本項目的科學目標是研製一套基於(yu) 可調紅外激光的能源化學研究大型實驗裝置。包括發展一套具有國際先進水平的波長連續可調、覆蓋中紅外到遠紅外的可調諧紅外自由電子激光光源，建立基於(yu) 可調紅外激光的三個(ge) 麵向能源化學基礎研究的實驗站。發展和建立基於(yu) 可調諧紅外自由電子激光光源的表界麵研究、分子結構解析和反應動力學新方法，開展從(cong) 分子體(ti) 係到團簇到表界麵真實體(ti) 係的反應機理研究，解決(jue) 能源材料化學發展的瓶頸問題。

項目研製首套基於(yu) 可調諧紅外激光的能源化學研究大型實驗裝置， 集成一台覆蓋遠紅外和中紅外波段的紅外自由電子激光光源，和麵向能源化學相關(guan) 的氣固、液固表界麵化學、團簇結構及其分子反應動力學研究的三個(ge) 實驗站。結合 IRFEL 的技術優(you) 勢，多層次、多角度來重新詮釋表界麵化學反應中的微觀過程， 以使我國表界麵物理化學研究上升到一個(ge) 新的高度。該大型實驗裝置的建成，極有希望成為(wei) 國際上相關(guan) 研究領域的一個(ge) 重要研究基地。本項目的實施對我國能源相關(guan) 的基礎科學研究的發展具有極為(wei) 重要的意義(yi) 。

研製一台具有國際先進水平紅外自由電子激光光源，該光源不僅(jin) 波段覆蓋中紅外和遠紅外、波長連續可調、脈衝(chong) 結構可控，而且能夠長期穩定可靠運行、並和實驗站高效集成，支撐實驗站完成能源化學研究中的挑戰性的紅外光檢測、光解離、光激發實驗。光源的主要技術指標如下：波長範圍：2.5μm-200μm，宏脈衝(chong) 寬度：5-10μs、重複率：10Hz、脈衝(chong) 能量：~100mJ，微脈衝(chong) 寬度：5-10ps，重 複率：2856MHz 次諧波可調、脈衝(chong) 能量：~20μJ，同步精度：宏脈衝(chong) ~1μs、微脈衝(chong) ：<1ps。

建立固/氣、固/液表界麵的高靈敏度、涵蓋遠紅外的紅外反射光譜技術，開展催化和電催化研究。利用 IREFL 在遠紅外區的超高光源強度，可以在遠紅外區獲得較好的信噪比，結合自行研製的原位反應池，對催化反應過程中如烴的選擇氧化、CO 的臨(lin) 氫轉化，以及電催化過程中如有機小分子電氧化、氧還原等燃料電池反應過程中產(chan) 生的低覆蓋度、短壽命、弱吸附中間體(ti) 物種的進行檢測，以及開展納米級分辨能力的紅外光譜研究，有望在更深層次理解表界麵化學反應的微觀過程，探明臨(lin) 氧和臨(lin) 氫反應中催化劑活性位的本質、選擇性控製的關(guan) 鍵因素和催化反應機理，以指導高性能催化劑的製備。

AFM-IR。利用 IREFL 的超高光源強度，大調諧範圍的紅外脈衝(chong) 優(you) 勢，建立固/氣、固/液表界麵具有高空間分辨的紅外反射光譜技術(AFM-IR)，能夠在獲得納米材料表麵結構信息的同時，獲得不同空間區域表麵分子振動信息，以開展微區（電）催化以及微粒組分演變研究。建成 AFM-IR 測量技術使可測低頻極限達低於(yu) 1000 cm-1、光譜分辨率 8 cm-1，空間分辨率達 50 nm。結合自行研製的原位電解池，研究真實電化學環境下，電極局部表界麵上甚至特定晶麵上電催化過程中的吸附及反應特征，將為(wei) 形貌和尺寸決(jue) 定的反應活性研究提供關(guan) 鍵性證據。同時，利用該測量技術跟蹤環保關(guan) 切的 PM0.1 到 PM2.5 微粒生長過程的組分演變，為(wei) 研究其生長機製提供譜學佐證。

用 SFG 研究表界麵分子，可以避免體(ti) 相信號的幹擾，靈敏度高，檢測速度快，而 IRFEL 可以提供高能量的紅外脈衝(chong) ，特別是在<500cm-1 時，目前隻有 IRFEL 可以提供。用 SFG 研究表界麵分子低頻振動模式的實驗，隻有結合 IRFEL 才能實現。建立SFG 光譜係統，用於(yu) 電化學和催化等複雜原位體(ti) 係，係統研究與(yu) 表麵分子構象、構型以及吸附鍵等結構直接相關(guan) 的低頻振動模式，開展表麵分子動力學過程的研究。與(yu) 紅外反射吸收光譜相結合，揭示表麵化學反應機理。

將紅外自由電子激光與(yu) 離子遷移譜、大範圍變溫離子阱（10-600 K）、高分辨反射式時間飛行質譜、以及雙紅外激光光解（pump-probe）技術相結合，開發研製出一套新的紅外光解離光譜實驗裝置，用於(yu) 與(yu) 催化、能源等相關(guan) 的團簇結構及其變化動力學研究，闡明他們(men) 與(yu) 烷烴、烯烴和醇等低鏈碳氫化合物之間的反應機理，探索團簇結構與(yu) 催化活性之間的關(guan) 係，幫助理解催化反應的本質，開展具有創新性的實驗工作。

采用紅外自由電子激光作為(wei) 激發光源來製備振動激發態分子束，並利用交叉分子束方法和兩(liang) 種相互配合的探測技術來研究振動態激發分子反應動力學。深入細致地研究分子振動量子態激發對化學反應的影響以及振動激發態分子在重要的燃燒、大氣、能源化學過程中的作用，發現振動激發態分子反應動力學中的新穎的動力學現象，在原子分子層次和量子態分辨水平上揭示處於(yu) 振動激發態分子的反應動力學規律，探索利用分子振動態調控化學反應的方法和途徑，在分子振動激發態反應動力學研究方麵有所突破，進一步擴大我國在反應動力學研究領域的優(you) 勢地位。