒向器。然

而，这类倒向器制备过程相对繁琐，对加工设备和技术要求高。为了简化器件构造步骤，开

发双极性聚合物半导体材料是解决这一问题的有效方法。中国科学院化学研究所的于贵研究

组选用 (E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯)噻吩 (TVT) 为电子给体单元和萘酰亚胺（NDI）为电子受

体，设计合成了一类乙烯桥连的 D–A 型聚合物 PNVTs，并对其场效应晶体管特性进入了深

入的研究，相关的研究成果发表在 2013 年 9 月 5 日的《Chemistry of Materials》上。

该研究组研究发现，与同文献报道的聚合物 P(NDI2OD-T2) 相比，基于PNVT-8和

PNVT-10薄膜构造的三种结构的OFET器件的电子迁移率都比 P(NDI2OD-T2) 的高出 3~5

倍，同时还获得0.10~0.30 cm2/V

1 s1的空穴迁移率。值得一提的是：在湿度为 20~40% 的空

气中，PNVT-8和PNVT-10 顶栅薄膜晶体管器件表现出空气稳定的双极性传输特征，其最高

电子和空穴迁移率分别达1.57 和0.30 cm2/V

1 s1。这些结果展示了聚合物 PNVTs 在柔性电

子电路中的应用潜力。


29

Substrates

P(NDI2OD-T2) PNVT-8 PNVT-10

peak 2 (°) d-spacing

(Å) 2 (°)

d-spacin

g (Å) 2 (°)

d-spacin

g (Å)

Silicon (100) 3.70 23.85 3.85 22.92 3.36 26.26

(010) 22.80 3.90 23.40 3.80 23.10 3.85

Glass (100) 3.70 23.85 3.91 22.57 3.45 25.58

(010) 22.80 3.90 23.35 3.81 23.50 3.78

利用北京同步辐射装置1W1A-漫散射实验站的GIXRD分别获得三种材料薄膜的微观分子排列情况。通

过对比含相同烷基链取代的聚合物PNVT-8 和P(NDI2OD-T2) 可以发现，层状堆积结构的 (l00) 衍射峰清

晰看见，其中 (100) 衍射峰的 2 角分别为 3.85和 3.7o，对应的层间距 d-d 分别是22.92和23.85 Å，更小

的层间距表明乙烯双键的引入有效地加强了PNVT-8的骨架堆积。从面外模式的GIXRD数据分析得知：聚

合物 PNVT-8，PNVT-10 和 P(NDI2OD-T2) 薄膜的 (010) 衍射峰分别出现在23.4、23.1和22.8o处，相对

应的 π-π 堆积距离分别为 3.80、3.85和3.90 Å。更小的- 间的距离显示着更强的分子间的作用力。

我们成功合成了 PNVTs 系列聚合物，并取得了优异的双极性场效应特性。结果展示了聚

合物 PNVTs 在柔性电子电路中的应用潜力。同步辐射光源帮助该研究组准确解释了该系列

材料具备优异特性的内在原因。中国科学院化学研究所的于贵教授这样描述他们的工作：

“同步辐射源的 GIXRD 装置是我们获得优秀成果的重要手段，也是目前国际使用的统一标

准，更好的同步辐射光束线将必定会更有助于分析那些具有优异场效应特性薄膜的微观结构

和分子排列”。

发表文章：

Huajie Chen, Yunlong Guo, Zupan Mao, Gui Yu,* Jianyao Huang, Yan Zhao, and Yunqi Liu*,

Naphthalenediimide-Based Copolymers Incorporating Vinyl-Linkages for High-Performance

Ambipolar Field-Effect Transistors and Complementary-Like Inverters under Air. Chemistry of

Materials 2013,25, 3589–3596.



30

结晶高分子材料微纤化的微观机理

高分子材料最广泛的用途是用于结构材料，其在受到外力作用下的形变及破坏行为是

决定材料能否长期有效服役的关键因素。相比于其它材料，高分子材料因其特定的长链缠

结结构及加工成形中过程形成的非平衡取向结构而展现出复杂的外力依赖行为。特别是多

数高分子材料还具有半结晶结构，厚度远小于分子链长的片晶叠层中间充满了高度缠结的

分子网络，还存在很多联接相邻片晶的系带分子（tie molecules），结晶高分子材料的使用

温度通常在片晶的熔点与非晶区的玻璃化温度之间，也就是说制品在服役过程中呈现硬的

结晶相与软的非晶缠结网络的复合结构，这些复杂的结构特征使得学术界对结晶高分子材

料形变机理的认识一直存在很多争议。从结构上看，高分子材料的拉伸形变导致材料内部

的微观结构从各项同性的球晶结构转变为分子链沿拉伸方向取向的纤维晶结构，这一过程

也被称为微纤化过程。因此，认识高分子材料拉伸形变的机理就是厘清微纤化过程的微观

机制。文献中对这一微纤化过程有两种截然不同的看法：一是认为微纤化是藉由片晶间、

片晶内及晶面间的滑移过程来完成的；第二种观点认为这一微纤化过程是通过应力诱导的

原始片晶熔融再沿拉伸方向重结晶实现的。

利用北京同步辐射装置（BSRF）获得的聚 1-丁烯在高温形变过程中的 2D WAXD 演化过程。先在 30oC

预拉伸至一定应变处，少量的晶型 II 完全转变为稳定态的晶型 I，然后在 115oC 拉伸，亚稳态的晶型 II 沿

拉伸方向重新出现。

为验证这一过程中的应力诱导的原始晶块熔融及重结晶过程。长春应用化学所的研究组

选择具有多种晶型结构的聚丁烯-1作为研究对象，在北京同步辐射装置4B9A衍射站开展了原

位广角衍射研究。聚丁烯-1 通常从熔体结晶生成亚稳的晶型 II，晶型 II 然后会逐渐通过固－

固相转变成为稳定的晶型 I，在转变过程中分子链从 11/3 螺旋变为 3/1 螺旋，也就是沿分子链

方向伸展大约 14%。通过在相对高温的条件下(低于熔点)，拉伸具有稳定晶型 I 的聚丁烯-1 样


31

品，该研究组发现在过程中生成大量的不稳晶型 II，因为晶型 I到晶型 II不能通过固－固相转

变完成，所以这一实验结果为拉伸过程中发生应力诱导的熔融-重结晶机理提供了的直接证

据。相关的研究成果发表在 2013 年 1 月 22 日出版的《Macromolecules》上。

发表文章：

Yaotao Wang, Zhiyong Jiang, Zhonghua Wu,and Yongfeng Men*, Tensile Deformation of

Polybutene‑1 with Stable Form I at ElevatedTemperature, Macromolecules, 46 (2013), 518-522.



32

结晶高分子拉伸塑性形变的三相模型

占高分子材料总产量三分之二的结晶性高分子材料广泛应用于输油、水及气的管道、各

种存储罐、电子及汽车工业配件、包装薄膜等领域。所有这些实际应用都不可避免地涉及到

制品在受到外力作用下的形变及破坏行为。深刻认识结晶高分子材料在外力作用下的形变机

理不仅具有重要的学术价值，也是决定材料能否长期有效服役的关键因素。在对一系列结晶

高分子的拉伸应力－应变及回复行为的研究中发现，通常结晶高分子在拉伸形变过程中可以

看成是由相互关联的片晶构成的硬网络与缠结的非晶区构成的软网络组成的互穿的网络结构

（Men, Rieger&Strobl PRL 2003, 91, 095502）。这一两相模型很好地解释了结晶高分子拉伸形

变过程中地弹性行为及响应地结构演化过程。

长春应化所门永锋课题组在试图将此模型推广到结晶度比较低的样品时发现，此时样品

中晶区间的关联不再强到可以被看成一个均匀的网络。在一个乙烯-己烯共聚物中，叠层片晶

组间的关联不再强烈，所以整个体系不能被看成是两相，而是由三相构成：晶相、片晶之间

的无定形相和叠层片晶组之间的无定形相。（见下图）叠层片晶组间较低的耦合作用导致样品

在拉伸过程中应变的不再均匀分布，因此，此样品相比较其他聚乙烯样品而言具有较大的临

界微纤化应变点。其宏观形变回复行为和利用北京同步辐射装置 1W2A-小角散射实验站收集

的小角 X 射线散射实验结果获得的微观结构演化具有高度的一致性。这一用来理解结晶高分

子体系力学形变行为的三相模型在处理高结晶度样品时自动简化为目前广为采用的两相模

型。相关的研究成果发表在 2013 年 2 月 1 日出版的《Macromolecules》上。

结晶高分子材料内部结构示意图。左：两相模型（其中构成球晶的片晶相互交叉耦合形成硬网络）；

右：三相模型（叠层片晶间的无序区域使得片晶组间的耦合作用减小，从而构成第三相最先响应外加应

力）；图中非晶缠结结构作为连续背景没有特别画出。

发表文章：

YingyingSun, LianlianFu, Zhonghua Wu, and Yongfeng Men*, Structural Evolution of

Ethylene−Octene Copolymers uponStretching and Unloading, Macromolecules, 46 (2013),

971-976.


33

镍-铟金属间化合物的合成及其对不饱和烯醛选择加氢性能的研究

在精细化工生产中，α,β-不饱和醛选择性加氢制备不饱和醇是一个非常重要的反应，其中

催化剂的选择性是关键问题。近期研究表明，贵金属与主族元素形成的金属间化合物（如

PdGa）表现出非常好的加氢选择性。但是，由于贵金属价格昂贵，如何获得新型、价廉、高

选择性的非贵金属催化剂，依然是一个很大的挑战。

水滑石（LDHs）材料为组成、结构可调的双金属氢氧化物，经拓扑转变过程可获得相应

的负载型金属催化剂。北京化工大学段雪教授、卫敏教授课题组，采用 LDHs 途径合成了负

载型非贵金属金属间化合物。首先制备了不同比例的 NixIny-LDHs，经氢气还原后得到相应比

例的 NixIny 金属间化合物。进一步引入 Al 或 Mg 元素作为惰性分散剂，合成 NixAlyInz-LDHs

或NixMgyInz-LDHs三元LDHs前体，控制还原条件获得了高分散负载型NixIny金属间化合物。

催化性能测试表明 NixIny 金属间化合物表现出优异的糠醛加氢选择性。随着 Ni/In 比例的升

高，催化剂活性降低，但选择性进一步增强，其中 Ni2In/Al2O3 样品表现出最佳催化性能

（110 °C，2 h，收率 99%），无论是催化剂成本还是催化性能，均优于文献报道。相关工作

发表于国际期刊 Chem. Mater., 2013, 25, 3888。

X Ray Absorption Fine Structure (XAFS)深入揭示了 NixIny 金属间化合物催化剂的几何和电

子效应，揭示了催化剂的构效关系（图 1）。其中，X 射线吸收近边结构（XANES，图 1-A）

表明 NixIny金属间化合物更接近与金属 Ni 的性质；其 K 边相对于 Ni 箔向低能方向位移，说明

在金属间化合物中，电子可能由 In 转移到 Ni 原子上。拓展 X 射线吸收精细结构（EXAFS，

图 1-B）进一步表明 Ni 与 In 形成了强的化学键作用。结合 DFT 理论计算，证实 NiIn 间电子

相互作用、In 原子对 Ni 原子的分割效应增强了该催化剂对烯醛中 C=O 双键加氢的能力。

图 1 NixIny 金属间化合物的 Ni K-edge XANES 光谱（A）以及 k3-weighted EXAFS 光谱（B）。Ni 箔和

块状 NiO 作为对照样品。



34

通过与北京同步辐射装置的合作，利用同步辐射实验技术就 NixIny 金属间化合物的微观

结构进行了系统研究，揭示了材料的电子结构/几何结构与其催化性能的关联，为深入理解金

属间化合物催化剂的构效关系提供了扎实的结构基础。

发表文章：

Changming Li, Yudi Chen, Shitong Zhang, Siming Xu, Junyao Zhou, Fei Wang, Min Wei,* David

G. Evans, Xue Duan, Ni-In intermetallic nanocrystals as efficient catalysts toward unsaturated

aldehydes hydrogenation, Chem. Mater., 2013, 25, 3888.


35

植物甾醇表面活性剂在酰胺溶剂中的聚集行为

植物甾醇聚氧乙烯醚类表面活性剂(BPS-n, n 为氧乙烯的个数)具有独特的两亲结构----刚

性较强、体积较大的甾核为疏水部分；聚氧乙烯链为亲水头基。溶剂是有序分子聚集体形成

的媒介，巧妙地选择溶剂，可很好地调控聚集体结构。溶剂的极性、内聚性能和自身的有序

结构都是影响聚集行为的重要因素。山东大学胶体与界面化学重点实验室陈晓课题组以不同

结构酰胺类分子作为有机溶剂，利用北京同步辐射装置小角 X 射线散射技术深入研究了溶剂

结构对 BPS-10 表面活性剂聚集行为的影响，相关结果发表在 2013 年 9 月 3 日的《Langmuir》

上。

该研究组发现甲基取代甲酰胺后，使其由质子化向非质子化溶剂转变，溶剂形成氢键的

能力下降，结构的有序性降低。表面活性剂在其中的疏溶剂作用降低，不易形成溶致液晶

相。通过Gordon参数等进一步证明：甲基取代后，溶剂对聚集行为的驱动力降低，BPS-10形

成溶致液晶的浓度范围变小。

利用北京同步辐射装置（BSRF）小角X射线散射实验站对较低BPS-10浓度时形成透明、

流动性较好的各向同性溶液进行表征，进一步研究溶剂结构对聚集体结构的影响，发现在FA

中存在一个散射峰，推断体系应形成胶束；但NMF和DMF体系有较大区别, 没有散射峰的存

在，不为胶束相。

结合高浓度区相行为，发现在质子化溶剂 FA 和 NMF 中，体系的相变规律为

L1→H1→V1→Lα；而在非质子溶剂DMF体系中出现各向同性溶液→H1→Lα的相变过程。这

主要是由于 BPS-10 的甾环结构具有较强的疏溶剂作用和特殊的吸引力，为 H1 相形成提供足

够大的驱动力，丰富了非水溶剂中的相变规律。研究结果说明：若表面活性剂分子之间若能

提供较强的相互作用，在 Gordon 参数较低的非质子化溶剂中也可形成曲率不为零的聚集体。

发表文章：

Xiu Yue, Xiao Chen,* Qintang Li,

and Zhihong Li, Lyotropic Liquid Crystalline Phases Formed

by Phyosterol Ethoxylates in Organic Solvent. Langmuir 29(2013), 11013-11021.



36

压力促进晶体内叠氮基团与炔烃基团的 1,3-两级环加成反应

通过利用非共价作用重新排列分子实现分子功能化是超分子化学的一项终极目标。晶体

工程学提出了许多关于控制分子排序的重要细节。例如，利用晶体工程学影响临近官能团的

接触可以使分子线性排列。由于分子在非共价作用下的束缚较弱，压力可以使范德瓦尔斯半

径减小，邻近的官能团靠近。从预组装的官能团之间增强的相互作用中得到的好处就是邻近

的分子间能够发生化学反应。相似的感念已经被广泛运用于合成无机化合物从而开发功能性

材料。但是，现在几乎没有关于压力促进晶体下有机分子重排而发生化学反应的例子。北京

大学化学学院马玉国教授研究组与吉林大学超硬材料国家重点实验室邹勃教授研究组合作，

对压力促进晶体内叠氮基团与炔烃基团的 1,3-两级环加成反应进行了深入的研究相关研究成

果发表在 2013 年 11 月 7 日的《Chemical Communications》上。

我们之前报道过一个特定选择的在室温下利用亚胺 3的不含铜催化的在晶体中的 1,3-两级

环加成反应（图 1）。芳香烃-氟代芳香烃反应在晶体工程学是很重要的，它允许叠氮基团和炔

烃基团的预组装并且在没有铜催化的情况下促进 1,3-两级环加成反应。在此我们报道一个关

于由高压引导在固态下化合物 1（Scheme 1）的叠氮基团和炔烃基团的 1,3-两级环加成反应

（SSAAC）。拥有被亚胺链捆绑的相同的叠氮基团和炔烃基团由于芳香烃-氟代芳香烃和氢键

作用而形成圆柱状排列。有两个原因促使我们使用化合物 1：（1）它有更强的 X 射线衍射信

号，利于原位定量研究：（2）它在常压下有 24 天的反应半衰期，比化合物 3 的 6.4 天更长。

这就使它更适合高压下促进反应动力学的研究。关于化合物 1 的 SSAAC 的动力学研究揭示了

反应速率能通过负值的活化体积（Δ≠V）被压力的升高所促进伴随 Eα的减小.

图 1 压力促进预组装晶体内叠氮基团与炔烃基团的 1,3-两级环加成反应

利用北京同步辐射装置（BSRF）进一步讨论在不同压力和时间下产物 1 的同步辐射 X 射

线衍射。在加压过程中，所有 1 的 X 射线衍射峰明显向高角度移动（图 2）。这说明在高压下

晶格间距和晶胞体积都减小。随着压力增加，这些峰变得更宽而且强度更弱。[002]衍射峰在

压力到达 1.15 GPa 时依旧存在，说明范德瓦尔斯半径的减小优先于 SSAAC 反应。但是 1.15

GPa 下，[002]衍射峰很快在 35分钟内消失，就像反应在 60℃和 0.1 MPa时发生一样。对比之


37

前在常压下的发现，反应在 1.15 GPa 会有 103倍的加快。在环加成反应完全后 SSAAC 反应产

物 2 的衍射峰随着压力的升高依旧向高角度移动，说明晶格间距减小并且在 1.98 GPa 之前没

有新相或者新的化学反应发生。反应产物 2 的 X 射线衍射峰在完全卸压时得以保留。

图 2 在不同压力和时间下物质 1 的同步辐射 X 射线衍射

综上所述，在 DAC 中压力成功促进叠氮基和炔基的环加成反应。这是第一个关于高压促

进固态下 1,3-两极环加成反应的例子。增高压力能提高反应速率，并且在 1.15 GPa 下反应速

率会是常压下的 103 倍。反应速率增加的根源可以被负值的活化体积解释，也就是 TS 比基底

更加紧密。高压也倾向于这种加成反应，因为会得到比基底更小的体积。我们相信，这项发

现对于高压促进有机反应以及特殊材料合成有着重要意义。

发表文章：

Ben-Bo Ni, Kai Wang, Qifan Yan, Hao Chen, Yuguo Ma* and Bo Zou*, Pressure accelerated

1,3-dipolar cycloaddition of azide and alkyne groups in crystals. Chem. Commun., 2013, 49(86),

10130-10132.



