翁羽翔——中国科学院物理研究所研究员

翁羽翔，男，1964年4月生，研究员，博士。现任中国科学院物理研究所研究员，博士生导师，软物质科学实验室副主任。中国科学院大学基础物理教研室主任。中科院“**计划”入选者。

教育及工作经历：

1985年和1988年先后获华东师范大学化学系学士和硕士学位。

1993年获中国科学院物理研究所博士学位。

1994－1999年分别在香港大学和美国Emory大学从事博士后研究工作。

1999年入选中国科学院物理研究所“**计划”。

2001-2003日本关西学院大学JSPS短期访问教授。 　

2004年1月担任中国科学院物理研究所软物质物理实验室SM06组课题组长。

2009年获国家“杰出青年基金”支持。

学术兼职：

1、《物理》杂志编委。

教授课程：

现代生物物理前沿系列讲座。

光物理前沿系列讲座。

招生信息：

招生专业

070207-光学

070304-物理化学（含：化学物理）

071011-生物物理学

招生方向

时间分辨超快激光光谱学

光合作用及模拟系统能量转移过程

蛋白质动态结构

培养研究生情况：

毕业博士、硕士生19人（含联合培养4人），出站博士后2名。在读博士研究生7名，硕士研究生1名。

研究方向：

从事化学系统及生物大分子体系的电荷转移过程的超快时间分辨光谱研究、非线性光学过程、界面反应动力学探测等方面的研究。

目前正在开展蛋白折叠的温度－阶跃（T-jump）时间分辨激光红外光谱研究。

研究领域：

时间分辨超快激光光谱技术；光合作用系统及人工模拟系统（太阳能电池）能量和电荷转移的超快光谱；蛋白质动态结构及快速折叠动力学研究，界面电荷转移动力学研究。

过去的主要工作及获得的成果：

以物理学方法和手段为基础，开展生物物理及物理化学的交叉科学研究工作。主要研究方法为时间分辨超快激光光谱，建立先进的研究设备，发展新的研究方法，并开展光合系统及模拟系统能量和电荷转移的超快光谱研究。发展了基于非线性光参量放大技术的飞秒瞬态荧光光谱测量方法；应用X射线小角散射方法确定了光合细菌外周捕光天线膜蛋白的溶液态拓扑结构，应用超快光谱证明纳米粒子与光合膜蛋白的相互作用。开展光合膜蛋白结构畸变的力学理论研究、激子态传能效率研究；理论结果实验相符。开展了均相及界面间电荷转移过程的研究，实验验证了与理论十分吻合的分子间电荷转移反应的Marcus 反转现象。研究了TiO₂纳米胶体的尺度效应对界面电荷复合过程的影响，并以光合反应系统为模拟对象，开展了TiO₂/染料纳米化学太阳能电池的仿生研究，实现了光合作用光保护功能三线态传能的人工模拟，提出了电荷复合到三线态的机制，并应用飞秒时间分辨光谱加以证实。发展了瞬态分子探针技术，对分子在TiO2表面组装的化学键合形态做了定量的表征。 在J. Am. Chem. Soc., PRL, Biophysics Journal, J. Phys.Chem. B, J. Chem. Phys. 等刊物上发表论文五十多篇。

研究课题及展望：

目前已经建成了纳秒时间分辨可见光波段瞬态吸收光谱仪，处于国际先进水平的飞秒时间分辨瞬态可见光吸收光谱仪。研制了脉宽为19飞秒的光参量激光器，已经完成用于研究蛋白质快速折叠动力学的纳秒脉冲升温时间分辨红外光谱仪的研制。 目前的主要研究方向是建立发展准单光子的光－光放大技术，实现飞秒时间分辨的荧光光谱测量及近红外波段的单线态氧激发态测量。实验上已经将单光子放大推进到在150飞秒脉宽内对11个荧光光子进行激光放大。 应用纳秒脉冲升温（Temperature-jump）时间分辨红外光谱研究蛋白质快速折叠动力学，并已成功地将该技术用于蛋白质动态结构变化的测定。开展光合系统及光合模拟系统的能量和电荷转移的超快动力学研究；半导体纳米粒子和吸附分子间光诱导界面电荷转移过程的理论和实验研究。

