光解水催化劑的受激結(jié)構(gòu)調(diào)控的原位同步輻射研究

★寬波段:同步輻射光的波長覆蓋面大，具有從遠(yuǎn)紅外、可見光、紫外直到 X射線范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，并且能根據(jù)使用者的需要獲得特定波長的光。

★高準(zhǔn)直:同步輻射光的發(fā)射集中在以電子運(yùn)動方向為中心的一個很窄的圓錐內(nèi)，張角非常小，幾乎是平行光束，堪與激光媲美。

★高偏振:從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光在電子軌道平面上是完全的線偏振光，此

外，可以從特殊設(shè)計的插入件得到任意偏振狀態(tài)的光。

★高純凈:同步輻射光是在超高真空中產(chǎn)生的，不存在任何由雜質(zhì)帶來的污染，是非常純凈的光。

★高亮度:同步輻射光源是高強(qiáng)度光源，有很高的輻射功率和功率密度，第三代同步輻射光源的 X射線亮度是 X光機(jī)的上千億倍。

★窄脈沖:同步輻射光是脈沖光，有優(yōu)良的脈沖時間結(jié)構(gòu)，其寬度在10-11~10-8秒(幾十皮秒至幾十納秒)之間可調(diào)，脈沖之間的間隔為幾十納秒至微秒量級，這種特性對"變化過程"的研究非常有用，如化學(xué)反應(yīng)過程、生命過程、材料結(jié)構(gòu)變化過程和環(huán)境污染微觀過程等。

★可精確預(yù)知:同步輻射光的光子通量、角分布和能譜等均可精確計算，因此它可以作為輻射計量---特別是真空紫外到 X射線波段計量---的標(biāo)準(zhǔn)光源。

此外，同步輻射光還具有高度穩(wěn)定性、高通量、微束徑、準(zhǔn)相干等獨(dú)特而優(yōu)異的性能。

利用上海同步輻射裝置的高亮度、短波長的同步輻射光在空間分辨上的優(yōu)勢，將可以進(jìn)行許多前沿學(xué)科的探索。生物學(xué)家依托同步輻射光，能獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系;而通過對病毒外殼蛋白、癌癥基因及其表達(dá)物等病原三維結(jié)構(gòu)的詳細(xì)了解，有望設(shè)計出能與該病原特異結(jié)合的藥物小分子，以阻斷病原對細(xì)胞的感染，或抑制其致病的功能，這就是基于分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計新概念。材料科學(xué)家利用同步輻射光，可以清楚地揭示出材料中原子的精確構(gòu)造和有價值的電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)等信息，它們既是理解材料性能的"鑰匙"，也是設(shè)計新穎材料的原理來源，所以材料科學(xué)家和他們所服務(wù)的企業(yè)成了第三代同步輻射光源的大用戶。

利用上海同步輻射裝置的高亮度、窄脈沖的同步輻射光在時間分辨上的優(yōu)勢，將可以實(shí)現(xiàn)在分子水平上直接觀察生命現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動過程。對于生命科學(xué)來說，靜態(tài)地了解生物大分子或生物體的結(jié)構(gòu)只是第一層次的研究，生物大分子或生物體結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時觀察則是更高層次的研究。上海同步輻射裝置為這一類動態(tài)過程的研究開啟了大門，預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來，人們將有可能像看電影那樣直接觀察生物大分子之間相互作用的精細(xì)過程，生命科學(xué)的研究將進(jìn)入一個嶄新的天地。對于材料科學(xué)來說，上海同步輻射裝置將可以使我國材料科學(xué)家獲得發(fā)生在原子水平的材料形成過程的動態(tài)圖像，這些過程包括生長機(jī)制、相變過程、固態(tài)作用、裂縫擴(kuò)散、高分子聚合物硬變、交界面過程和其他與時間相關(guān)的過程，它們是發(fā)明優(yōu)秀新材料不可或缺的"源頭信息"。而對于作為同步輻射光源的基本用戶的化學(xué)科學(xué)來說，上海同步輻射裝置將是我國化學(xué)科學(xué)躋身世界前列的必不可少的現(xiàn)代工具，將使我國化學(xué)科學(xué)家可以直接觀測小至1立方微米的化學(xué)樣品在化學(xué)反應(yīng)期間原子的重新排列和位置，跟蹤發(fā)生在快于10-9秒(十億分之一秒)的化學(xué)過程，在最基礎(chǔ)的水平上掌握形成新化學(xué)產(chǎn)品的整個過程。

利用上海同步輻射裝置的高亮度、能量可選的同步輻射光，將大大提高對生命體內(nèi)結(jié)構(gòu)與形態(tài)的觀察精度。通過同步輻射 X光顯微成像和斷層掃描成像技術(shù)能夠直接獲取活細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖像。基于上海同步輻射裝置強(qiáng)度高、能量可選的 X射線，發(fā)展起來的"雙色減影心血管造影"新技術(shù)，可以為心血管病的早期診斷提供安全、快速、高清晰的診斷方法。最近，利用第三代同步輻射 X光源射線橫向相干性好的特性，發(fā)展了 X射線相位反襯成像技術(shù)，能夠清晰地拍攝出吸收反襯很弱的軟組織如血管、神經(jīng)等的照片，有望發(fā)展出不需要造影劑的"心血管造影術(shù)"。

利用上海同步輻射裝置在空間分辨、時間分辨上的優(yōu)勢，將大大促進(jìn)和加快我國的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究。在過去的十多年里，基因測序是生物學(xué)的熱門話題，人類基因組測序已完成，但這只是生命科學(xué)進(jìn)入新時代的開端。因為要從根本上掌握生命現(xiàn)象基本規(guī)律，必須了解基因載體---蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)，破解其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。測定蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的最有效的手段是 X射線蛋白質(zhì)晶體衍射。由于蛋白質(zhì)晶體體積小(幾十個微米)，且分子數(shù)目少，要求所用的 X射線光具有高亮度。如用 X光機(jī)束測一套蛋白質(zhì)晶體衍射數(shù)據(jù)的話，需要幾十個小時;用二代光源，需要幾十分鐘;用第三代光源則只要幾秒鐘。另外，同步光源還具有短脈沖(小于100皮秒)時間結(jié)構(gòu)，為實(shí)時觀測生物分子結(jié)構(gòu)動態(tài)變化過程提供了可能性，將把生命科學(xué)研究帶入一個嶄新的時代。

同步輻射光源已經(jīng)成為材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的一種最先進(jìn)的、不可替代的工具，并且在電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、生物工程和微細(xì)加工工業(yè)等方面具有重要而廣泛的應(yīng)用。上海同步輻射裝置將成為我國迎接知識經(jīng)濟(jì)時代、創(chuàng)立國家知識創(chuàng)新體系的必不可少的國家級大科學(xué)裝置。