38

离子簇的结构以及无定形磷酸钙和羟基磷灰石的形成

——从配位化学的视角看

在过饱和度和 pH 值足够高的水溶液中，无定形磷酸钙常常作为前驱相而首先形成，它随

后转变为热力学稳定的羟基磷灰石晶体。无定形相的组成、结构和性质都取决于构成它的离

子簇。在 1970 年代，美国科学家主要依据 X 射线径向分布测定结果，提出了化学组成为

Ca9(PO4)6 的离子簇模型；该模型被后人称为“Posner 簇”。然而，对于“这种离子簇内部的

原子分布如何实现”以及“该结构在后来的结晶过程中如何变化”，却罕有报道。最近，北

京大学药学院的一个小组在磷酸钙离子簇的结构和反应方面取得了新进展，他们的研究结果

已于 2013 年 5 月 13 日在美国化学会出版的 Crystal Growth & Design 在线发表。

该研究组在北京和上海的同步辐射装置上对钙磷酸盐混悬液分别进行了 in situ XANES 和

ex situ XRD 测定，并采用配位化学的观点分析了实验结果。他们提出，水溶液中的磷酸根逐

级取代水合钙离子中的水分子，而配位后的磷酸根又作为桥联配体与其它钙离子结合，籍此

可形成化学组成为 Ca9(PO4)6(H2O)30 的磷酸钙离子簇（见下图），其“无水”形式与前人报道

的“Posner簇”一致。而且，他们还确认了3种类型化学反应，正是这些反应导致了无定形磷

酸钙的出现及其向羟基磷灰石晶体的转化。其中之一是质子转移反应，即 1 个质子从配位

H2O 转移到配位 PO4，产生 Ca-OH，并最终导致羟基磷灰石晶体的形成。

磷酸钙离子簇的形成示意图。溶液中的磷酸根逐级取代水合钙离子中的水分子，配位后的磷酸根作为

桥联配体与另 1 个钙离子结合，形成 Ca9(PO4)6(H2O)30。为使图形清晰，未画出与周边钙离子结合的水分

子。

化学式为 Ca9(PO4)6(H2O)30 的物质代表一种理想化的离子簇，它或许可作为无定形磷酸钙

的结构单元的工作模型，用于说明晶体的形成机理和一些添加物（如蛋白质、聚电解质、有机

和无机小分（离）子）的影响。鉴于 Ca2+配合物的各个 Ca-O 键在水溶液中的固有相对取向，


39

离子簇 Ca9(PO4)6(H2O)30 中各个原子的空间分布正是配位立体化学的必然结果。这项研究的负

责人、北京大学药学院张天蓝教授如此评价这项进展的作用：“……现在，从配位化学的视

角看，从水合钙离子到磷酸钙离子簇、再到羟基磷灰石晶体，它们的结构之间的距离并不像

以前看起来那么遥远。”

发表文章：

Lin-Wei Du,* Sha Bian,* Bao-Di Gou, Yun Jiang, Jian Huang, Yu-Xi Gao, Yi-Dong Zhao, Wen

Wen, Tian-Lan Zhang, ** and Kui Wang. Structure of Clusters and Formation of Amorphous

Calcium Phosphate and Hydroxyapatite: From the Perspective of Coordination Chemistry. Crystal

Growth & Design, 2013, 13 (7), 3103–3109.



40

铅在土壤腐殖酸上的吸附：NICA-Donnan 模型模拟和 XAFS 分析

自然环境中营养与污染元素的化学形态控制着它们在土壤和水体中的迁移、转化和生物

有效性，但某一元素的化学形态并不是它在介质环境中总浓度的简单函数。充分理解和准确

预测离子的化学形态和固-液分布，在农业生产和环境保护中均具有重要意义。因此，如何建

立接近真实机理的吸附模型，定量解释和预测元素的固-液相分配随土壤性质、环境条件的改

变，是土壤与环境化学工作者面临的一个新挑战。

土壤腐殖酸包括富里酸（FA）和胡敏酸（HA），它们广泛存在于自然水体、土壤和沉积

物中，由于表面带有大量的酸性官能团，是环境中重金属离子的重要吸附载体。由于腐殖酸

化学性质的异质性、反应计量的多变性及各种离子间的竞争，使其吸附过程的定量描述复杂

化。但非理想竞争吸附-杜南模型（NICA-Donnan 模型）可解决这一复杂反应过程。利用该模

型可较好模拟腐殖酸与多种重金属元素的吸附反应，但在实际应用中发现对重金属离子铅的

预测并不理想，模型预测结果与实验结果相差较大。虽然模型参数能反映重金属离子的吸附

特征，仍缺乏强而有力的证明。华中农业大学资源与环境学院土壤化学与环境实验室以铅为

例，从模型和光谱两个不同的角度对铅在腐殖酸上的吸附特征进行了深入的研究，相关研究

成果发表在 2013 年 10 月的《Environmental science & technology》上。

该实验室的研究表明，应用通用参数能准确合理预测标准胡敏酸对铅的吸附，不能合理

预测土壤腐殖酸对铅的吸附，但用土壤胡敏酸专性 nPb1 均值替代通用参数 nPb1 值后，

NICA-Donnan 模型能够准确预测铅在土壤胡敏酸上的吸附。当实验数据以线性形式

（logPb2+

-Pb2+

bound）输入时，高吸附量数据点在拟合过程中期主导作用，拟合结果最大程度

反应高吸附量时的吸附特征。该拟合过程获取的模型参数 nPb2/nH2值在 0.47-0.69之间，说明当

腐殖酸对 Pb 的吸附量较高时，Pb 主要以双齿配位的形式吸附在腐殖酸的羟基上。

2013年度科研 Highlights——环境科学

41

此外，利用北京同步辐射装置（BSRF）获得高 Pb 吸附量的腐殖酸样品 Pb-L3 全谱，对扩

展谱进行数据拟合，得到 Pb 在腐殖酸上吸附时的配位信息。拟合结果表明，铅与腐殖酸的表

面官能团形成内圈复合物，即 Pb-O-C 结构。第一配位壳层（Pb-O 壳层）中 O 原子配位数为

3.73-4.73，且 Pb-O 平均距离在 Pb-Owater 与 Pb-Ogroup 之间，说明有水分子 O 参与配位；第二配

位壳层（Pb-C 壳层）C 原子配位数为 2.49−3.36。上述结果说明 Pb 是以双齿配位与腐殖酸上的

含氧官能团相结合。综合相关文献报导，可推断 Pb 主要是与腐殖酸芳香环上相邻的羟基或者

一个羧基一个羟基相结合，形成稳定的五元环或者六元环结构。模型假设中不包括羧基、羟

基同时参与的配位吸附形式，光谱结果部分验证了模型参数结果；从而进一步揭示了实测重金

属形态分布与模拟结果相差较大的原因，完善了相关模型参数，使实测值与模拟曲线相吻合。

发表文章：

Juan Xiong, Luuk K. Koopal, WenFeng Tan*, LinChuan Fang, MingXia Wang,Wei Zhao, Fan Liu,

Jing Zhang, LiPingWeng. Lead Binding to Soil Fulvic and Humic Acids: NICA-Donnan

Modeling and XAFS Spectroscopy.Environ. Sci. Technol., 2013, 47(20), 11634-11642.



42

Co3O4/TiO2-NA 催化剂用于碳烟限域催化燃烧反应的研究

柴油车由于具有燃油效率高、耐久性好、二氧化碳排放量低等优点，而得到广泛应用，

但是柴油车尾气中的碳烟（soot）颗粒(PM)严重污染大气环境，威胁人类的生存。目前，与过

滤捕集技术（DPF）相结合的催化燃烧技术被认为是最为有效的 soot 消除后处理技术。一般而

言，催化剂的氧化活性很大程度上取决于催化剂本身的氧化还原性能（Redox），但对固体颗

粒状的碳烟的氧化，催化剂与碳烟的接触效率也是决定催化剂活性好坏的关键因素。通常情

况下，碳烟由于粒径较大而无法进入催化剂的介孔和微孔中，使催化剂的内表面难以得到有

效利用。有报道显示，具有三维有序大孔结构的复合氧化物催化剂能显著改善碳烟与催化剂

的接触效率，提高催化活性。因此，本课题组首次提出将具有大孔结构的 TiO2 纳米管阵列用

作碳烟消除催化剂的载体，制得负载型钴基催化剂，在重力沉降作用下，碳烟能够进入纳米

管内部, 因而可以提高碳烟与催化剂的接触效率。相关的研究成果以快讯形式发表在 2013 年

10 月 24 日的《Nanoscale》 (Vol.5, 12144-12149）上。

研究表明，相比传统催化剂，该 TiO2 纳米管阵列催化剂比粉体 TiO2 负载的催化剂具有高

得多的催化活性。另外，还采用三种不同方法，即直接沉积法（DD）、化学浴沉积法（CB）

和基于表面嫁接的连续离子吸附反应法（SG），分别负载活性 Co 物种，以进一步改善催化性

能。其中巯基乙酸修饰的表面嫁接方法(SG)合成的 Co3O4 纳米晶，粒径更小、分布更加均

一，表现出最好的活性。

200 300 400 500 600

Co3O

4/TiO

2-P

Co3O

4/TiO

2-NA(CB)

Co3O

4/TiO

2-NA(SG)

DT

G (

g/m

in)

Temperature / oC

Co3O

4/TiO

2-NA(DD)

TiO2-NA

TiO2-P

0 2 4 6 8

Co3O

4

Co3O

4/TiO

2-NA(DD)

Co3O

4/TiO

2-NA(CB)

R/Å

FT

ma

gn

itu

de /

a.

u.

CoO

Co3O

4/TiO

2-NA(SG)

图 1（左）催化剂上碳烟催化燃烧 DTG 谱图；（右）催化剂及标样中钴 K－边径向结构函数

由于负载的 Co 物种量少，且嵌入到管内部，我们无法通过传统的 XRD 检测手段证明活

性组分的存在。而利用北京同步辐射装置（BSRF）获得了重要的结构信息，通过 Co K－边径

向结构函数图证明了 Co3O4 的成功负载。除了峰强度的差异，所有催化剂的径向结构函数图

都与标样 Co3O4 相似。第一个 1.5 Å 处的峰归属于 Co-O 壳层；第二个 2.5 Å 处的峰归属于最


43

近的 Co-Co 壳层；第三个 3.1 Å处的峰归属于较远的 Co-Co 壳层。这项表征对解决 Co3O4纳米

晶的存在有否，起到了决定性的作用，同时对其它高分散催化剂体系的研究也具有参考价

值。

EXAFS 技术作为一种物相表征手段，是认识物质精细结构，尤其是纳米催化材料的精细

结构的强有力工具，为深入揭示高分散催化剂活性中心的微观结构提供了科学的依据。在这

样研究工作中，高强度、高准直性的同步辐射光束线为得到高精度的实验数据提供了保障。

发表文章：

J. L. Ren, Y. F. Yu, F. F. Dai, M. Meng *, J. Zhang, L. R. Zheng and T. D. Hu, Domain-confined

catalytic soot combustion over Co3O4 anchored on a TiO2 nanotube array catalyst prepared by

mercaptoacetic acid induced surface-grafting, Nanoscale, 2013, 5, 12144-12149.



44

非贵金属 MnOx-NiO 催化剂上低浓度甲烷的催化燃烧脱除

煤矿乏风气中低浓度甲烷排放到大气中，不仅造成资源浪费，而且带来严重的温室效

应；催化燃烧是一种有效处理这种低浓度甲烷的方法，而非贵金属氧化物催化剂价格低廉、

热稳定性高、抗中毒性强，具有较好的大规模应用的前景。我们采用共沉淀法制备了一系列

Mn 含量不同的 MnOx(m)-NiO 复合氧化物催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧，并进行了同步辐

射 X 射线原位表征，考察了催化性能和催化剂结构之间的关系，对催化作用机理进行了研

究。相关研究成果发表在 Appl. Catal. B: Environ., 2013, 129: 172–181。

在北京同步辐射装置（BSRF）上，利用自行设计和装配的原位反应池，收集了

MnOx(m)-NiO 氧化物和参考样品（MnO、Mn2O3、MnO2、NiO、Ni2O3 和 Ni foil 等）中 Mn

和 Ni 的 K 边 XANES 吸收谱图（图 1）。

6530 6540 6550 6560 6570 6580 6590 6600

m = 0.10

m = 0.13

m = 0.17

m = 0.25

m = 1

Norm

aliz

ed a

bso

rpti

on (

a.u.)

Mn K-edge energy (eV)

MnO

Mn2O

3

MnO2

a. Mn K-edge

8320 8330 8340 8350 8360 8370

m = 0.25

m = 0.17

m = 0.13

m = 0.10

m = 0

Ni K-edge energy (eV)

NiO

Ni2O

3

Ni

b. Ni K-edge

图 1. 不同 Mn 含量的 MnOx(m)–NiO 复合氧化物的 XANES 谱图：(a) Mn K-edge; (b) Ni K-edge。

所有 MnOx(m)-NiO 样品（m = 0.1~0.25）均呈现相似的 Mn 边前吸收峰（图 1a）。同参考

样品 Mn2O3 相比较，MnOx(m)-NiO 催化剂中 Mn 的 K 边吸收值移向更高的吸收值；与已知的

标准参考样品价态相比，通过估算得知，在 MnOx(m)-NiO 催化剂中，Mn 元素化合价态从 m =

1 时的 3.36 增加到 m = 0.13 时的 3.76（图 2a）；这些价态位于 Mn2O3 和 MnO2 的价态之间，

说明 MnOx(m)-NiO 催化剂中锰的平均价态和锰的含量有关。同时，MnOx(m)-NiO 氧化物和参

考样品（NiO、Ni2O3 和 Ni foil）具有相似的 Ni 的 K 边 XANES 吸收吸收谱和边前特征峰（图

1b），说明 Ni2+主要以八面体配位形式存在。在 MnOx(m)-NiO 氧化物中，Ni 与 Mn 的相互作

用致使 Mn 的价态从 Mn3+转变为 Mn

4+，而 Ni 的化合价却没有发生明显的变化。


45

6548 6550 6552 6554 6556 6558 6560

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

m = 0.25

m =0.10

m = 0.17

m = 0.13

m = 1

Mn v

alen

ce

Mn K-edge energy (eV)

MnO

Mn2O

3

MnO2

275 300 325 350 375 400 425 450

0

20

40

60

80

100

CH

4 c

onver

sion (

%)

Temperature ( oC

)

m = 1

m = 0.25

m = 0.17

m = 0.13

m = 0.10

m = 0

图 2. (a) 通过锰的 K-边能量移动来计算 MnOx(m)-NiO 复合氧化物中锰的氧化态；(b) 不同锰含量的

MnOx(m)-NiO 复合氧化物催化剂甲烷燃烧催化活性测试结果

在固定床反应器上对 MnOx(m)-NiO 复合氧化物催化剂的低浓度甲烷催化燃烧的活性进行

了测试，结果如图 2b 所示。与单一金属的 Ni 和 Mn 氧化物相比，掺杂适量 Mn 得到的

MnOx(m)-NiO 复合氧化物在低浓度甲烷催化燃烧中表现出良好的催化活性；当 m = 0.13 时，

MnOx(0.13)-NiO 复合氧化物催化剂的活性最好，甲烷转化率在 396 °C 时，达到 90%，在

450 °C 时，转化率为 100%，与一些贵金属催化剂相近。

表征结果显示，MnOx(m)-NiO 是以 Ni-Mn-O 的固溶体存在；在 MnOx-NiO 催化剂中，锰

含量对锰的价态和镍氧化物的晶格缺陷有着重要的影响，当 Mn/(Mn+Ni)的原子比是 0.13 时，

由于 Mn 和 Ni 的强烈相互作用，氧化物中有大量高度分散的 Mn4+、高配位数的 Mn-O 和镍空

位；NiO和MnOx强相互作用、良好的还原性和氧移动性，致使该复合氧化物在低浓度甲烷催

化燃烧中表现出较高的催化活性。

发表文章：

Yagang Zhang, Zhangfeng Qin*, Guofu Wang, Huaqing Zhu, Mei Dong, Shuna Li

, Zhiwei Wu,

Zhikai Li, Zhonghua Wu, Jing Zhang, Tiandou Hu, Weibin Fan, Jianguo Wang*, Catalytic

performance of MnOx–NiO composite oxide in lean methane combustion at low temperature.

Appl. Catal. B: Environ., 2013, 129(1): 172–181.