主要课题

1.　蛋白质动态结构及其生物学功能的时间分辨中红外光谱研究，主持，国家级，2015-01--2019-12。

2.　溶液中膜蛋白LH₂的拓扑结构及激子态LH2的拓扑形变。

3.　界面电子复合及TiO₂表面性质的分子探测器。

4.　蛋白质折叠动力学纳秒时间分辨中红外光谱研究。

5.　飞秒时间分辨瞬态荧光光谱仪：将一个非相干的荧光光子转化为106个相干光子。

6.　描述花卉形态的数理方法。

7.　飞秒非共线光参量放大器。

      发明专利：  

	专利名称	发明人	申请人	来源数据	申请日	公开日
1	一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪	翁羽翔;毛鹏程;王专	中国科学院物理研究所	中国专利	2016-02-24	2016-05-18
2	微量样品池	朱刚贝;李运良;李得勇;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2015-04-08	2015-07-22
3	中红外光谱仪	李得勇;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2015-03-31	2015-07-01
4	多晶薄膜形貌的测量方法及测量装置	何小川;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2015-03-17	2015-06-24
5	一种半导体材料能隙中间态能级的测量方法	翁羽翔;米阳	中国科学院物理研究所	中国专利	2015-01-04	2015-05-13
6	中红外光谱仪	李得勇;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2014-12-05	2015-04-01
7	一种基于光参量放大的飞秒时间分辨多道锁相荧光光谱仪	翁羽翔;党伟;王专;于清旭;陈珂;毛鹏程;王云鹏	中国科学院物理研究所	中国专利	2014-05-28	2014-09-17
8	一种非共线光参量放大荧光光谱仪	翁羽翔;党伟;陈海龙;王专	中国科学院物理研究所	中国专利	2012-06-15	2012-10-10
9	基于单光子计数的瞬态荧光寿命测量方法及测量系统	黄晓淳;李得勇;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2011-01-11	2012-07-18
10	一种激光能量探测器	黄晓淳;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2010-11-25	2012-05-30
11	产生用于超快光参量放大器的高稳定度超连续白光的方法	于志浩;翁羽翔	中国科学院物理研究所	中国专利	2008-11-20	2009-06-03
12	耐高温耐压带有石英窗口的光化学反应器	翁羽翔;张建平	中国科学院物理研究所	中国专利	1992-04-09	1993-05-19

出版专著：

1、《超快激光光谱原理与技术基础》，翁羽翔，陈海龙 等编著，出版社：化学工业出版社，出版时间：2013年07月。

发表论文： 

2016

1 冷轩; 王专; 翁羽翔 光合捕光天线系统的进化模式与能量传递 植物生理学报 2016/11

2 党伟; 廖清; 毛鹏程; 付红兵; 翁羽翔 Lasing dynamics study by femtosecond time-resolved fluorescence non-collinear optical parametric amplification spectroscopy Chinese Physics B 2016/05

3 翁羽翔 分子作用一小步,光电性质一跨步——有机共轭小分子晶体薄膜中存在半导体本征光生自由载流子的实验证明 物理 2016/02

2015

4 何小川; 杨建兵; 闫东航; 翁羽翔 New method for fast morphological characterization of organic polycrystalline films by polarized optical microscopy Chinese Physics B 2015/07

5 翁羽翔 把简单的事情复杂化叫文化,把复杂的事情简单化是效率——Mind Concert Academic Salon学术讨论侧记 物理 2015/02

6 张权; 翁羽翔 金纳米粒子降低吸附态细菌叶绿素a荧光量子效率的机理研究 光散射学报 2015/01

2014

7 Shanshan Li, Rui Wang, Deyong Li, Jing Ma, Heng Li, Xiaochuan He, Zengyi Chang & Yuxiang Weng;Thermal-triggerd Proteinquake Leads to Disassembly of DegP Hexamer as an Imperative Activation Step; Scientific Reports Volume: 4, Article number: 4834

