近日，我院赵微团队在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上发表题为“Imaging of Electrochemically Programmed Single-Molecule Reactions”的研究论文。

单分子电化学研究能够揭示传统宏观测量所掩盖的反应动力学特征与界面活性异质性。然而，现有单分子研究方法常常依赖极低的反应物浓度、微小反应空间或物理限域，以实现单分子反应事件的有效分离。这类方法依赖对随机反应事件的被动观测，难以精确调控反应发生的时间与概率，也限制了单分子电化学研究在常规溶液环境和复杂界面中的应用。

针对这一挑战，赵微教授团队提出了电化学可编程单分子反应（PSMR）新策略，推动单分子电化学研究从被动观测转向主动调控。该方法通过精确调节电位脉冲的幅度与宽度，分别控制反应驱动力和反应时间窗口，将连续的界面电子转移过程离散化为一系列独立、可重复的反应事件，实现单分子反应概率的主动调节。结合单光子电化学发光显微成像，将离散反应事件转化为可计数的光子信号，在常规溶液体积和反应物浓度下实现了单分子反应的定量成像，突破了传统单分子检测对极低浓度和空间限域的依赖。时间离散化不仅改变了电化学反应的测量方式，也为界面本征反应动力学研究提供了新的测量窗口。PSMR利用超短脉冲捕捉反应起点，突破扩散限制，实现任意电位下成像单颗粒界面电子转移速率和本征活性。通过累积循环大幅度提升成像灵敏度，实现5 nm单颗粒活性解析。在此基础上，研究团队结合单分子定位显微成像（SMLM）和超分辨径向涨落（SRRF）算法，实现了单颗粒反应位点的精确定位及纳米界面反应活性的超分辨重构。

该研究建立了集反应概率调控、瞬态动力学测量和空间活性解析于一体的单分子电化学成像新方法。这一研究为深入认知电极界面电子转移过程、揭示纳米催化剂局域活性异质性，以及探索复杂界面中的分子反应机制提供了新的研究思路。

论文链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c16376

上海大学为该论文唯一通讯单位，赵微教授为论文唯一通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助。