46

汞污染引起人发纳米尺度结构的改变

汞是环境污染中危害最大的重金属之一。汞元素可以通过多种方式进入人体，对人机体

神经系统、肾脏、以及肝脏等器官产生损害，并具有潜伏遗传性。进入人体的部分汞元素也

可通过多种方式排出，其中一种排出汞的途径是汞元素沉积到生长着的头发中。但是，汞在

头发中的存在形式以及汞对头发微观结构的影响并不清楚。

高能所多学科中心衍射散射课题组应用北京同步辐射装置小角 X 射线散射（SAXS）实验

技术研究了因环境中汞污染而引起的人发中纳米尺度结构变化。该研究的人发样品分别取自

贵州万山汞污染地区和北京地区（对照组）。通过比较万山汞污染区居民、矿工、以及北京非

汞污染区居民头发结构的差异发现：汞进入头发皮质层中，通过与核心蛋白上的半胱氨酸形

成 S-Hg-S 键合，使细胞外基质（ECM）中的蛋白糖发生结构扭曲，导致原来有序定向的聚糖

纤维状结构发生无规卷曲。这一影响表现在 SAXS 谱上就是过量汞导致了 4.5-nm 的衍射峰消

失。

相比于血液等其他样品，头发具有采集和贮存方便，以及对人体不产生损伤等优点。用

人发的 SAXS 花样检测人体汞污染具有快速明了的优势。头发 SAXS 花样中 4.5-nm 衍射峰的

消失可以作为人体受到汞污染的生物学标识。因此，本成果可望应用于汞暴露人群的快速筛

选，为政府决策提供科学依据，提高政府应对汞污染的能力。相关研究成果发表在环境领域

一区杂志《Environmental Science & Technology》47 (2013) 11214。

发表文章：

Xing Xueqing, Du Rong, Li Yufeng, Li Bai, Gong Yu, Cai Quan, Mo Guang, Chen Zhongjun, Wu

Zhonghua,* Structural Change of Human Hair Induced by Mercury Exposure, Environmental

Science & Technology, 2013, 47: 11214−11220.


47

重金属 Pb 和 Cr 胁迫对重金属和矿质元素在苏州青亚细胞分布的影响

苏州青青菜 (Brassica chinensis L. cv Suzhouqing) 作为一种叶食蔬菜，在中国被广泛种

植。它隶属于对重金属具有较强吸收和累积能力的十字花科家族。蔬菜吸收的重金属不仅会

对植物的生长发育产生伤害，也可能通过食物链对人和动物的健康带来威胁。为了应对重金

属的胁迫，生长在重金属污染中植物也已经形成了特殊的解毒机制，这种机制也会因植物和

重金属的种类的不同而不同。然而，之前研究主要集中在对 Cd、Zn、Cu 等研究上，对 Pb 和

Cr 的累积和定位的研究还是很少的。海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重

点实验室一个研究组对 Pb 和 Cr 在苏州青青菜的不同组织中亚细胞分布及对矿质元素分布影

响进入了深入的研究，相关的研究成果发表在 2013 年 4 月 26 日的《Journal of Agricultrual and

Food Chemistry》上。

该研究组通过对培养在含重金属 Pb 和 Cr 的营养液中植物样品进行亚细胞分离。结果发

现：Pb主要分布在青菜根和地上部分的细胞壁与液泡中；而Cr主要分布在根部细胞壁和地上

部分的液泡与细胞壁中。SRXRF 分析揭示：在高浓度 Pb 胁迫下，Pb、Ca、Cu 和 Zn 主

要集中在青菜根部的皮层和维管束中，并且在根表面出现 Fe-Mn 氧化膜；在 Cr 处理组，

高含量的 Cr、Ca、Mn 和 Zn 主要分布根的皮质中，而在茎中的皮层区域中主要聚集着 Ca,

Cu 和 Zn 元素。(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf4005725)

图 1 利用北京同步辐射装置（BSRF）X 射线荧光微分析实验站的设备对 150 mg L−1 的 Pb 胁迫下青菜

的根和茎的切片进行元素微区分析，获得50 μm×50 μm像素 (Pb, Ca, Mn, Fe, Cu 和 Zn)的微区分布图。不

同颜色表征金属元素荧光强度，即元素的含量，由红色向蓝色变化含量也是递减。



48

图 2 利用北京同步辐射装置（BSRF）X 射线荧光微分析实验站的设备对 10 mg L−1 的 Cr 胁迫下青菜

的根和茎的切片进行元素微区分析，获得 50 μm×50 μm 像素 (Cr, Ca, Mn, Fe, Cu 和 Zn) 的微区分布图。

不同颜色表征金属元素荧光强度，即元素的含量，由红色向蓝色变化含量也是递减。.

这个研究为理解重金属 Pb 和Cr 胁迫下青菜的解毒机制提供了科学的线索。在这样研究

工作中，同步辐射X射线微区荧光分析技术帮助该研究组解开了青菜对重金属解毒机制的微观

分布和运输机制。同时，也揭示了重金属 Pb 和 Cr 胁迫下矿质元素的空间分布特征。

发表文章：

Zhipeng Wu, Kim McGrouther, Dongliang Chen, Weidong Wu,*, Hailong Wang

*. Subcellular

distribution of metals within Brassica chinensis L. in response to elevated lead and chromium

stress. Journal of Agricultrual and Food Chemistry. 2013, 61, 4715−4722.

2013年度科研 Highlights——生命科学

49

HIV 抑制因子 SAMHD1 的同源四聚体晶体结构

SAMHD1 是近年来新发现的抑制爱滋病毒（HIV）的人源蛋白质分子。Nature 杂志在 2011

年同期发表了两篇论文，证明了 SAMHD1是一个新的病毒抑制因子。SAMHD1具有 dNTPase

活性，有可能通过降解反转录病毒复制所需要的原料 dNTP，在某些细胞内阻断HIV的复制。

目前这一蛋白质分子已经成为 HIV 研究领域的新热点。

中科院高能物理研究所多学科中心龚勇研究员与天津大学生科院于晓方教授合作对

SAMHD1 进行了深入研究，发现 SAMHD1 的底物 dNTP 同时也是 SAMHD1 的变构激活剂，

SAMHD1的四聚体是执行酶活的最佳方式，进一步结晶并解析SAMHD1的同源四聚体晶体结

构，相关成果发表在 2013 年 9 月的 Nature Communications 杂志上。

Nature Communications 论文报告了高达 1.8 埃分辨率的 SAMHD1 同源四聚体晶体结构，

高分辨率的晶体结构清晰地说明了 dNTP 是如何通过变构位点将四个分子黏合在一起，并且

使酶活中心构象发生改变，导致底物分子的结合更加稳定。另外生化实验证明，变构位点的

结合氨基酸突变会影响四聚体形成、dNTPase 酶活性和对 HIV-1 的限制能力。

为了捕捉到 SAMHD1 同源四聚体的结构，需要在结晶条件中加入高浓度的 dNTP 分子，

而且必须在晶体出现之后的 24 小时之内收集晶体衍射数据，否则 dNTP 会被持续降解后无法

维持激活变构作用，导致 SAMHD1四聚体的解体，36小时之后晶体分辨率将急剧降低。借助

于北京同步辐射装置的便利条件，该课题顺利得到所需的结构数据。这个例子显示出立足于

同步辐射装置开展前沿结构生物学研究的优势。

天津大学生科院院长、“千人计划”于晓方教授和高能所多学科中心龚勇研究员是论文

的共同通讯作者。

图：SAMHD1 同源四聚体的晶体结构。位于

活性位点的底物分子和 Zn 离子显示为红色和

灰色，位于变构位点的两个 dNTP 分子和 Mg

离子分别显示为黄色，粉色和绿色。

发表文章：

C. Zhu, W. Gao, K. Zhao, X. Qin, Y. Zhang, X. Peng, L. Zhang, Y. Dong, W. Zhang, P. Li, W.

Wei, Y. Gong, X.F. Yu, Structural insight into dGTP-dependent activation of tetrameric SAMHD1

deoxynucleoside triphosphate triphosphohydrolase. Nature communications 2013, 4: 2722.



50

LSD2 蛋白的结构和功能研究

组蛋白的共价修饰是表观遗传的主要调控机制之一，而赖氨酸的甲基化修饰又是其中的

一个重要方面，它参与诸如异染色质形成、X染色体失活和基因印记等重要的生物学过程。

赖氨酸的甲基化是可逆的修饰过程，它的甲基化和去甲基化过程分别由甲基转移酶和去甲基

化酶催化完成。人源LSD2属于FAD依赖型氨氧化酶家族，在转录调控和基因印记方面起着重

要作用。LSD2是与癌症相关的潜在的候选基因，它在多种类型癌症中都以很高的几率出现染

色体移位、删除或放大的现象。LSD2 在几种类型的白血病和乳腺癌中LSD2表达量下降，因

此可以把LSD2作为潜在的癌症治疗靶标。然而，这个蛋白的生物化学和功能仍没有被弄清

楚。中国农业大学的一个研究组对LSD2蛋白的结构和功能进入了深入的研究，相关的研究成

果发表在2013年2月的《Cell Research》上。

该研究利用北京同步辐射装置（BSRF）

解出了的2.13 Å分辨率的 LSD2的复合物

晶体结构。LSD2包括三个结构域，分别命

名为 N 端的锌指结构域（ Zinc-finger

domain）、中间的SWIRM结构域和C端的

胺氧化酶结构域（Amine oxidase domain，

AOD），这三个结构域紧密堆积在一起形

成靴子状结构。胺氧化酶结构域的活性中

心空腔足够容纳组蛋白H3尾巴的数个氨基

酸残基，但不能辨别H3K4的不同甲基化状

态。N端的锌指结构域由一个全新拓扑结构的C4H2C2型锌指结构和一个特殊的CW型锌指结

构组成。C4H2C2型锌指结构表面富含正电荷，可能与DNA或其它富含负电荷的蛋白质发生

相互作用而有利于LSD2对H3K4me1/2进行去甲基化。CW型锌指结构不同于以往发现的其它

CW型锌指结构。事实上，结构分析表明锌指结构域--SWIRM结构域--胺氧化酶结构域之间形

成的相互作用网络对于保持LSD2活性构象和去甲基化酶活性是必需的。这些结果揭示了通过

在LSD2三个结构域之间接力传递的相互作用来实现锌指结构域远程调控其去甲基化酶活性的

新机制，对于阐明LSD2的调控机制及功能，癌症的治疗提供了新的思路。

发表文章：

Qi Zhang, Shankang Qi, Mingchu Xu, Lin Yu, Ye Tao, Zengqin Deng, Wei Wu, Jiwen Li,

Zhongzhou Chen* and Jiemin Wong*. Structure-function analysis reveals a novel mechanism for

regulation of histone demethylase LSD2/AOF1/KDM1b. Cell Research (2013) 23:225–241.


51

乙型脑炎病毒 NS5 全长蛋白晶体结构研究

乙型脑炎病毒，与登革病毒、西尼罗河病毒、蜱传脑炎病毒等重要虫媒病毒同属于正链

RNA病毒中的黄病毒科黄病毒属。这类病毒所编码的NS5蛋白具有两个重要的功能区：N端

的甲基转移酶参与病毒基因组RNA的加帽过程；C端的聚合酶在基因组复制过程中发挥核心

作用。2002年至今，黄病毒属中虽然已有八种病毒的甲基转移酶以及两种病毒的聚合酶晶体

结构报道，但能完整展示NS5及其两个功能域之间相互作用的全长晶体结构一直是领域内的

重要挑战。

中国科学院武汉病毒所的龚鹏研究组解析了分辨率为2.6埃的乙型脑炎病毒NS5全长晶体

结构，首次提供了完整NS5的高分辨率结构信息，相关结果2013年8月8日在线发表于病毒学

权威期刊PLoS Pathogens上，结构解析的相位信息是通过在北京同步辐射装置收集的数据所获

得的。该结构中甲基转移酶与聚合酶相互作用界面的核心部分由一个疏水网络构成，其中的

关键氨基酸在黄病毒属内高度保守，暗示了这一界面的功能相关性，为进一步研究NS5的功

能提供了重要依据。此外，由于至今仍没有针对黄病毒的高效药物，这一界面的发现也为特

异性针对黄病毒NS5的抗病毒药物研发提供了新的方向。

乙型脑炎病毒 NS5 全长晶体结构示意图

发表文章：

Guoliang Lu, and Peng Gong,* Crystal Structure of the Full-length Japanese Encephalitis Virus

NS5 Reveals a Conserved Methyltransferase-Polymerase Interface. PLoS Pathogens

2013;9(8):e1003549.



52

首个 JMJ 家族组蛋白 H3K4 去甲基化酶的晶体结构解析

真核生物的基因组DNA与组蛋白结合形成染色质的基本结构，调控基因表达，行使基因

的生物学功能。位于组蛋白末端的一些氨基酸会被不同的化学基团修饰，导致染色质结构的

改变，影响基因表达和基因组功能，这是一种表观调控机制；而组蛋白甲基化是组蛋白修饰

的一种重要要形式。因此弄清组蛋白甲基化酶和去甲基化酶如何特异地识别这些不同的赖氨

酸位点是解析表观遗传机理的焦点之一。此前已有文献报道了JMJ家族H3K9、H3K27及

H3K36去甲基化酶的晶体结构，并阐述了其底物特异性的分子机理，但H3K4去甲基化酶却一

直没有结构信息。华中农业大学张启发课题组、周道绣课题组与清华大学娄智勇课题组合

作，鉴定了水稻中的一个H3K4去甲基化酶JMJ703并解析其晶体结构。相关的研究成果于

2013年1月24日在线发表于《Plos Genetics》上。

该研究通过生化分析发现，水稻 JMJ703蛋白能够特异的去除组蛋白 H3第4位赖氨酸位点

（表示为 H3K4）的甲基化。为了了解 JMJ703如何行使其去甲基化功能，他们进一步解析了

JMJ703核心区域（以下简称 c-JMJ703）单独的晶体结构以及与辅基类似物 NOG、底物

H3K4me3短肽的复合物晶体结构。

利用北京同步辐射装置获得了2.8 Å分辨率的 c-JMJ703 蛋白晶体结构。从整体上看，c-JMJ703的结构

与已知结构的其他JMJD2A亚家族蛋白类似，由JMJN、long-beta sheet、mixed domain和JMJC等结构域组

成。催化活性中心位于JMJC结构域中，而其余三个结构域则分布在JMJC结构域两侧，整体呈三明治状。


53

通过解析复合物结构，该研究鉴定出了该蛋白催化结构域中的一些关键氨基酸，它们分

别参与了与辅基的相互作用以及 H3K4me3短肽的特异性识别。c-JMJ703与辅基类似物 NOG

的复合体结构显示，该蛋白沿袭了 JMJ 家族组蛋白去甲基化酶中较为保守的辅基结合方式。

而 c-JMJ703与 H3K4me3短肽的复合体结构初步揭示了该类蛋白识别 H3K4me3的分子机理。

通过与特异去除H3K9和H3K36甲基化的 JMJ家族蛋白的复合物结构进行比较，该研究发现，

c-JMJ703采用了较为不同的底物结合方式。由于 JMJ703的其他结构域也可能参与底物结合，

因此在 c-JMJ703与 H3K4me3短肽的复合体结构中，短肽的多数残基由于占有率低而不可见。

这是首次报道的 H3K4 位点去甲基化酶蛋白的分子结构，也是水稻中的首个表观修饰因

子的晶体结构，对于表观遗传学的机理研究有着重要的意义。我们期待更多的结构信息来对

H3K4 去甲基化酶的分子机理进行进一步完善。

发表文章：

Qingfeng Chen, Xiangsong Chen, Quan Wang, Faben Zhang, Zhiyong Lou*, Qifa Zhang*,

Daoxiu Zhou5*. (2013) Structural basis of a histone H3 lysine 4 demethylase required for stem

elongation in rice. PLoS Genet 9(1): e1003239.



54

六型分泌系统效应蛋白-免疫蛋白复合物(Tae4-Tai4)的结构和功能研究

六型分泌系统是最近几年刚被发现的，存在于革兰氏阴性菌中的一种分泌系统。六型分

泌系统和细菌的致病性相关。最新的研究表明，六型分泌系统也在细菌的竞争中发挥作用。

六型分泌系统转运效应蛋白并注射到邻近细胞的周质空间，这类效应蛋白具有酰胺酶活性，

水解对方的肽聚糖进而杀死竞争细胞。但是这类细菌本身却表达免疫蛋白，保护自身免受伤

害。北京大学生命科学学院苏晓东课题组和中科院高能物理研究所董宇辉课题组联合解析了

一组效应蛋白-免疫蛋白复合物 (Tae4-Tai4) ，相关的研究成果发表在 2013年 2月 22日 Journal

of Biological Chemistry 上。该文章在短短一年时间已经被引用了近 20 次。

利用北京同步辐射装置 (Beijing Synchotron Radiation Facility, BSRF)解析了阴沟肠杆菌(Enterobacter

cloacae) 的 Tae4 的晶体结构，以及来自阴沟肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)的 Tae4-Tai4

复合物的晶体结构。Tae4分子的W122氨基酸在结合Tai4后，有一个 180°的翻转，和Tai4 protruding loop

上的 T91 有一个疏水相互作用。复合物中 W122 位于催化氨基酸 H128 的上方，直接限制了 H128 的空间位

置。

研究发现，效应蛋白Tae4蛋白在溶液中以单体形式存在，拥有典型的NlpC/P60折叠，催

化三联体分别位于 N 端和 C 端的亚结构域。而且催化三联体暴露于溶剂区，实验验证这三个

氨基酸对维持 Tae4 水解活性是必需的。免疫蛋白 Tai4 是一个全螺旋结构，在溶液中形成二

聚体。Tae4-Tai4 复合物在溶液中以异源四聚体存在，其中两个免疫蛋白分子分别结合一个效

应蛋白的 N 端和 C 端的亚结构域，整体结构是中心二次对称。SPR 和突变实验显示，结合


55

Tae4 C 端的亚结构域的 Tai4 分子对复合物的形成起主要作用。

Tae4 单体结构和复合物结构比对后发现，Tai4 的 protruding loop 插入 Tae4 的催化中心。

Tae4 的活性 loop 区 (lid loop) 在结合 Tai4 之后，由开放状态变成了闭合状态，进而屏蔽了底

物进入催化中心的通道。当删除结合 Tai4 的 protruding loop 后，Tae4 的酶活得到恢复。这种

特有的抑制机制是首次发现，有助于我们理解六型分泌系统在细菌竞争中的角色。另外，综

合之前关于六型分泌系统效应蛋白的抑制机制的研究，我们提出催化氨基酸 His 可以作为一

个设计抗菌药的靶标。

文章发表后，生物谷等相关生物在线新闻这样报道：这些研究结果揭示出了一种效应因

子-免疫对中存在的独特抑制机制，从而有助于研发出对抗病原菌的药物。

发表文章：

Heng Zhang, Heng Zhang, Zeng-Qiang Gao, Wen-Jia Wang,Guang-Feng Liu, Jian-Hua Xu,

Xiao-Dong Su, and Yu-Hui Dong, Structure of the Type VI Effector-Immunity Complex

(Tae4-Tai4) Provides Novel Insights into the Inhibition Mechanism of the Effector by Its

Immunity Protein. J Biol Chem. 2013 Feb 22;288(8):5928-39.