8 Qing Liao, Zhenzhen Xu, Xiaolan Zhong, Wei Dang, Qiang Shi, Chao Zhang,Yuxiang Weng, Zhiyuan Li and Hongbing Fu;An organic nanowire waveguide exciton–polariton sub-microlaser and its photonic application; J. Mater. Chem. C, 2014, 2,2773

9 Likun Li, Xianyao Zhang, Xiaochuan He, Wenxin Lu, Liguo Yang, Yongzhong Bian, Yuxiang Weng, Jianzhuang Jiang; C60-modified mixed (phthalocyaninato)(porphyrinato) yttrium(III)double-decker complex: Synthesis, characterization, and photophysical properties; Dyes and Pigments 102 (2014) 257e262

10 Qing Liao, Zhenzhen Xu, Xiaolan Zhong, Wei Dang, Qiang Shi, Chao Zhang, Yuxiang Weng, Zhiyuan Li and Hongbing Fu; Organic nanowire waveguide exciton-polariton submicrolaser and its photonic application; J. Name., 2012, 00, 1‐3

2013

11. Zhu, M.; Mi, Y.; Zhu, G.; Li, D.; Wang, Y.; Weng, Y., Determination of Midgap State Energy Levels of an Anatase TiO₂ Nanocrystal Film by Nanosecond Transient Infrared Absorption–Excitation Energy Scanning Spectra. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 117 (37), 18863-18869.

22 Zhu, M.; Zhu, G.; Weng, Y., Carrier Recombination-Incited Substrate Vibrations After Pulsed UV-Laser Photolysis of TiO2 Thin Single-Crystal Plate and Nanoparticle Films. Applied spectroscopy 2013, 67 (5), 506-512.

13 Dang, W.; Mao, P.; Weng, Y., Coherent photon interference elimination and spectral correction in femtosecond time-resolved fluorescence non-collinear optical parametric amplification spectroscopy. Review of Scientific Instruments 2013, 84 (7), 073105-073105-6.

14 党伟, 王专, 翁羽翔, 飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术,中国科学， 43， 1713-1729，2013.

15 Shan-shan Li, Ying-ying Yu, De-yong Li, Xiao-chuan He, Yong-zhen Baob, Yu-xiang Weng, Thermal-induced Unfolding of-Crystallin and Disassembly of its Oligomers Revealed by Temperature-Jump Time-Resolved Infrared Spectroscopy, CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS， 26,739-746， 2013.

16 Cui, X.; Jiang, G.; Zhu, M.; Zhao, Z.; Du, L.; Weng, Y.; Xu, C.; Zhang, D.; Zhang, Q.; Wei, Y.; Duan, A.; Liu, J.; Gao, J., TiO2/CdS composite hollow spheres with controlled synthesis of platinum on the internal wall for the efficient hydrogen evolution. International Journal of Hydrogen Energy 2013, 38 (22), 9065-9073.

17 Zhang, Y.; Li, B.; Xu, Y.; Li, H.; Li, S.; Zhang, D.; Mao, Z.; Guo, S.; Yang, C.; Weng, Y.; Chong, K., The Cyclophilin CYP20-2 Modulates the Conformation of BRASSINAZOLE-RESISTANT1, Which Binds the Promoter of FLOWERING LOCUS D to Regulate Flowering in Arabidopsis. Plant Cell 2013, 25 (7), 2504-2521.