56

同步辐射技术揭示纳米材料-蛋白质冠界面结构

结合同步辐射分析技术和分子动力学模拟解析纳米材料形成蛋白质冠的界面结构

纳米材料进入机体后，不可避免会吸附体液中的蛋白质分子，形成纳米材料-蛋白质冠

(nanoparticle-protein corona)，对纳米材料的生物学效应如生物毒性、体内循环、代谢、清除

及生物医学应用都产生重大影响。因此，研究纳米材料与蛋白质作用的界面结构有着重要意

义。虽然圆二色谱、核磁共振、X 射线晶体衍射等方法均为蛋白质结构研究的重要手段，但

在界面结构解析上存在诸多局限。

为了解决该难题，国家纳米科学中心陈春英课题组与吴晓春课题组及中科院高能物理所

李敬源课题组合作，应用多种同步辐射技术研究了纳米颗粒-蛋白质作用。应用 X 射线吸收近

边结构研究了模型蛋白质牛血清白蛋白 (BSA)与金纳米棒的结合方式，通过解析结合前后硫

元素的化学形态并结合分子动力学理论模拟，首次揭示了 BSA 分子中至少有 6 对二硫键被打

开，形成了 BSA 与金表面识别与结合的特定界面 (plane S)，通过 Au-S 键构成了牢固吸附的

http://www.materialsviewschina.com/wp-content/uploads/2013/12/JACS.jpg

http://www.nanoctr.cn/chenchunying/ketizu/


57

蛋白质冠。应用同步辐射微束 X 射线荧光光谱研究了金纳米棒-BSA 复合体在细胞内的转运和

降解过程，发现牢固吸附的蛋白质冠对金纳米棒表面的 CTAB 双层结构形成物理屏蔽，显著

降低了其损伤细胞膜所造成的急性毒性和坏死；在细胞内蛋白质冠降解，CTAB 双层重新暴

露增加了溶酶体膜的通透性，最终诱导细胞凋亡。该研究将同步辐射分析方法和理论模拟有

机结合，为研究纳米颗粒-蛋白质界面作用及生物学效应提供了重要的方法学，发表于《美国

化学会会志》 (J. Am. Chem. Soc. 2013,135, 17359)。同步辐射以及先进核分析技术在纳米颗粒

表征、纳米-生物界面结构分析、纳米颗粒在细胞内的可视化研究、纳米颗粒在生物体内的分

布、蓄积与转化等方面有着不可或缺的应用(Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8266-8303）。

本研究是在大科学装置(北京同步辐射装置、上海光源)和日本筑波 KEK 光子工厂的大力

支持下完成的，并得到了中国科学院、国家科技部、国家自然科学基金、欧盟第七框架计划

的资助。

发表文章：

Liming Wang, Jingyuan Li, Jun Pan, Xiumei Jiang, Yinglu Ji, Yufeng Li, Ying Qu, Yuliang Zhao,

Xiaochun Wu *, and Chunying Chen *, Revealing the Binding Structure of the Protein Corona on

Gold Nanorods Using Synchrotron Radiation-Based Techniques: Understanding the Reduced

Damage in Cell Membranes, J. Am. Chem. Soc. 2013,135, 17359.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja406924v

http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/cs/c3cs60111k

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Wang%2C+L&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Li%2C+J&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Pan%2C+J&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Jiang%2C+X&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Ji%2C+Y&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Li%2C+Y&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Qu%2C+Y&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Zhao%2C+Y&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Wu%2C+X&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja406924v#cor1

http://pubs.acs.org/action/doSearch?action=search&author=Chen%2C+C&qsSearchArea=author

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja406924v#cor2

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja406924v



58

小鼠胆总管结扎肝纤维化模型的相位衬度 X 线成像研究

肝纤维化是由各种慢性肝脏疾病时肝内细胞外基质的过度沉积导致的。肝纤维化的进展

会逐步导致肝硬化、肝衰竭及门脉高压。同时，肝纤维化也是肝细胞肝癌的高危因素。然

而，传统的影像学技术由于对软组织的成像衬度较低而无法直接显示肝脏的纤维化改变。肝

脏穿刺是目前诊断肝纤维化的金标准，但是属于有创伤的检查，而且存在各种可能的并发

症。复旦大学肿瘤医院的研究小组利用北京同步辐射装置 4W1A-成像实验站的相位衬度 X 线

成像技术清晰的显示了小鼠肝纤维化的病理改变。

他们的研究结果清晰的显示了被肝纤维化间隔包裹的肝小叶的微细结构，这些结果和病

理切片结果是高度一致的。因结扎而扩张的胆管和被肝纤维化环绕的肝小叶结构显示的非常

清晰，这些结构的直径都在数十微米尺度，传统的影像学方法尚无法显示这么微细的结果。

同时，他们的研究也显示，在肝纤维化的早期阶段，肝纤维化-主要沉积在肝脏的外围区域。

这种技术或许可以在未来替代有创伤的肝纤维化活检技术。而目前可能应用的方面包括

肝纤维化发病机制的研究，以及作为一种检测工具来评价肝纤维化药物的疗效。

图1 (a) 正常肝脏，清晰的显示了肝的血管结构. (b)胆总管结扎15天后的模型，肝纤维化主要分布在肝

脏外周区域. (c)胆管结扎 40 天后的模型，可以清晰的观察到扩张的胆管和弥漫分布的多边形结构，箭头示

扩张的胆管结构，标尺为 500 μm.

图 2 相对于图 1a, b, c 的染色（对肝纤维化进行染色）光镜照片：(a) 正常的肝脏切片；(b)胆总管结扎

15 天后的病理切片；(c) 胆总管结扎 40 天后的病理切片。

发表文章：

Zhang X, Yang XR, Chen Y, Li HQ, Li RM, Yuan QX, Zhu PP, et al. Visualising liver fibrosis by

phase-contrast X-ray imaging in common bile duct ligated mice. EurRadiol 2013, 23, 417-423.

2013年度科研 Highlights——微加工技术

59

用氯化铯纳米岛光刻技术制备微纳混合结构及其光伏应用

用表面织构化来减小对入射光的反射已经成为太阳电池生产中必不可缺少的环节。对于

传统的晶体硅太阳电池，尺寸为微米级的金字塔结构作为硅片表面的织构化已经在商业界得

到了广泛的应用。近些年来，随着纳米科技的发展，纳米阵列由于其优良的减反特性和光吸

收特性，引起了广泛注意。北京同步辐射装置 LIGA 和光刻站的研究人员将湿法腐蚀制备金

字塔技术与干法刻蚀制备纳米柱阵列技术结合在一起，在硅片表面制备了一种微纳混合结

构，并研究了该结构的减反性能及电池的光电特性，该结果发表在 2013 年第 18 卷的《Solar

Energy Materials & Solar Cells》中。

在这种微纳混合结构中，金字塔阵列的尺寸大约为 4到8微米，其表面上的纳米柱阵列的

直径为 100 到 500 纳米，深度为 0.5 到 1.5 微米，具体形貌如下图所示。这种结构的制作工艺

主要包括：首先，在抛光硅片表面，用湿法腐蚀技术制备金字塔结构，然后用氯化铯纳米岛

自组装技术结合干法刻蚀工艺在金字塔结构表面刻蚀出纳米柱阵列。

图示：金字塔结合不同平均直径的硅纳米柱阵列的 SEM 图（a）100 纳米，（b）200 纳米，（c）500

纳米。SEM 的放大倍率为 10.0K。

测试结果表明，在金字塔表面制备平均直径为 200纳米，深度为1微米的纳米柱阵列有最

低的反射率，在波长为 400到 1000纳米的波段内，它的反射率小于 5%，远远低于金字塔结构

和在抛光硅片表面制备的同等尺寸的纳米柱结构。并且，当平行光以 45º角入射时，反射光

呈现漫反射，且反射角从 10到80度的反射率都很低。制备完成表面微纳混合织构化以后，通

过三氯氧磷热扩散的方式制备 P-N 结，用丝网印刷的方式制备前后电极等工艺，完成整个太

阳电池的制作。J-V曲线测试结果表明，相比其他表面织构化的电池，这种微纳混合织构化太

阳电池有较高的光电转换效率（PCE）及短路电流密度(Jsc)，这是源于这种织构化有较好的减

反效果。同时，由于微纳混合织构化的存在，导致电极与硅片表面的接触不够良好，表面晶

格破坏严重，使得电池的串联电阻(Rss)较大，开路电压(Voc)降低。通过测量得到以下四种不

同的表面织构化太阳电池的光电转化效率分别为抛光硅片 6.08%，金字塔结构 6.45%，纳米阵

列 6.58%，和微纳混合织构化 7.05%，可以看出这种微纳混合阵列可以有效地提高太阳电池的



60

光电转化效率。

这项研究将湿法腐蚀制备金字塔技术及氯化铯纳米岛自组装技术制备纳米柱阵列的工艺

完美地结合在一起，制备出具有良好减反性能的微纳混合结构，并将此结构应用于单晶硅太

阳电池上。这种微纳混合结构及其制作工艺为制备高效太阳电池提供了一种新的方法。

发表文章：

Jing Liu, Marina Ashmkhan, Gangqiang Dong, Bo Wang, Futing Yi

*. Fabrication of micro-nano

surface texture by CsCl lithography with antireflection and photoelectronic properties for solar

cells. Solar Energy Materials & Solar Cells, 18 (2013) 93-97.

2013年度各光束线和实验站工作进展

61

2013 年度各光束线和实验站工作进展

1W1A-漫散射实验站

（1）开放运行

2013 年同步辐射两次的专用光期间，漫散射实验站为用户提供了 X 射线衍射(XRD)、X

射线反射(XRR)、掠入射 X 射线衍射(GIXRD)和掠入射小角散射(GISAXS)技术，共完成来自

中科院、国内高等院校等单位的 55 个课题。在同步辐射专用光运行中，本实验站所支持课题

的研究包括宽禁带半导体薄膜、铁基超导薄膜材料、有机薄膜材料、软物质、介孔材料等。

（2）实验站维护和实验技术发展

本年度，漫散射实验站在束线及实验设备方面的维护和进展有：（1）更换了新的真空硅；

（2）发展了掠入射模式下的低温样品环境，可开展 173K～623K 温度范围内的原位掠入射二

维变温实验；（3）完成了可用于反射驻波实验技术的 SDD 探测器离线测试。

(a) (b)

图 1 用于开展二维掠入射衍射的低温样品环境；(b)可安装在五圆衍射仪上的低温样品室（173K～

623K）。

（3）科研成果

本年度，化学所的用户利用漫散射站的二维掠入射衍射技术，分析了纯的

Bis-PDI-T-EG，PBDTTT-C-T 以及这两者 1：1 混合物的薄膜，并进行了解释。相关研究结果

发表在《先进材料》上（Adv. Mater. 2013, 25, 5791-5797）。



62

图 2 2D-GIXRD 在高效溶液处理非富勒烯有机太阳能电池材料研究中的应用

1W1B-XAFS 实验站

（1）开放运行

本年度共完成了两次专用光运行，累计时间 84天，共完成了 68个申请课题的实验研究。

实验装置运行稳定，用户群体主要来自全国各地的高校和研究所，其中化学化工领域占

30%，材料类研究占 35%，环境科学类占 25%。本年度，实验站人员和用户共发表研究论文

37 篇，平均影响因子 4.65，其中大于 5 的有 15 篇，一区文章 17 篇。

（2）实验方法的研究与推广

A）快速电子学系统 QXAFS 拓展应用

快速电子学系统 QXAFS 自 2012 年投入使用以来，运行良好，大大节省了采谱时间，提

高了实验站运行效率。2013 年继续对该系统进行了界面优化和功能扩展，目前 QXAFS 系统

可以在 1W1B 和 1W2B 两个实验站上应用；与常规采谱模式之间能够快速切换；能够周期性

循环自动采谱；实现了多种模式下进行采谱，以满足不同的实验需要。利用 QXAFS，并结合

多种实验条件和原位反应装置开展了一些动力学研究，例如低温、高温、液体等。中国科技

大学韦世强课题组利用QXAFS方法研究了金纳米团簇的结构转变过程，以及浙江大学蒋建中

课题组研究高温金属熔体中的原子间距负膨胀现象，研究结果分别发表在 JACS 2012, 134,

17997-18003 和 PNAS 2013, 110, 10068-10072。2013 年 10 月 5 日，华中农业大学冯雄汉课题

组在 1W2B实验站利用自制的液体混合反应池，结合QXAFS系统，模拟自然生态环境下亚稳

态矿物的形成和转化机制，实验原理和实验结果如下图所示。实验采用荧光模式，采集的是


63

Fe 元素的 K 边 XANES 谱，平均每个谱的采集时间为 30 秒。

图 1 实验实物图

图 2 实验结果图

B）多种模式测量表面 XAFS

图 3 表面 XAFS 测量示意图



64

如图 3 所示，我们已经实现了两种模式下的表面 XAFS 测量：

荧光模式：操作简便，适用范围广，但是噪声严重；

反射模式：更适用于多层结构的界面分析，实验解谱比较复杂。

经过一系列调试，两种模式均能开展实验，并已经取得一些好的实验结果，如图 4 所

示。

（a）荧光模式（b）反射模式

7100 7120 7140 7160 7180

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

no

rma

lize

d m

u(E

)

Energy (eV)

45

20

6

5

2

0.9

0.5

0.3

（c）光催化纳米薄膜中的 Fe 氧化态随薄膜深度变化

图 4 表面 XAFS 实验测试结果


65

1W2A-小角散射实验站

（1）开放运行

2013 年度为用户开放了兼用光和专用光模式运行。2013 年 1 至 6 月，小角站共为 17 个单

位的 23 个课题组提供了 545 小时的兼用模式机时。2013 年 6 月 9 日至 7 月 19 日，第一轮专

用光运行为 18 个单位的 27 个课题组提供专用光机时 822 小时。2013 年 9 月 22 日至 11 月 4

日，第二轮专用光运行为 24 个单位的 34 个课题组提供专用光机时 898 小时。2013 年度累计

为用户提供 2265 小时的实验机时。提供用户的实验模式有常规小角、广角、大小角联用及掠

入射小角。实验类型包括原位变温、拉伸及毫秒时间分辨等。

（2）工程进展

2013 年度小角散射站进行了以下几个方面的改造：a). 重新设计加工了小角相机支撑系

统，该支撑系统总长 6 米，结构稳定，如图 1（左）所示。台面采用双滑轨设计，保证了光束

方向设备移动的方向不变性。滑轨之上安装有多套可水平和上下调节的支架，极大地方便了

小角相机的准直，以及不同探测器之间的切换；b). 新购置的Pilatus探测器顺利通过验收，并

在专用光运行期间，为多个用户提供了毫秒量级的时间分辨小角散射实验。目前，小角散射

实验站已为用户开展流变场下高分子材料形成和结晶过程的研究提供了 30 毫秒时间分辨小角

散射测试的能力；c)．设计并制作了原位小角散射液（胶）体样品加热装置，如图 1（右）所

示。该装置采用循环水加热，可用于常温至 90oC 温度范围内液（胶）体变温过程的小角散射

原位研究。

图 1 （左）重新设计加工的小角相机支撑系统；（右）液（胶）体原位小角散射加热装置。



66

1W2B-生物大分子实验站

（1）开放运行

在 2013 年专用光期间，1W2B 共接待来自国内多个研究单位的大 87 个课题，其中生物大

分子 26 个课题，吸收谱 61 个课题，机时利用率大于 90%。

（2）科研成果

2013 年度基于 1W2B 线站总共发表了 16 篇论文（有 2 篇文章中的部分工作在 3W1A 开

展）。研究结果发表在 Nature Comm、Plos Genetic、Cell Research、JSR 等期刊上。SAMHD1

是近年来新发现的抑制爱滋病毒（HIV）的人源蛋白质分子，具有 dNTPase 活性，有可能通过

降解反转录病毒复制所需要的原料 dNTP，在某些细胞内阻断HIV的复制。目前这一蛋白质分

子已经成为HIV研究领域的新热点。高能所和天津大学合作解析了分辨率为1.8埃，同源四聚

体 SAMHD1 与变构激活体及底物 dGTP/dATP 的复合物晶体结构。这一结构表明 3 个亚基和 2

个 dGTP/dATP 分子在每个变构位点协同作用，是 dGTP 依赖性的四聚体 SAMHD1 形成的必要

条件。变构 dGTP 结合诱导了 SAMHD1 活性位点构象改变，使得其能够与底物更稳定地相互

作用，由此解释了 dGTP 诱导 SAMHD1 dNTPase 活性的机制。结果发表于 2013 年 11 月 12 日

《Nature Communications》上。

氢能作为一种清洁能源，具备热值高，不污染环境，可直接实现从化学能到电能的转换

等优点。以水为原料，太阳能作为能量来源的太阳能光分解水制备氢气是目前各国科学家共

同关心的研究领域。在光解水制氢中，金属铂一直被视为最有效的共催化剂之一，然而，其

同样会高效催化氢气的氧化反应，这一逆反应限制了催化剂光能转换效率的提升。华东理工

大学材料科学与工程学院新型清洁能源材料研究室杨化桂教授团队开发出一种新型共催化剂

材料，一氧化铂团簇，其不仅能有效地抑制氢气氧化反应，同时维持了高效的太阳能光解水

制氢性能，相关的研究结果在线发表在 2013 年 9 月 17 日《Nature Communications》上。

3W1A-生物大分子实验站

（1）开放运行

在 2013 年专用光期间，3W1A 共接待来自国内多个研究单位的 54 个课题，机时利用率大

于 90%，总共收集了超过 500 套完整的数据。

（2）科研成果

2013 年度基于 3W1A 线站总共发表了 12 篇论文，研究结果发表在 Plos Pathogen、JBC、

JV、PlosOne 等期刊上。其中来自武汉病毒所的龚鹏研究员课题组解析了分辨率为 2.6 埃的乙


67

型脑炎病毒 NS5 晶体结构，首次提供了完整 NS5 的高分辨率结构信息。该结构中甲基转移酶

与聚合酶相互作用界面的核心部分由一个疏水网络构成，其中的关键氨基酸残基在黄病毒属

中高度保守，暗示了这一界面的功能相关性，为进一步研究 NS5 的功能提供了重要依据。此

外，由于至今仍没有针对黄病毒的高效药物，这一界面的发现也为特异性针对黄病毒 NS5 的

抗病毒药物研发提供了新的方向。结果发表于病毒学权威期刊 PLoS Pathogens 上(2013, 9(8),

e1003549)。高能所董宇辉课题组解析了来源于阴沟肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌中六型分泌系统

毒素-抗毒素复合物的三维晶体结构，综合两者的相互作用方式、定点突变及小角散射等多种

信息，提出了一种新型的抑制机理，结果发表在 J. Bio.Chem 上(2013, 288(8), 5928-5939)。

3B1-LIGA、光刻实验站

（1）开放运行

2013 年共完成两轮专用光开放，共接待用户 17 个，为用户提供机时 1404 小时，其中

LIGA 站用户 15 个，纳米光刻站用户 2 个。

（2）科研成果

氯化铯纳米岛刻蚀技术及其光伏应用

氯化铯纳米岛刻蚀技术是一种分子自组装技术，是指用热蒸发技术在硅表面上蒸发上一

层氯化铯薄膜，利用氯化铯的吸水收缩性能显影，使氯化铯薄膜收缩成纳米级的半球形岛，

然后再利用非谐振型电感耦合等离子体（ICP）刻蚀的方法，将这一结构转换到其它所需要的

材料上。本研究组利用氯化铯纳米岛自组装技术，已经成功制备了平均直径在 50纳米到 1500

纳米的氯化铯纳米岛，并以此为掩模，制备得到不同形貌、尺寸、高度的硅纳米柱阵列。在

此基础上，本研究组充分利用该技术的灵活性，开创性地在硅表面制备各种形貌的纳米阵

列，如纳米螺旋、纳米孔、金字塔结合纳米柱及金字塔结合纳米孔等缤纷复杂的微纳形貌。

同时，本研究组在实验室条件下，反复摸索制备 P-N 结与制备上下电极等工艺，制备出太阳

电池器件，然后充分利用氯化铯纳米岛自主装技术制备得到各种纳米织构化太阳电池，通过

这些纳米织构化的减反特性来提高光电转换效率。太阳电池的效率由未织构化的 12.18%提高

到 15.35%。图 1 依次为应用氯化铯纳米岛刻蚀技术在硅片表面制备的各种纳米织构化及在实

验室条件下制备的表面有纳米织构化的太阳电池。



68

图 1 用氯化铯纳米岛刻蚀技术制备的各种形貌的纳米阵列：（a）大高宽比纳米柱阵列；(b)纳米锥状阵

列；（c）纳米螺旋阵列；（d）纳米孔阵列；（e）金字塔结合纳米柱阵列；（f）金字塔结合纳米孔阵列；

（g）微纳混合柱状阵列；（h）表面有纳米织构化的太阳电池。

4W1A-X 射线成像实验站

（1）开放运行

在 2013 年 6 月 9 日－2013 年 7 月 19 日专用光期间，共完成用户课题 39 个，为用户提供

实验机时 864 小时。在 2013 年 9 月 22 日－2013 年 11 月 4 日专用光期间，共完成用户课题 33

个，为用户提供实验机时 876 小时。

（2）科研进展

A）在利用余弦曲线拟合摇摆曲线的基础上，提出一种衍射增强成像的简便信息分离方法

（CFR），该方法只需采集三张图像即可分离出样品的吸收、折射和散射信息，可获得成像质

量与至少需要采集 7 张图像来进行信息分离的多图统计方法（MIR）相当的图像，研究结果见

图 2 和图 3（物理学报，62(2013)124202）。

(a) 吸收像折射像散射像


69

(b) 吸收像折射像散射像

图 2 (a)是利用余弦拟合方法（CFR）获得样品的吸收、折射和散射图像；(b)是利用多图统计方法

（MIR）获得样品的吸收、折射和散射图像。

（a）（b）

图 3 （a）两种方法获得的吸收像的定量对比研究；（b）两种方法获得的折射像的定量对比研究。

B）中国科技大学国家同步辐射实验室的田扬超研究组利用纳米分辨 CT 技术 Ni 吸收边成

像，对固体氧化物燃料电池电极材料（Ni-YSZ）的三维微结构进行研究，对比未经测试和测

试了 20 小时的 Ni-YSZ 阳极的微结构的演变并分析了其对电性能的影响，结果见图 4 和表 1。

研究结果表明，Ni 颗粒在测试过程中处于长大团聚的趋势，其连通性却变差；Ni 颗粒大小的

变化会改变电池阳极的结构，进而对其电化学性能产生影响。三相界面是电池电极的另一个

重要的结构参数，它的大小直接反应出电极电性能的好坏，经过 20 小时的测试后阳极内三相

界面长度降低。



70

图 4 （a）未测试 Ni-YSZ 的投影图；（b）未测试 Ni-YSZ 的三维重建图

表 1 未测试 Ni-YSZNi-YSZ 的各项参数

未测试 Ni-YSZ（Before testing）

Volume fractions of Ni (%) 22.5

Volume fractions of YSZ (%) 47.2

Volume fractions of pore (%) 30.3

Connected Ni (%) 97.4

Connected YSZ (%) 99.3

Connected porosity (%) 97.1

TPB length (m/cm3) 6.25 ×10

5

Connected TPB length (m/cm3) 5.58 ×10

5

4W1B-X 射线荧光微分析实验站

（1）开放运行

本年度开放两轮专用光，其中第一轮专用光时间为 2013 年 6 月 9 日-2013 年 7 月 19 日。

期间为用户提供有效机时 797.09 小时，完成课题 16 个；第二轮专用光时间为 2013 年 9 月 22

日-2013 年 11 月 4 日，为用户提供有效机时 909.26 小时，完成课题 20 个。专用光期间为用

户提供高通量微区荧光扫描：利用多层膜单色器对 X 射线实现单色化，经超环面镜一次聚

焦、多毛细管聚焦透镜二次聚焦后，实现微区荧光二维扫描分析。本次专用光期间,实验站也

进一步优化了微区 X 射线荧光 CT 方法，并取得初步进展。

实验站人员在维护设备正常运转的同时，不断完善现有实验方法，2013 年实验站在自动


71

采谱技术上又有新的举措。实验站 mapping 自动扫描测量系统在每一点自动测量时，都根据

读取的前电离室数值与事先设定的阈值比较，判定是否继续测量。这一改进不仅避免了掉光

导致 mapping 复位困难的问题，同时在有束流的注入时段还可以继续做 mapping，节省了宝贵

机时。此项创新，提高了实验效率，也使实验人员在通常几个小时连续不断枯燥的等待和疲

劳的专注中得到了解脱，也体现了实验站工作人员对用户的人文关怀。

得益于系统的稳定性和可靠性，本年度实验站用户在物理、化学、环境科学、地质矿

产、生物医学、材料科学、法学鉴定、人文考古、公共安全及其它领域等，取得了许多独特

而重要的科研和应用成果。如，开展药物、动物、植物大组织结构样品的无损成分-XRF 分

析和 mapping，已经发展成为制药、环境、生命科学等领域研究不可或缺的重要实验技术。

（2）实验技术和方法发展、用户支撑

A）微区荧光 CT 方法优化

微区荧光 CT 用于探测样品的三维元素分布情况，无需切片，直接进行三维断层扫描成

像。本年度主要改进了样品的扫描方式，按照逐圈扫描方式，对采谱程序也进行了相应的修

改。在保证用户机时的情况下，实验站利用有限的机时对荧光CT的实验方法进行完善，取得

了一定的进展。如图 1 所示。样品采用了玻璃管中注入含 Br 溶液。在积累一定实验经验后，

该方法将向用户开放。

图 1 (左) 北京同步辐射装置 4W1B 实验站荧光 CT 实验装置图；(中) 实验样品实物图；(右) 液体样品

中 Br 元素的三维成像

B）二维扫描自动判定是否有光

荧光二维扫描样品一般都在4-5个小时左右，在样品采集过程中出现掉光，可能导致一部

分数据为空点，用户数据无法处理。为解决此问题，实验站在采谱程序中加入自动判定功

能，通过读取前电离室记数，判定无光时自动停止扫描。



72

C）为用户样品准备、数据处理及文章发表提供指导手册

图 2 生物类样品切片步骤示范

为便于新用户开展荧光微区分析实验，实验站编写了样品准备相关指导教程。实验站多

数新用户无物理背景，对荧光分析方法不甚了解，针对此情况，我们将荧光分析原理、实验

数据处理方法、2008 年以后实验站用户发表文章、实验方法撰写等信息整理成册，在网上共

享。共享链接为：https://www.dropbox.com/sh/svi8yexeq49ie9x/cCo1q-Tv0N

同时，实验站人员积极参与到新用户的机时申请、实验设计、数据分析及成果发表中，

确保用户能够及时获得实验结果，推动研究进展。

（3）科研成果

A）高压 X 射线吸收谱研究研究压力到 31.7Gpa 闪锌矿结构的 ZnS

本年度度 4W1B 在实验方法学研究和应用取得了不错的成绩。近年来，我们将超环面镜

和毛细管透镜二次聚焦 X 射线聚焦光学技术，与金刚石压砧结合，在国际上首次报道能有效

抑制来自金刚石的衍射峰的新型高压 X 射线吸收谱实验系统，这得益于毛细管透镜的 X 射线

光学大发散角的特点，使得金刚石的衍射峰被有效展宽。此外，实验站工作人员还创新性地

将透射式单晶硅超薄二极管应用于测量入射/出射光通量，也有效的抑制了其在 XAFS 谱测量

在能量扫描模式下的衍射峰，这也同样得益于毛细管透镜的 X 射线光学大发散角的特点，使

得 Si、金刚石等晶体透射式的二极管探测器长期不能应用于能量扫描模式的 X 射线光通量测

量系统中的难题得以解决。这一成果发表在2013年的同步辐射专业杂志 Journal of Synchrotron

Radiation 上（J. Synchrotron Rad.,20(2013)243）。

该方法对个别用户开放的两年里，得到了 ZnS，ZnO，Ge，GeO2，GeTe，Bi2Se3，

BiFeO3 等一系列样品的高压 EXSFS 实验数据。目前实验数据正在分析中，结果将陆续发表。


73

第一个成果是北京大学巫翔教授课题组的压力到 31.7GPa 的闪锌矿结构 ZnS 高压 X 射线吸收

谱研究结果发表在 2013 年 Chinese Physics Letters 上(CHIN. PHYS. LETT. Vol. 30, No. 4 (2013)

046101)。

图 3 高压 X 射线吸收谱研究 31.7GPa 系列压力下 ZnS 局域结构变化

B) 二维扫描分析解释汞、硒在植物中的相互作用

图 4 汞、硒在植物叶上二维分布

高能所多学科中心高愈希课题组赵甲亭博士，利用 4W1B 二维荧光扫描分析，研究植物

中汞、硒相互作用机理。其主要成果已经发表在金属组学（Metallomics, 2013,5, 896）上。

C)二维扫描分析与食品科学



74

图 5 青菜中金属元素分布情况

海南大学吴蔚东课题组，利用 4W1B 二维荧光扫描分析，研究了青菜中的重金属污染情

况，其研究成果已经在农业与食品化学杂志（J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 4715−4722）上发