18 翁怡然; 翁羽翔 关于“光在介质中传播是波长还是频率发生改变”的对话 物理 2013/04

2012

19 Hailong Chen，Wei Dang • Jie Xie，Jingquan Zhao，Yuxiang Weng，Ultrafast energy transfer pathways in R-phycoerythrinfrom Polysiphonia urceolata，Photosynth Res (2012) 111:81–86

20 翁羽翔，《美丽是可以表述的》后记，物理，41卷 (2012) 6期，410-411

21 Du, L.-C.; Huang, Y.-F.; Ren, B.; Weng, Y.-X., Photosynthetic Bacterial Light-Harvesting Antenna Complexes Adsorbed on Silica Nanoparticles Revealed by Silica Shell-Isolated Au Nanoparticle-Enhanced Raman Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry C 2012, 116 (12), 6993-6999.

22 王云鹏, 王专, 翁羽翔, 凝聚相分子振动量子拍的20 fs 时间分辨光谱实时观测,科学通报，57， 2895-2898,2012.

2011

23 Johns, Valentine K.;Shi, Zheng;Dang, Wei; McInnis, Matthew D.;Weng, Yuxiang;Liao, Yi ;Photo Retro-Diels-Alder Reactions;JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A;2011,115(28),P:8093-8099

24 hen, HL; Weng, YX; Li, XY;Ultrafast Energy Transfer in Artificial Antenna Molecule Measured by Transient Fluorescence Spectroscopy;Chinese Journal of Chemical Physics;2011;24(3),P:253-255

25 Huang, XC; Guo, XZ；Weng, YX；A high performance pulse energy detector for Q-switched laser based on photoacoustic effect；REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS；2011，82(4)

26 翁羽翔 小小杯咖啡,理含大宇宙 物理 2011/05

2010

27 Wang, L; Zhao, H; Pan, LY; Weng, YX; Nakato, Y; Tamai, N；Ultrafast Carrier Dynamics of Titanic Acid Nanotubes Investigated by Transient Absorption Spectroscopy；2010，10(12),P: 8349-8355

28 Yu Zhihao; Weng Yuxiang;Spatial distribution of carrier-envelope phase for femtosecond pulsed laser beam profile determined by asymmetric spectral interferometry;OPTICS LETTERS;2010,35(13),P: 2275-2277

29 Yu ZhiHao; Weng YuXiang；nterference pattern generation and simulation in the single beam of a white light continuum；Science China-Physics Mechanics& Astronomy；2010,53(6);P:1060-1064

30 Chu Qian-Jin; Weng Yu-Xiang；Structure-dependent wavelike energy transfer on pigment rings of individual light-harvesting-2 complexes from photosynthetic bacteria；Physical review E；2010，81(4)

31 翁羽翔 海藻光合天线常温量子相干态传能研究简评 物理 2010/05

2009

32 Chen, H.L., Y.X. Weng, and J.Y. Zhang., Noncollinear optical parametric amplifier based femtosecond time-resolved transient fluorescence spectra: characterization and correction. Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics, 2009. 26(8): p. 1627-1634.

33 Du, S.F., Y.X. Weng et al., Characterization of ultra-weak fluorescence using picosecond non-collinear optical parametric amplifier. Optics Communications, 2009. 282(9): p. 1884-1887.

34 Li, H., Y.X. Weng et al., Thermal-Induced Dissociation and Unfolding of Homodimeric DsbC Revealed by Temperature-jump Time-Resolved Infrared Spectra. Biophysical Journal, 2009.

35 Li, H., Y.-y. Xu, and Y.-X. Weng, Infrared Absorption Intensity Analysis as a New Tool for Investigation of Salt Effect on Proteins. CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, 2009. 22(6).

36 Wang, Y., et al., Fluorescence Quenching in a Perylenetetracarboxylic Diimide Trimer. Journal of the American Chemical Society, 2009. 131(1): p. 30-31.

37 Yu, Z.H., Y.X. Weng et al., Nonlinear chirp effect introduced by Kerr medium as optical switches in ultrafast time-resolved measurements. Optics Letters, 2009. 34(7): p. 1117-1119.