表。

D) 二维扫描分析在环境、药理、纳米药物等科学中的应用

图 6 藏药在老鼠肾脏中的重金属分布情况

图 7 环境污染后芦苇茎截面重金属元素的分布

来自西北和东北地区的用户利用 4W1B 的微区荧光扫描分析方法，开展了一系列新的科


75

学研究。如西北高原生物研究所魏立新课题组李岑博士对藏药机理的研究（图 5.1.10-7）、哈

尔滨工业大学王立课题组吴洁婷博士对环境污染芦苇植物的研究（图 5.1.10-8）。

4W2-高压实验站

（1）开放运行

在 2013 年的两轮专用光期间，高压站为用户提供了常规角色散衍射、角色散径向衍射、

单晶衍射等三种运行模式。专用光期间为来自 18 个单位的 27 个用户课题提供机时 1716.03 小

时（约 72 天），完成 261 个样品的测试工作。在实验站人员的努力之下，本年度专用光做到

了无故障机时运行，除了 2.8%的机时用于系统切换外，其余机时全部投入到实验运行当中。

高压实验站 2013 年共发表文章 52 篇，其中 SCI 收录 48 篇。

（2）实验技术和方法发展

高压单晶衍射实验方法：经过三年时间的摸索和改进，目前高压单晶衍射实验方法已基本

成熟，并可以向用户开放申请。目前高压单晶衍射系统的主要性能参数如下：

ω 角旋转范围：-25˚—25 ˚

建议样品尺寸: < 30 μm×30 μm×30 μm

样品到探测器距离: ~185 mm

入射 X 光能量：20 keV （0.6199 nm）

d 值范围: > 0.85 Å

样品定位精度：好于 5 μm

图 1 高压单晶衍射实验系统布局



76

4B7A-中能实验站

（1）开放运行

在2013年第一轮同步辐射专用光期间，中能站为用户提供有效机时 787小时，共完成用

户课题 17 个。在第二轮专用光期间，中能站为用户提供有效机时 837 小时，共完成用户课题

28个。在总机时中，环境科学实验占 52.2%，材料科学实验占 25.5%，探测器及滤片标定实验

占 22%。此外，中能站还为 10 个用户课题提供总计 431 小时的兼用光机时。

（2）实验方法改进

本年度，中能实验站重点完善了液态样品的吸收谱测量方法，针对不同工作能区采用不

同的液体封装方式改善感兴趣荧光信号质量并兼顾操作的便利性，目前实验在一个大气压氦

气环境下完成，在真空环境下能够进行测量是下一个目标。完成液体实验的用户机时占到了

全年总机时的 22.8%，其中代表性的成果为北京大学张天蓝课题组的液体中 Ca 的 K 边吸收谱

测量研究(Du, Bian et al. Crystal Growth & Design13(7): 3103-3109)。

4B7B-软 X 光实验站

（1）开放运行

A）软 X 射线探测器以及软 X 射线光学器件标定实验

4B7B光束线在2013年专用光中顺利的完成了中物院的探测器标定任务。在 6月专用光中

共计标定完成中物院八所 XRD71 个、各种滤片 136 个、平面镜 10 个光学元件的标定工作。

此外还完成了 18个X射线光阴极量子效率标定工作。10月完成了中物院一所闪烁体效率等标

定工作。完成标定闪烁体 50 块，滤片 51 片，X 射线平面镜 5 块。此外，我们还为中物院标定

了微通道板（MCP）不同角度情况下对软 X 射线的透过率，使其成为新型 X 射线带通元件。

4月底，为本所天体实验物理中心低能实验组进行了软X射线波段滤波片透过率测量。此

滤波片为卫星用 X 射线能谱仪的核心转置。

B）软 X 射线吸收谱学

本年度利用 10 月专用光及兼用光重点接待了苏州大学、上海大学、浙江大学、上海交大，

上海光源等用户。

苏州大学钟俊课题组发现C元素包覆的Fe2O3纳米光催化剂，分解水效率提高了4倍以上。

他们利用O元素的软X射线吸收谱表征了该型催化剂的非占据态电子结构，发现Fe2O3纳米颗

粒中的氧空穴数量与催化剂光电流正相关。而在Fe2O3纳米颗粒过程中，其外部的纳米厚度C


77

包覆层增加了Fe2O3纳米催化剂中的氧空穴数量。该文章发表于Energy &Environmental

Science2013, 6, 1965。

图 1 Fe2O3 中氧元素的 X 射线吸收谱

C）软 X 射线磁圆二色实验

在本年度中建立了简易的磁圆二色实验装置，该装置初步调试完毕，磁场强度达到

0.5T。

GaMnAs薄膜是研究较多的自旋电子学材料，但是其的 Tc转变温度约为 150K，在常温下

其为顺磁态。中科院半导体研究所王海龙研究组发现，在其表面利用 MBE 方法生长出 3.2nm

的 Fe 膜之后，发现其 Tc 增大，在室温 300K 时，Fe/GaMnAs 薄膜仍然处于铁磁相。为了弄清

该薄膜铁磁相的物理起源，其利用软 X 射线的磁圆二色实验装置对 Fe/GaMnAs 双层膜在开展

XMCD 测量。

图 2 Fe/GaMnAs 薄膜的铁磁相转变温度



78

4B8-真空紫外实验站

4B8 真空紫外光谱实验站主要开展稳态和动态真空紫外荧光光谱、圆二色谱探测，兼用

光下也可以运行。荧光光谱实验可以异地远程控制。

（1）开放运行

2013 4B8 束线除了提供夏季和秋季专用光运行(1715h)，同时提供兼用光运行（兼用机时

242h），接待 37 个用户。2013 年，4B8 束线前置镜进行了更换，光强提高 2-5 倍。

（2）实验技术和方法发展

A）真空紫外谱学进展

4B8 远程实验新突破,第一个真正意义的远程国外用户印度用户实验成功。印度用户邮件

联系、邮寄样品、在家完成荧光实验自主开发的远程操作软件系统的可靠性、连通性以及快

速响应性得到进一步验证，设计的断网自动重连功能保证实验流畅，远程系统友好性得到验

证

中山大学梁宏斌课题组在 Dalton Trans.发表一篇 inside cover 报告（图 1（a））。利用真空

紫外荧光光谱，通过远程实验，对掺杂 Eu 的稀土硼酸盐体系的发光性质进行了深入研究。

中国农业大学陈忠周组在组蛋白去甲基化酶结构和功能研究中，利用同步辐射圆二色谱

（SRCD），对野生和突变蛋白的构象进行了研究（图 1（b）），表明两者构象结构相近。

图 1（a）Eu 的稀土硼酸盐体系的发光性质进行了深入研究；（b）组蛋白去甲基化酶的 SRCD 研究

B）飞秒 X 射线衍射发展

研究组同时开展超快 X 射线探测发展。基于泵浦-探针（pump-probe）技术的超快 X 射线

衍射方法可以用来研究半导体、铁电材料、分子晶体及其他强关联材料的电荷转移、光致相

变等发生在飞秒皮秒尺度的动力学过程。发展了基于激光驱动等离子 X 光源的超快 X 射线衍


79

射探测，2013 年投入运行，接待用户，实现了飞秒分辨的超快 XRD 探测。在超晶格、氧化

物薄膜等体系上的得到应用（图 2）。

图 2 超晶格声子振荡曲线

4B9A-衍射实验站

（1）开放运行

X 射线衍射站在 2013 年度为用户提供了两轮专用光机时。第一轮专用光（2013 年 6 月 9

日至 7 月 19 日）为用户提供有效机时 743.9 小时，完成课题数 17 个。第二轮专用光（2013

年 9 月 22 日至 11 月 4 日）为用户提供有效机时 851.2 小时，完成课题数 15 个。用户实验内

容涵盖了 X 射线衍射、小角 X 射线散射和 X 射线吸收谱等。

（2）工程进展

衍射实验站利用数据读出速度在毫秒量级的 Mythen 探测器，可进行时间分辨的 X 射线衍

射全谱原位测量。目前，该探测器已投入使用，用户利用该探测器对某催化反应进行了研

究，获得了时间分辨的 X 射线衍射全谱，如图 1 所示。

图 1 某原位催化反应过程的时间分辨 X 射线衍射花样。



80

4B9B-光电子能谱实验站

（1）开放运行

光电子能谱实验装置在 2012 年 9 月通过科学院总体验收之后，其运行模式从升级改造工

程过程中状态转变为用户可用实验装置。自 2012年底到 2013年初，主要由实验站人员与在京

用户试用，寻找新设备可能存在的问题。在 2013 年上半年和下半年两次专用光期间，对用户

正式开放，进行了两轮实验研究，共有 31个课题组进行了实验研究。装置在 2013年内平稳运

行，没有出现重大的故障。

2013年度用户科技论文汇总目录

81

2013 年度用户科技论文汇总目录

序号文章题目期刊名称年份，卷（期），页

码

1

Solvent vapor assisted spin-coating:A simple

method to directly achieve high mobility from P3HT

based thin film transistors

Synthetic Metals 2013, 184, 1–4

2

Naphthalenediimide-Based Copolymers

Incorporating Vinyl-Linkages for High-Performance

Ambipolar Field-Effect Transistors and

Complementary-Like Inverters under Air

Chemistry of

Materials 2013, 25, 3589−3596

3 X-ray probe of GaN thin films grown on InGaN

compliant substrates

Applied Physics

Letters 2013,102(13),132104

4

Strain Distributions in Non-Polar a-Plane

InxGa1-xN Epitaxial Layers on r-Plane Sapphire

Extracted from X-Ray Diffraction

CHINESE

PHYSICS

LETTERS

2013, 30(9), 098102

5

Effect of Cu2O Morphology on Photocatalytic

Hydrogen Generation and Chemical Stability of

TiO2/Cu2O Composite

J. Nanosci.

Nanotechnol 2013, 13, 5104–5108

6 Large remanent polarization in multiferroic

NdFeO3-PbTiO3 thin film

Applied Physics

Letters 2013, 103, 082904

7 Large-Area, flexible imaging arrays constructed by

light-charge memories Sci. Rep. 2013, 3, 1080.

8

Effect of the Longer β-Unsubstituted

Oliogothiophene Unit (6T and7T) on the Organic

Thin-Film Transistor Performances of

Diketopyrrolopyrrole-Oliogothiophene Copolymers,

Chem. Mater., 2013, 25 (21),

4290–4296

9

An Acetylene-Containing Perylene Diimide

Copolymer for High Mobility n-Channel Transistor

in Air

Macromolecules 2013, 46(6), 2152-215

10

Enhanced performance of inverted organic

photovoltaic cells using CNTs-TIOx

nanocomposites as electron injection layer

Nanotechnology 2013, 24, 355401



82

11 Direct formation of ß phase in polyoctylfluorene thin

film via soluent vapor assisted spin-coating methed Organic Electronics 2013, 14, 897-901

12

Donor Acceptor Copolymers Containing

Quinacridone and enzothiadiazole for Thin Film

Transistors

Journal of Materials

Chemistry C 2013, 1, 2021-2027

13

Naphthalenediimide-Benzothiadiazole Copolymer

Semiconductors: Rational Molecular Design for

Air-Stable Ambipolar Charge Transport

Chemistry of

Materials 2013, 25,2178–2183

14 Scaling of the anomalous Hall effect in

perpendicular CoFeB/Pt multilayers J Appl Phys 2013, 113, 17C119

15 The anomalous Hall effect in the perpendicular

Ta/CoFeB/MgO thin films J Appl Phys 2013, 113, 17C717

16 Depth-dependent positron annihilation in different

polymers

Applied surface

science 2013, 280, 109-112

17

Stimulated emission related anomalous change of

electrical parameters at threshold in GaN-based laser

diodes

Applied Physics

Letters 2013, 102,123501

18

A Potential Perylene Diimide Dimer-Based

Acceptor Material for Highly Effi cient

Solution-Processed Non-Fullerene Organic Solar

Cells with 4.03% Efficiency

Advanced Materials 2013, 25, 5791–5797

19

The effects of a prestrained InGaN interlayer on the

emission properties of InGaN/GaN multiple

quantum wells in a laser diode structure

Chin. Phys. B 2013, 22(7), 076803

20 High-Performance Transistors Based on Zinc Tin

Oxides by Single Spin-Coating Langmuir 2013, 29 (1),151–157

21

High-mobility, air stable bottom-contact n-channel

thin film transistors based on N,N’-ditridecyl

perylene diimide

Applied Physics

Letters 2013,103(20),203303

22 Effects of He irradiation on Ti3AlC2: Damage

evolution and behavior of He bubbles

Journal of Nuclear

Materials 2013, 440, 606–61

23 Effect of high fluence Au ion irradiation on

nanocrystalline tungsten film

Journal of Nuclear

Materials 2013, 442, 189–194


83

24

Diketopyrrolopyrrole-Thiophene-Benzothiadiazole

Random Copolymers: An Effective Strategy to

Adjust Thin-Film Crystallinity for Transistor and

Photovoltaic properties

Macromolecules 2013, 46, 9211−9219

25 Active sites on hydrogen evolution photocatalyst Journal of Materials

Chemistry A 2013,1, 15258-15264

26 Unidirectional suppression of hydrogen oxidation on

oxidized platinum cluster

Nature

Communications 2013, 4, 2500

27

Structural and Catalytic Properties of Alkaline

Post-Treated Ru/ZrO2 Catalysts for Partial

Hydrogenation of Benzene to Cyclohexene

ChemCatChem 2013, 5, 2425 – 2435

28

Enhanced

luminescenceinducedbychangeofceriumoxidationstat

es in Li-codoped Lu2SiO5:Ce3+

phosphors

Materials Letters 2013, 100, 282–284

29 Lead Binding to Soil Fulvic and Humic Acids:

NICA-Donnan Modeling and XAFS Spectroscopy

Environmental

Science &

Technology

2013, 47,

11634−11642

30 NO adsorption behaviors of the MnOx catalysts in

lean-burn atmospheres

Journal of

Hazardous Materials 2013, 260, 543-551

31 Intense Blue Emission Phosphor BaCa2MgSi2O8:

Eu2+

for Fluorescent Lamps

ECS Journal of

Solid State Science

and Technology

2013, 2, R79-R81

32

A comparison of arsenic accumulation and tolerance

among four populations of Pteris vittata from

habitats with a gradient of arsenic concentration

Science of the total

Environment 2013, 442,143-151

33

Effects of Fe doping on the structures and properties

of hexagonal birnessites – Comparison with Co and

Ni doping

Geochimica et

Cosmochimica Acta 2013, 117, 1–15

34 XAFS in dilute magnetic semiconductors Dalton Transactions 2013, 42, 13779

35 Adsorption kinetic process of thiol ligands on gold

nanocrystals Nanoscale 2013, 5, 11795–11800



84

36

The Variation of Mn dopant distribution states with

x and its effect on magnetic coupling mechanism

with x in Zn1-xMnxO nanocrystals

Chinese Physics B 2013, 22, 107501

37 Application of a polycapillary X-ray optics in high

pressure XAFS Journal of Optics 2013, 15: 072601

38 Nano-inclusions: a novel approach to tune the

thermal conductivity of the In2O3

Physical Chemistry

Chemical Physics

2013, 15,

17595-17600

39

The effect of transition metal substitution on the

catalytic activity of magnetite in heterogeneous

Fenton reaction: In interfacial view

Colloids and

Surfaces

a-Physicochemical

and Engineering

Aspects

2013, 435, 28-35

40

Catalytic performance of MnOx–NiO composite

oxide in lean methane combustion at low

temperature.

Appl. Catal. B:

Environ.

2013, 129(1):

172–181

41

Ternary composite oxide catalysts

CuO/Co3O4–CeO2 with wide temperature-window

for the preferential oxidation of CO in H2-rich

stream

Chemical

Engineering Journal 2013, 234, 88-98

42

Promotional effect of Partial substitution of Zn by

Ce in CuZnAlO catalysts used for hydrogen

production via steam reforming of dimethyl ether

Journal of Power

Sources 2013, 232, 286-296

43

Domain-confined catalytic soot combustion over

Co3O4 anchored on a TiO2 nanotube array catalyst

prepared by mercaptoacetic acid induced

surface-grafting

Nanoscale 2013, 5,12144-12149

44

Dopant-Induced Modification of Active Site

Structure and Surface Bonding Mode for

High-Performance Nanocatalysts: CO Oxidation on

Capping-free (110)-oriented CeO2:Ln (Ln = La−Lu)

Nanowires

J. Am. Chem. Soc. 2013, 135,

15191−15200

45

Iron Isotope Effect and Local Lattice Dynamics in

the (Ba, K)Fe2As2 Superconductor Studied by

Temperature-Dependent EXAFS

Scientific Reports 2013, 3, 1750


85

46

Mercury speciation and mercury isotope

fractionation during ore roasting process and their

implication to source identification of downstream

sediment in the Wanshan mercury mining area, SW

China

Chemical Geology 2013, 336, 72-79

47 Synthesis and antimicrobial activity of ZnTi–layered

double hydroxide nanosheets J. Mater. Chem. B 2013, 1, 5988-5994

48 Negative expansions of interatomic distances in

metallic melts PNAS

2013, 110,

10068-10072

49 Chlorine as an Indicator in the Controllable

Preparation of Active Nano-Gold Catalyst Scientific Reports 2013, 3, 1503

50 Enhanced low-temperature activity of CO2

methanation over highly-dispersed Ni/TiO2 catalyst Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 2627

51

Ni-In Intermetallic Nanocrystals as Efficient

Catalysts towards Unsaturated Aldehydes

Hydrogenation

Chem. Mater. 2013, 25, 3888.

52 A Surface Defect-Promoted Ni Nanocatalyst with

Simultaneously Enhanced Activity and Stability Chem. Mater. 2013, 25, 1040

53

Strikingly dissimilar effect of Mn and Zn dopants

imposed on local structural distortion of

Ba0.5K0.5Fe2As2 superconductor

J. Synchrotron Rad. 2013, 20, 455–459

54

Roles of pyrolysis on availability, species and

distribution of Cu and Zn in the swine manure:

Chemical extractions and high-energy synchrotron

analysis

Chemosphere 2013, 93, 2094-2100

55

Direct Contact versus Solvent-Shared Ion Pairs in

Saturated NiCl2 Aqueous Solution: A DFT, CPMD,

and EXAFS Investigation

J. Phys. Chem. A 2013, 117, 8468−8476

56

Effects of cerium oxide catalyst on the

dehydrogenation of lithium alanate using

synchrotron XRD and XAFS

International Journal

of Hydrogen Energy

2013, 38(36),

16080–16089

57 Mn-doping induced magnetic properties in Co2CrO4

system

Phys. Status Solidi

B 2013, 250, 1287-1292

58 Arsenate and cadmium co-adsorption and Journal of 2013, 262, 55– 63



86

co-precipitation ongoethite Hazardous Materials

59 Evidence of an interlayer charge transfer route in

BiCu1-xSeO


Chemistry A 2013, 1, 12154-12158

60

The Interaction of CuS and Halothiobacillus HT1

Biofilm in Microscale Using Synchrotron

Radiation-Based Techniques


of Molecular

Sciences

2013, 14,11113-11124

61

Subcellular Distribution of Metals within Brassica

chinensis L. in Response to Elevated Lead and

Chromium Stress

JOURNAL OF

AGRICULTURAL

AND FOOD

CHEMISTRY

2013, 61, 4715−4722

62

Suppression of Bragg reflection glitches of a

single-crystal diamond anvil cell by a polycapillary

half-lens in high-pressure

Journal of

Synchrotron

Radiation

2013, 20, 243–248.

63

mercury modulates selenium activity via altering its

accumulation and speciation in garlic(Allium

sativum)+

Metallomics 2013, 5, 896

64

cellular response of E.coli upon hg2+ exposure-a

case study of advanced nuclear analytical approach

to metalloproteomics

Metallomics 2013, 5, 913

65 明代官窑釉里红瓷器 SR-XRF 微区线扫描分析核技术 2013, 070103-1；

66 阿勒泰恰夏铜矿床的富 CO2 流体与矿床成因矿床地质 2013, 323~336

67 XAFS Investigation on Zincblende ZnS up to

31.7GPa

Chinese Physics

Letters 2013, 30(4)046101

68 衍射增强成像提取多种信息的简便方法研究物理学报 2013, 62(12), 124202

69

Real-time observation on evolution of droplets

morphology affected by electric current pulse in

Al-Bi immiscible alloy


Engineering and

Performance

2013, 22(5),

1319-1323

70

Penetrating view of nano-structures in Aleochara

verna spermatheca and and flagellum by hard X-ray

microscopy and flagellum by hard X-ray microscopy

Chin. Phys. B 2013, 22(7), 076801

71 Investigation of the crystal defects in synthesized

diamond by synchrotron radiation topography

Advanced Materials

Research 2013, 721, 109-112

72 Reconstruction of the Growth History of a Large

Synthesized Diamond Crystal by Synchrotron

Advanced Materials

Research 2013, 739, 7-11


87

Topography

73 纳米 CT 成像表征锦纶 6 中 TiO2 颗粒分布状况高等学校化学学报 2013, 34(2), 269

74 Visualising liver fibrosis by phase-contrast X-ray

imaging in common bile duct ligated mice Eur Radiol 2013, 23, 417-23

75 Synchrotron-radiation X-ray Topography of the

Rapid Grown KDP Crystals

Applied Mechanics

and Materials 2013, 320, 325-328

76 X 射线成像技术在昆虫形态学研究中的应用生命科学 2013, 25(8), 771-778

77 小鼠听泡 Micro—CT 实验研究中华耳鼻咽喉头颈

外科杂志 2013, 48(8), 673-676

78 An Approach to Calculate the Directions of Crystal

Defects in Synchrotron Radiation Topography

Advanced Materials

Research 2013, 772, 566-570

79

Effects of oxygen vacancy on the electronic

structure and multiferroics in sol-gel derived

Pb0.8Co0.2TiO3 thin films

Dalton Transactions 2013, 42,

10358-10364

80 Multiferroics and Electronic Structure of

(1−x)PbTiO3–xBi(Ni1/2Ti1/2)O3 Thin Films Thin Solid Films 2013, 542, 155-159

81 Detection of Fe 3d electronic states in the valence

band and magnetic properties of Fe-doped ZnO film Chinese Physics B 2013, 22(2), 026101

82

physicochemical origin for free radition generation

of Iron oxide nanoparticles in biomicroenvironment

cadalytic activities mediated by surface chemical

states

J. phys. Chem. C 2013,117,383-392

83 In situ electronic structure study of VO22 thin film

across metal–insulator transition Chin. Phys. B 2013, 22(12), 127103

84

Luminescence, cathodoluminescence and Ce3+ /

Eu2+ energy transfer and emission enhancement in

the Sr5(PO4)3Cl:Ce3+, Eu2+ phosphor


Chemistry C 2013, 1, 7155–7165

85

A potential cyan-emitting phosphor

Sr8(Si4O12)Cl8:Eu2+ for wide color gamut

3D-PDP and 3D-FED


Chemistry C 2013, 1, 1305–1308



88

86

A high efficiency blue phosphor

BaCa2MgSi2O8:Eu2+ under VUV and UV

excitation


Chemistry C 2013, 1, 493–499

87 VUV-UV luminescence of Ce3+, Pr3+ doped and

Ce3+–Pr3+ codoped NaLa(PO3)4

Journal of

Luminescence 2013, 143, 21-26

88 Luminescence and site occupancies of Eu3+ in

La2CaB10O19 Dalton Transactions

2013, 42,

12891–12897

89 Vibronic photoexcitation spectra of irradiated spinel

MgO.nAl2O3 (n = 2) at low temperatures

Nuclear Instruments

& Methods in

Physics Research B

2013, 305(33–36)

90 VUV spectroscopic properties of Ba2Gd2Si4O13:Re

3+

(Re3+

= Ce3+

, Tb3+

, Dy3+

, Eu3+

, Sm3+

)

Materials Research

Bulletin 2013, 48, 1952–1956

91

Vacuum ultraviolet texcited luminescence properties

of Ca3Gd7(SiO4)5(PO4)O2:Re3+

(Re3+

=Tb3+

, Dy3+

)

phosphors

Journal of Physics

and Chemistry of

Solids

2013, 74, 1499–1503

92

Investigation of the luminescence properties of

Tb3+

-doped Li6Y(BO3)3 phosphors in VUV–VIS

range

Journal of

Luminescence 2013, 136, 51–56

93 Microwave Assisted Sintering of ThermallyStable

BaMgAl10O17:Eu2+

Phosphors

ECS Journal of

Solid State Science

and Technology

2013, 2 (9),

R196-R200

94

Influence of Gd3+ on the visible quantum cutting in

green-emitting silicate

Na3Gd0.9 xYxSi3O9:0.1Tb3+ phosphors

Materials Research

Bulletin 2013, 48, 2139–2142

95

Observation of efficient energy transfer from host to

rare-earth ions in KBaY(BO3)2:Tb3+ phosphor for

plasma display panel

Journal of Alloys

and Compounds 2013, 551, 485–489

96

Crystal structure refinement and luminescence

properties of Ce3+ singly doped and Ce3+/Mn2+

codoped KBaY(BO3)2 for n-UV pumped

white-lightemitting diodes

RSC Advances 2013, 3, 16534

97 Surface exciton emission of MgO crystals J. Phys. D: Appl.

Phys. 2013, 46, 365501

98 Structure-function analysis reveals a novel

mechanism for regulation of histone demethylase Cell Research 2013, 23, 225-241.


89

LSD2/AOF1/KDM1b

99

Structure of clusters and formation of amorphous

calcium phosphate and hydroxyapatite: From the

perspective of coordination chemistry.

Crystal Growth &

Design

2013, 13 (7),

3103–3109.

100

sulfur speciation and bioaccumulation in camphor

tree leaves as atmospheric sulfur indicator analyzed

by synchrotron radiation XRF and XANES

Journal of

Environmental

Sciences-China

2013, 25(3), 605-612

101 沙尘暴对上海大气颗粒物中 S、Cl、Ca 化学种态

的影响核技术 2013, 36(10),100101

102

Comparative study of sulfur utilization and

speciation transformation of two elemental sulfur

species by thermoacidophilic Archaea Acidianus

manzaensis YN-25

Process

Biochemistry 2013, 48, 1855–1860

103

The Oxidation State of Sulfur Detected in

Na2O-CaO-SiO2 Float Glass by X-ray Absorption

Near Edge Structure Spectra

Journal of

Wuhan University

of

Technology-Mater.

Sci. Ed.

2013, 28(1), 79-81

104

The Oxidation State of Sulfur on the air side surface

of soda-lime float glass as determined by X-ray

absorption nesr edge structure spectra

Materials Science

Forum

2013, 743-744,

316-322

105

Impacts of sulfur regulation in vivo on arsenic

accumulation and tolerance of hyperaccumulator

Pteris vittata

Environmental and

Experimental

Botany

2013, 85,1-6

106

Revealing the Binding Structure of the Protein

Corona on Gold Nanorods Using Synchrotron

Radiation-Based Techniques: Understanding the

Reduced Damage in Cell Membranes

J.Am.Chem.Soc. 2013, 135,

17359−17368

107 Determination of the calcium species in coal chars

by Ca K-edge XANES analysis Chinese Physics C 2013, 37, 028003

108

Calcium-promoted catalytic activity of potassium

carbonate for steam gasification of coal char:

Transformations of sulfur

Fuel 2013, 112, 687-694

109 Calcium-promoted catalytic activity of potassium

carbonate for gasification of coal char: The Fuel 2013, 112, 628-635



90

synergistic effect unrelated to mineral matter in coal

110

Electronic structure and hybridization of CaS by

means of X-ray absorption spectroscopy at Ca and S

K-edges

Journal of

Synchrotron

Radiation

2013, 20, 110-115

111

Comparison Analysis of Coal Biodesulfurization and

Coals Pyrite Bioleaching with Acidithiobacillus

ferrooxidans

The Scientific

World Journal

2013, ID 184964, 9

pages

112 石油沥青质含硫结构的 XANES 导数光谱研究燃料化学学报 2013, 41(11):

1328-1335

113 X射线探测元件在1750~3500eV能区的

标定

核聚变与等离子体

物理 2013, 33(4), 320-323

114 Facile Synthesis of Carbon-coated Hematite

Nanostructures for Solar Water Splitting Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1965-1970

115

Complementary Phosphorus Speciation in

Agricultural Soils by Sequential Fractionation,

Solution 31

P Nuclear Magnetic Resonance, and

Phosphorus K-edge X-ray Absorption Near-Edge

Structure Spectroscopy

Journal of

Environmental

Quality

2013, 42:1763-1770

116 生活垃圾焚烧物中有机碳组分研究环境科学与技术 2013, 36(6L):95-99

117

Measurement of the polarization for soft X-ray

magnetic circular dichroism at the BSRF beamline

4B7B

Chinese Physics C 2013, 37, 018001

118

Quantitative Measurement of the Proportions of

High-Order Harmonics for the 4B7B Soft-X-Ray

Source at Beijing Synchrotron Radiation Facility

Plasma Science and

Technology, 2013,15(12), 1194

119 Upgrade of beamline 3W1B at Beijing Synchrotron

Radiation Facility Chinese Physics C 2013, 37, 058001

120 An analytical model for the polarization of

synchrotron radiation in a soft X-ray region Chinese Physics C 2013, 37, 038002

121 X-Ray Magnetic Linear Dichroism of Co35Fe65

Alloy Films Annealed with and without Oxygen Gas

Chinese Physics

Letters 2013, 30, 107501

122 Multilayer-based soft X-ray polarimeter at the

Beijing Synchrotron Radiation Facility Chinese Physics C 2013, 37, 078001


91

123 Pressure accelerated 1,3-dipolar cycloaddition of

azide and alkyne groups in crystals

Chemical

Communications

2013, 49,

10130--10132

124

Pressure-induced isosymmetric phase transition in

sulfamic acid: A combined Raman and x-ray

diffraction study

THE JOURNAL OF

CHEMICAL

PHYSICS

2013, 138, 214505

125

Pressure-Induced Irreversible Phase Transition in the

Energetic Material Urea Nitrate: Combined Raman

Scattering and X-ray Diffraction Study

THE JOURNAL OF

PHYSICAL

CHEMISTRY C

2013, 117, 152−159

126

High-Pressure Stability and Compressibility of

Zircon-Type YV1−xPxO4:Eu3+ Solid-Solution

Nanoparticles: An X-ray Diffraction and Raman

Spectroscopy Study

THE JOURNAL OF

PHYSICAL

CHEMISTRY C

2013, 117(36),

18603-18612

127 Structural and Electronic Changes of SnBr4 under

High Pressure J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8381−8387

128 Pressure-induced isostructural phase transition in

Bi2Sr2CaCu2O8+δ Chinese Physics C 2013, 37 (8), 088003

129 Pressure effect on structural and vibrational

properties of Sm-substituted BiFeO_{3}

Journal of Applied

Physics

2013, 114 (15),

154110

130 Phase transformations and vibrational properties of

coronene under pressure

The Journal of

Chemical Physics

2013, 139 (14),

144308

131 Structural and vibrational properties of phenanthrene

under pressure

The Journal of

Chemical Physics

2013, 139 (10),

104302

132 Pressure-induced phase transitions of multiferroic

BiFeO3 Chinese Physics C 2013, 37(12), 128001.

133 Pressure-induced polyamorphic transitions in

ytterbium-based bulk metallic glasses Materials Letters 2013, 110, 184–187

134 High compressibility of rare earth-based bulk

metallic glasses

Applied Physics

Letters 2013, 102, 031903

135 Structural evolution of Lanthanide-based metallic

glasses under high pressure annealing.

Journal of Alloys

and Compounds. 2013, 551,185–188

136 Temperature and pressure effects of multiferroic

Bi2NiTiO6 compound J. Appl. Phys. 2013, 113, 143514

137 Superconductivity in copper intercalated topological Physica C 2013, 493,75 -76



92

compound CuxBi2Te3 induced via high pressure

138 Synthesis And Structural Stability of BiRhO3 at

High Pressure


of Modern Physics

B

2013, 27(15),

1362021

139 Stabilization of 9/10-Fold Structure in Bismuth

Selenide at High Pressures J. Phys. Chem. C 2013, 117, 10045

140 Structural stability and Raman scattering of CoPt

and NiPt hollow nanospheres under high pressure

Progress in Natural

Science: Materials

International

2013, 23(4), 382–387

141 Pressure-induced phase transitions in

single-crystalline Cu4Bi4S9 nanoribbons Chinese Physics B 2013, 22(11), 116201

142 High pressure elastic behavior of synthetic

mg3y2(sio4)3 garnet up to 9 Gpa

Advances in

materials science

and Engineering

2013, 2013, 502702

143

X-ray diffraction study of calcium-lead fluoraptite

solid solution at high pressure the composition

dependence of the bulk modulus and its pressure

derivative

High

tempertures-High

pressures

2013, 42, 69-80

144 An in situ high-pressure X-ray diffraction

experiment on hydroxyapophyllite Chin. Phys. B 2013, 22(1), 010702

145 Pressure-induced structural phase transition and

equation of state of LiTaO3

J PHYS-CONDENS

MAT 2013, 25, 215401

146 An experimental study on SrB4O7:Sm2+ as a

pressure sensor J.Appl. Phys. 2013, 113, 023507

147 Compressive behaviors of bcc bismuth up to 55 GPa Phys. Status Solidi

B 2013, 250, 1398-1403

148

High pressure strength of nanocrystalline tantalum

carbide(TaC) studied at a nonhydrostatic

compression

Int. Journal of

Refractory Metals

and Hard Materials

2013, 41, 627-630

149 Morphology-tuned phase transitions of anatase TiO2

nanowires under high pressure

Journal of Physical

Chemistry C 2013, 117, 8516-8521

150 Pressure-induced amorphization in Gd2O3/Er

3+

nanorods

Journal of Physical

Chemistry C, 2013, 117, 8503-8508

151 High pressure phase transition of ZnO/SiO2 Journal of Applied 2013, 113(5), 054314

http://link.aip.org/link/japiau/v113/i5/p054314/s1


93

core/shell nanospheres, Physics,

152 High-Pressure Behaviors of SrF2 Nanocrystals with

Two Morphologies, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 615−619

153 High pressure synchrotron x-ray diffraction and

Raman scattering studies of ammonium azide Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 121902

154 Structural transition of BaF2 nanocrystals under

high pressure Chinese Physics C 2013, 37(8), 088001

155 Indexing of multi-particle diffraction data in a

high-pressure single-crystal diffraction experiment.

Journal of applied

crystallography 2013, 46, 387–390

156 Natural occurrence of reidite in the Xiuyan crater of

China.

Meteoritics &

Planetary Science 2013, 48, 796–805

157 High-pressure synthesis and in-situ high pressure

x-ray diffraction study of cadmium tetraphosphide J. Appl. Phys. 2013, 113, 053507

158 Pressure-induced structural evolution and

amorphization in Eu3Ga5O12 J. Appl. Phys. 2013, 114, 163521

159 Radial x-ray diffraction of tungsten tetraboride to

86GPa under nonhydrostatic compression., J. Appl. Phys. 2013, 113, 033507

160 Garnet-to-Perovskite Transition in Gd3Sc2Ga3O12 at

High Pressure and High Temperature., Inorg. Chem. 2013, 52, 431−434

161 High-pressure x-ray diffraction and Raman

spectroscopy of phase transitions in Sm2O3. J. Appl. Phys. 2013, 113, 113502

162 Pressure-induced structural and vibrational evolution

in ferroelectric RInO3 (R¼Eu, Gd, Dy).,

Solid State

Commun. 2013, 173, 51–55

163 High-pressure study of PbCO3 by XRD and Raman

spectroscopy， Chinese Physics C 2013, 37(3), 038001

164 非静水压下不同强度材料的应力传递特性高压物理学报 2013, 27, 205

165 Cubic perovskite polymorph of strontium

metasilicate at high pressures

American

Mineralogist, 2013, 98,2096–2104

166 Effects of pressure on PbWO4-III

Physics and

Chemistry of

Minerals

2013, 40, 341-348

167 Pressure effect on structural and vibrational J PHYS-CONDENS 2013, 25, 365401

http://link.aip.org/link/japiau/v113/i5/p054314/s1



94

properties of Y-substituted BiFeO3 MAT

168 Pressure-induced amorphous-to-amorphous

reversible transformation in Pr75Al25

JOURNAL OF

APPLIED

PHYSICS

2013, 114, 213516

169 High pressure phase transitions and depressurization

amorphization of Bi2Fe4O9

High Pressure

Research 2013, 33(4), 745-750

170

Effect of pressure and temperature on the

wavelength shift of the fluorescence line of SrB 4O

7:Sm 2+

scale

High Pressure

Research 2013, 33(4), 725-733

171 Phase transitions in PbTe under quasi-hydrostatic

pressure up to 50GPa

High Pressure

Research 2013, 33(4),713-719

172 StructuraltransformationsincubicDy2O3 at

highpressures

Solid State

Communications 2013, 169, 37–41

173 天然黄铜矿原位高温高压 X 射线衍射研究高压物理学报 2013, 27 (6): 828-832

174 Compressibility of a natural P4/nnc vesuvianite Eur. J. Mineral. 2013, 25, 631–637

175 Modification of polymorphisms in polyvinylidene

fluoride thin films via water and hydrated salt

Journal of colloid

and interface science 2013, 401, 50-57

176

Confined Nucleation and Growth of Poly(ethylene

oxide) on the Different Crystalline Morphology of

oly(butylenes succinate) From a Miscible Blend

Macromolecules 2013, 46, 8264-8274

177

Salt-induced microphase separation in

poly(e-caprolactone)-b-poly(ethylene oxide) block

copolymer

Polymer 2013, 54, 3098-3106

178

In-situ synchrotron SAXS and WAXS investigations

on deformation and а-ß transformation of uniaxial

stretched poly(vinylidene fluoride)

Crystengcomm 2013, 15, 1597-1606

179

Novel phase change behavior of n-eicosane in

nanoporous silica: emulsion template preparation

and structure characterization using small angle

X-ray scattering

Phys. Chem. Chem.

Phys.

2013, 15,

14390-14395

180 Lyotropic Liquid Crystalline Phases of a Phytosterol

Ethoxylate in Amide Solvents Langmuir

2013, 29(35),

11013–11021

181 Formation of pyrrolidinium fatty acid soap and its

lyotropic liquid crystalline phase behavior

Colloids and

Surfaces A: 2013, 426, 55–62


95

Physicochemical

and Engineering

Aspects

182 A program for SAXS data processing and analysis Chinese Physics C 2013, 37(10), 108002

183 Using a standard sample to estimate the X-ray

wavelength of the 1W2A SAXS beamline at BSRF

Journal of

Synchrotron

radiation

2013, 20, 729–733

184

Hydrothermal Aging Mechanisms of Aramid Fibers

via Synchrotron Small-Angle X-Ray Scattering and

Dynamic Thermal Mechanical Analysis

J. APPL. POLYM.

SCI.

2013,128(2),

1291-1296

185 Hierarchical structure and biomineralization in

cricket teeth Chinese Physics C 2013, 37: 028001(1-6)

186

Shape evolution with temperature of a

thermotolerant protein (PeaT1) in solution detected

by small angle X-ray scattering

Proteins 2013, 81: 53–62

187

Cationic amphiphilic drugs self-assemble to the

core-shell interface of PEGylated phospholipid

micelles and stabilize micellar structure

Philosophical

transactions (A).

Mathematical,

physical, and

engineering sciences

2013, 371:

20120309(1-17)

188 Structural Change of Human Hair Induced by

Mercury Exposure

Environmental

Science &

Technology

2013, 47:

11214−11220

189 Structural evolution of ethylene-octene copolymers

upon stretching and onloading Macromolecules 2013,46,971-976

190

Shape and Size Controlled Synthesis of MOF

Nanocrystals with the Assistance of Ionic Liquid

Mircoemulsions

Langmuir 2013, 29,

13168−13174

191 Large-pore mesoporous Mn3O4 crystals derived

from metal–organic frameworks Chem. Commun. 2013,49, 11695-11697

192 沙特减压渣油临氮热反应过程中沥青质聚集体尺

寸变化研究燃料化学学报 2013, 41(1), 46-52

193

3-D Hexagonal Close-Packed Nano-Structure from

Self-Organization of Triblock Copolymer

Containing Lateral Ethyl Groups in the Middle of

Macromolecular

Research 2013, 21(6), 624-628



96

Rod Segment

194 Supramolecular Nanostructures from Self-Assembly

of T-Shaped Rod Building Block Oligomers

JOURNAL OF

POLYMER

SCIENCE, PART

A: POLYMER

CHEMISTRY

2013, 51, 5021–5028

195

Self-assembly of coil-rod-coil molecules into

bicontinuous cubic and oblique columnar assemblies

depending on coil chain length

European Polymer

Journal 2013, 49, 3244–3250

196

Improving the Electrochemical Performance of

Li4Ti5O12 Anode through Confinement into

Ordered Bimodal Porous Carbon Frameworks

J.Phys.Chem.C 2013,117,26889-2689

5

197

Insights into the cross-immunity mechanism within

effector families of bacteria type VI secretion system

from the structure of StTae4-EcTai4 complex.

PLoS One. 2013, 8(9):e73782

198

Structure of the Type VI Effector-Immunity

Complex (Tae4-Tai4) Provides Novel Insights into

the Inhibition Mechanism of the Effector by Its

Immunity Protein

J. Biol. Chem. 2013, 288, 5928-5939

199 Structural insights into the inhibition of type VI

effector Tae3 by its immunity protein Tai3 Biochem J. 2013, 454(1), 59-68

200

Microstructural change of degummed Bombyx mori

silk: An in situ stretching wide-angle

X-ray-scattering study

Int. J. Biol.

Macromol. 2013, 57: 99–104

201 Crystalline structures of poly(L-lactide) formed

under pressure and structure transitions with hesting Crystengcomm 2013,15,4372

202

Tensile Deformation of Oriented

Poly(ε-caprolactone) and Its Miscible Blends with

Poly(vinyl methyl ether)

Macromolecules 2013, 46(17),

6981-6990

203 Stress Induced Lamellar Thickening in

Poly(ethylene succinate) Polymer 2013, 54, 6860-6866

204

In situ studies on the temperature-related

deformation behavior of isotactic polypropylene

spherulites with uniaxial stretching: The effect of

crystallization conditions

Polymer

Engineering and

Science

2013, 53, 125-133

http://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=1FIV8verQaML8xpOXYT&page=1&doc=2&cacheurlFromRightClick=no





97

205

Competitive growth of alpha- and beta-crystals in

isotactic polypropylene with versatile nucleating

agents under shear flow

Colloid and polymer

science 2013, 291, 1913-1925

206 Local Mn structure and room temperature

ferromagnetism in Mn-doped In2O3 films Appl. Phys. Lett 2013,102, 212411

207 Correlation between oxygen vacancies and

magnetism in Fe-doped In2O3 films Appl. Surf. Sci 2013, 276, 535

208

Influence of annealing on the local structure,

magnetic and transport properties of Mn-doped SiC

films

J. Phys. D: Appl.

Phys 2013, 46, 105004

209 The local structure, magnetic and transport

properties of Cr-doped In2O3 films J. Appl. Phys 2013, 113, 153901

210 Characterization and photoluminescence of

Co-doped SiC films

J. Vac. Sci. Technol.

A 2013, 31(6) ,061512

211 Effect of Mn doping on the structural, optical and

magnetic properties of In2O3 films

J. Vac. Sci. Technol.

A 2013, 31(6) ,061515

212

Transition-metal distribution in kagome

antiferromagnet CoCu3(OH)6Cl2 revealed by

resonant X-ray diffraction

Chemical Physics

Letters 2013, 570, 37–41

213 Perpendicularly magnetized t-MnAl (001) thin films

epitaxied on GaAs

Applied Physics

Letters 2013, 102, 152405

214 Tensile deformation of polybutene-1 with stable

form I at elevated temperature Macromolecules 2013,46,518-522

215 Synthesis and structural characterization of ZnO

doped with Co J. Alloys Compd. 2013, 558: 212–221

216

Confined camella formation in

cryctalline-cryctalline poly(ethylene

oxide)-b-poly(ε-caprolactone)diblock copolymers

Chinese Journal of

Polymer Science

2013, 31(9),

1260-1270

217

The property and microstructure study of

polyimide/nano-TiO2 hybrid films with sandwich

structures

Thin Solid Films 2013,544,54–58

218

Effects of cerium oxide catalyst on the

dehydrogenation of lithium alanate using

synchrotron XRD and XAFS synchrotron XRD and

International journal

of hydrogen energy

2013, 38,

16080-16089






98

XAFS

219

Microstructure change of ZnO nanowire induced by

energetic x-ray radiation and its effect on the field

emission properties

Nanotechnology 2013,24, 275703

220

Effects of X-ray irradiation on the structure and field

electron emission properties of vertically aligned

few-layer graphene

Nuclear Instruments

and Methods in

Physics Research

Section B

2013, 304, 49-56

221 Nanoflakes Due to the Lowered Back Contact

Barrier after High Energy X-ray Irradiation

Journal of Applied

Physics 2013, 114,184306

222

Fabrication of micro-nano surface texture by CsCl

lithography with antireflection and photoelectronic

properties for solar cells

Solar Energy

Materials and Solar

Cells

2013,108, 93–97

223

Fabrication and antireflection properties of solar

cells with pyramid-nanohole texture by Cesium

Chloride lithography

Journal of Physics

D: Applied Physics 2013,46, 375302

224

Fabrication and photovoltaic properties of silicon

solar cells with different diameters and heights of

nanopillars

Energy Technology 2013,1, 139-143

225 The fabrication of silicon nano pin with CsCl nano

islands and dry etching for field emission.

Key Engineering

Materials 2013,257:10489

226 Fabrication of x-ray diffractive optical elements for

laser fusion applications Optical Engineering 2013, 52(3), 033402

227 Photothermal microactuators fabricated by LIGA

technology

Key Engineering

Materials

2013,

562-565,534-537

228 Polycapillary Xray lens for the secondaryfocusing

Beijing synchrotron radiation source. Chin. Phys. B 2013, 22(4), 44103

229 Recognition and processing of double-stranded

DNA by ExoX, a distributive 3'-5' exonuclease Nucleic Acids Res. 2013, 41(15):7556-65

230

Structural Insights into the Abscisic Acid

Stereospecificity by the ABA Receptors

PYR/PYL/RCAR

Plos One 2013, 8(7), e67477

231

Purification, crystallization and preliminary

crystallographic analysis of the 23S rRNA

methyltransferase RlmM (Cm2498) from

Acta Cryst. F, 2013, 69, 640-642.


99

Escherichia coli.

232

Structural basis for interaction between

Mycobacterium smegmatis Ms6564, a TetR family

master regulator, and its target DNA

J Biol Chem 2013, 288(33),

23687-95

233

Structure-function studies of Escherichia coli RnlA

reveal a novel toxin structure involved in

bacteriophage resistance

Mol Microbiol 2013, 90(5):956-65

234

The crystal structure of human protein α1M reveals

a chromophore-binding site and two putative

protein-protein interfaces

Biochem Biophys

Res Commun. 2013, 439(3):346-50

235

New Luminescent Ag2Au2 Heteronuclear

Alkynyl−Phosphine

Complexes and Recognition of Homocysteine and

Cysteine

Organometallics 2013,32, 4919−4926

236 Structural Basis of a Histone H3 Lysine 4

Demethylase Required for Stem Elongation in Rice Plos Genetics 2013, 9(1), e1003239

237 Crystallization and initial X-ray data of abscisic acid

receptor PYL3 in the presence of ( )-ABA Acta Cryst. F 2013, 69, 540-543

238

Crystallization and X-ray crystallographic analysis

of the cap-binding domain of influenza A virus

H1N1 polymerase subunit PB2

Acta Cryst. F 2013, 69, 280-283

239

Purification, crystallization and preliminary X-ray

diffraction analysis of effector protein MoHrip2

from Magnaporthe oryzae

Acta Cryst. F 2013, 69,463-467

240 Structure of zebrafish MO25 Acta Cryst. F 2013, 69, 989-993

241

Crystal Structure of Enterovirus 71 RNA-Dependent

RNA Polymerase Complexed with Its Protein

Primer VPg: Implication for a trans Complexed with

Its Protein Primer VPg: Implication for a trans

J virol 2013, 87(10),

5755-5768

242

Crystal Structure of the Full-Length Japanese

Encephalitis Virus NS5 Reveals a Conserved

Methyltransferase-Polymerase Interface

PLOS Pathogens 2013, 9(8),e1003549

243 Crystal structure of wild-type and mutant human

Ap4A hydrolase

Biochem Biophys

Res Commun. 2013, 432, 16-21



100

244

Expression, crystallization and preliminary

crystallographic study of GluB from

Corynebacterium glutamicum

Acta Cryst. F 2013, 69, 657-659

245 Structural insight into Golgi membrane stacking by

GRASP65 and GRASP55 J Biol Chem

2013,

288(39):28418-27

246 Structural insight into plant programmed cell death

mediated by BAG proteins in Arabidopsis thaliana Acta Cryst. D 2013, 69,934-945

247

BETS3[cu2(C2O4)3](CH3OH)2:an

organic-inorganic hybrid antiferromagnetic

metal(BETS=bisethylene(tetraselenfulvalene))

Crystengcomm 2013, 15, 3529-3535

248

Structural and Functional Characterization of K339T

Substitution Identified in the PB2 subunit

Cap-binding Pocket of Influenza A Virus.

J. Biol. Chem. 2013, 288(16):

11013-11023

249

Tip-to-tip interaction in the crystal packing of

PACSIN 2 is important in regulating tubulation

activity.

Protein & Cell. 2013,4(3): 695-701

250

Structural insight into dGTP-dependent activation of

tetrameric SAMHD1 deoxynucleoside triphosphate

triphosphohydrolase

Nature

communications 2013, 4, 2722

2013年度学术活动

101

BSRF 成功举办 X 射线成像技术及图像后处理讲习班

近年来，同步辐射 X 射线成像方法和实验技术发展迅速，越来越多的研究群体选用同步

辐射 X 射线成像技术与方法进行相关领域的科学研究。由于用户来自材料、医学、材料、生

物等不同的领域，专业背景不同，需要对 X 射线成像理论和技术有一定的了解；此外，对于

刚进入或即将进入 X 射线成像研究领域的研究人员，在样品制备和 X 射线 CT 成像数据的数

据处理等方面存在很多困惑。在用户年会上，许多用户都表示希望北京同步辐射装置(BSRF)

能针对新用户面临的问题，举办讲习班，提高Ｘ射线成像的应用水平。在中国高等科学技术中

心和北京物质科学大型仪器区域中心的资助下，2013 年 11 月 21 日至 22 日，高能所举办了 X

射线成像技术及图像后处理讲习班。

本期讲习班的内容涉及 X 射线成像基本原理、国际上最新的成像应用、BSRF 成像技术、

衍射增强 CT 成像实验方法和数据处理、纳米成像样品制备、数据采集及处理、Avizo 软件基

础知识和动画制作、Avizo 软件数据分析和图像分割等。既有北京同步辐射装置 X 射线成像站

科研人员讲授 X 射线成像基本原理和长期积累的成像实验技术，又邀请了在 X 成像获得丰硕

成果的用户专家交流图像后处理的成功经验和体会。在讲习班期间，除对几个专题进行讲解外，

还对相关内容安排了交流和讨论，并安排学员现场观摩了北京同步辐射装置 X 射线成像实验

站。

报名参加此次讲习班的用户非常踊跃，实际报名人数远超过计划招收人数，考虑到用户的

强烈呼声，最后讲习班遴选出来自 46 个单位的正式学员 101 人，还是有不少旁听人员参加了

本次讲习班，总人数接近 120 人。通过这一期 X 射线成像讲习班的学习与培训，学员对 X 射



102

线成像的基础知识、样品制备要求、实验技巧、数据分析与图像后处理等有了较为实用的了解。

学员普遍反应本次讲习班内容充实、专题设置合理、讲解内容实用，均对此次讲习班给予高度

评价，并希望 BSRF 以后能继续举办类似讲习班。讲习班主办方希望在此次讲习班的基础上，

总结成功经验和不足，使讲习班演变成为众多用户定期学习同步辐射 X 射线成像新技术和交

流研究成果的论坛，为促进国内 X 射线成像用户队伍及水平的整体提升，使同步辐射 X 射线

成像对我国科学技术的发展做出更大的贡献。

BSRF各实验站光源参数

103

BSRF 各实验站光源参数

4B9B-光电子能谱实验站

【样品处的光源参数】

能量范围：15 - 1000 eV

能量分辨率（E/△E）： ~1500

光通量（photons/s）：> 1×1010

光斑尺寸（H×V）：< 2×0.8 mm2

4B9A-衍射实验站


能量范围：4 -15 keV

能量分辨率（△E/E）：3×10-4

@ 9 keV

光通量(photons/s)：11010

@ 8 keV

光斑尺寸（H×V）：2×1 mm2

角分辨率：0.9 角秒

SAXS 可测粒度：5 - 100 nm

4B8-真空紫外实验站


能量范围：125-360 nm

带宽：0.8 nm

光通量（photons/s）：2.0×1010

@180 nm

光斑尺寸（H×V）：2×1 mm2

BSRF 各实验站光源参数



104

4B7B-软 X 射线实验站


能量范围：50 eV-1700 eV

能量分辨率（E/△E）： ~1000

光通量（photons/s）：~1×10 @ Fe L edge

光斑尺寸（H×V）：导电样品：1×0.1mm2

不导电样品：4×2 mm2



能量范围：Si(111)：2050 eV-5700 eV

InSb（111）：1750 eV-3400 eV

光通量（photons/s）：~1010

@ S K edge

能量分辨率（E/△E）：~7000 @ S K edge

光斑尺寸（H×V）： 3×1mm2

4W2-高压实验站


能量范围：10-25 keV（单色光）

5-35 keV（白光）

能量分辨率(△E/E)：7×10-4

@20 keV

光通量（photons/s）：1.2×109@20 keV

光斑尺寸（H×V）：26×8 µm2


105

4W1B-X 射线荧光微分析实验站


实验模式准单色光聚焦模式单色光聚焦模式

能量范围 8 - 15 keV 5 - 18.5 keV

能量分辨率（E/E） < 7× 10-2

< 5.5x10-4

光通量（photons/s） >1× 108 @ 15keV >1x10

10 @ 15keV

光斑尺寸（H×V） 10 µm 30、50、100 µm

XRF 检测限几十 ppm 1ppm

4W1A-X 射线成像实验站


成像模式能量范围光通量(photons/s) 空间分辨率光斑尺寸（H×V）

相位衬度成像 6~22 keV ~1010

@ 8 keV ~10 m 20×10 mm2

纳米成像 5~12 keV ~108 @ 8 keV

30 nm 10×10 m2

50 nm 15×15 m2

100 nm 60×60 m2



106

3B1- LIGA、光刻实验站


3B1A-LIGA：BM 引出的白光

3B1B-光刻：BM 引出的 1-2keV 波段的白光

3W1A-生物大分子晶体学实验站


能量范围：6 - 16 keV

能量分辨率（△E/E）： 4×10－4

光通量（photons/s）：1011

光斑尺寸（H×V）：0.8× 0.6 mm2

1W2B-生物大分子晶体学实验站


能量范围：5 - 18 keV

能量分辨率（△E/E）：优于 4×10－4

光通量（photons/s）：1012

光斑尺寸（H×V）：1× 0.6 mm2


107

1W2A-小角散射实验站


SAXS可测粒度：3 - 200 nm

角分辨率：0.5 mrad

入射X射线波长：0.154 nm

能量分辨率（△E/E）：~10-3

光通量（photons/s）：≥1×1011

光斑尺寸(H×V)：1.2 × 0.3 mm2

SAXS相机长度：5 m 以内可调

1W1B-XAFS 实验站


能量范围: 4 - 25 keV

能量分辨率（△E/E）：< 3 × 10-4

@ 9 keV

光通量（photons/s）：> 3×1011

@ 10 keV

光斑尺寸（H×V）：0.9 × 0.3 mm2

1W1A-漫散射实验站


能量范围：8.05 keV，13.9 keV

能量分辨率（△E/E）：4.4 10-4 @ 8.05 keV

光通量（photons/s）：>1×1011

@ 8.05 keV

光斑尺寸（H×V）：0.7 × 0.4 mm2



108

BSRF 各实验站/组联系方式

实验站/组名称联系人电话 Email

1W1A-漫散射实验站王焕华 010-88235994 [email protected]

1W1B-XAFS 实验站张静 010-88235980 [email protected]

1W2A-小角散射实验站吴忠华 010-88235982 [email protected]

1W2B-生物大分子实验站

刘鹏 010-88235998 [email protected]

3W1A-生物大分子实验站

3B1-LIGA、光刻实验站伊福廷 010-88235983 [email protected]

4W1A-X 射线成像实验站袁清习 010-88235990 [email protected]

4W1B-X 射线荧光微分析实验站陈栋梁 010-88235156 [email protected]

4W2-高压实验站李晓东 010-88235981 [email protected]


赵屹东 010-88235979 [email protected]

4B7B-软 X 射线实验站

4B8-真空紫外实验站陶冶 010-88235978 [email protected]

4B9A-衍射实验站吴忠华 010-88235982 [email protected]

4B9B-光电子能谱实验站奎热西 010-88235992 [email protected]

用户办公室

何伟 010-88235027 [email protected]

于梅娟 010-88236229 [email protected]

BSRF地理位置与交通

109

BSRF 地理位置与交通

一、火车

（1）北京站：乘地铁 2 号线至复兴门站，换乘地铁 1 号线至玉泉路站下车，由西北口（A 口）

出。

（2）北京西站：乘坐 373 路公共汽车至玉泉路口东站下车。

二、飞机（首都机场）

（1）乘机场大巴至公主坟站，乘出租车或 373、370、76、1、337 等公共汽车至玉泉路口东

站或玉泉路口西站下车；

（2）乘地铁机场专线至东直门站换乘地铁 2 号线，至复兴门站换乘地铁 1 号线，至玉泉路站

下车，由西北口（A 口）出。

北京正负电子对撞机国家实验室 - ihep.cas.cn · bsrf 建有3 个实验大厅，共有5...

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