38 李恒; 柯慧敏; 任国平; 叶满萍; 翁羽翔; 王志珍 脉冲升温-时间分辨中红外光谱研究蛋白质折叠动力学进展 生物物理学报 2009/S1

2008

39 Han, X.-F.,Y.X. Weng et al., Single-photon level ultrafast all-optical switching. Applied Physics Letters, 2008. 92(15): p. 151109-3.

40 Zheng, Q.S.,Y.X. Weng et al., Self-retracting motion of graphite microflakes. Physical Review Letters, 2008. 100(6).

41 Xu, W., Y.X. Weng et al., Photoinduced electron and energy transfer in dyads of porphyrin dimer and perylene tetracarboxylic diimide. Chemphyschem, 2008. 9(10): p. 1409-1415.

42 Hao, Y.Q., Y.F. Wang, and Y.X. Weng, Particle-size-dependent hydrophilicity of TiO2 nanoparticles characterized by Marcus reorganization energy of interfacial charge recombination. Journal of Physical Chemistry C, 2008. 112(24): p. 8995-9000.

43 Han, X.F., Y.X. Weng et al., Observation of delayed fluorescence in CdSxSe1-x nanobelts by femtosecond time-resolved fluorescence spectroscopy. Applied Physics Letters, 2008. 92(3).

44 Yin, X., Y.X. Weng et al., The effect mechanism of 4-ethoxy-2-methylpyridine as an electrolyte additive on the performance of dye-sensitized solar cell. Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects, 2008. 326(1-2): p. 42-47.

45 Weng, Y.X., X.F. Han, and L.Y. Zhang, Determination of the detection limit for a noncollinear optical parametric amplification-gated femtosecond time-resolved fluorescence spectrometer - Reply to the Comment on "Ultrasensitive femtosecond time-resolved fluorescence spectroscopy for relaxation processes by using parametric amplification". Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics, 2008. 25(10): p. 1627-1631.

46 王鹏业; 李明; 翁羽翔 生物软物质研究的新进展 物理 2008/06

2007

47 Qian-Jin, C., Y. Hua-Wei, and W. Yu-Xiang, Coherent excitons at different orientation arrangements of local transition dipole moments in circular light-harvesting complexes. Chinese Physics, 2007. 16(10): p. 3052-3058.

48 Zhao, H., Q. Zhang, and Y.-X. Weng, Deep Surface Trap Filling by Photoinduced Carriers and Interparticle Electron Transport Observed in TiO₂ Nanocrystalline Film with Time-Resolved Visible and Mid-IR Transient Spectroscopies. The Journal of Physical Chemistry C, 2007. 111(9): p. 3762-3769.

49 Ye, M.P.,Y.X. Weng et al., Infrared spectroscopic discrimination between the loop and alpha-helices and determination of the loop diffusion kinetics by temperature-jump time-resolved infrared spectroscopy for cytochrome c. Biophysical Journal, 2007. 93(8): p. 2756-2766.

50 Man-ping, Y., Y.X. Weng et al., Intermolecular Hydrogen Bonds Formed Between Amino Acid Molecules in Aqueous Solution Investigated by Temperature-jump Nanosecond Time-resolved Transient Mid-IR Spectroscopy. Chinese Journal of Chemical Physics, 2007(4): p. 461.

51 Du, L.-C. and Y.-X. Weng, Photoinduced Charge Recombination at Dye-Sensitized Individual TiO2 Nanoparticles and Its Application in Probe for the Local Polarity Change around the Nanoparticle in Solution. The Journal of Physical Chemistry C, 2007. 111(12): p. 4567-4577.

52 Bian, Y.Z., Y.X. Weng et al., Porphyrin-appended europium(III) bis(phthalocyaninato) complexes: Synthesis, characterization, and photophysical properties. Chemistry-a European Journal, 2007. 13(15): p. 4169-4177.

53 Han, X.-F., Y.X. Weng et al., Ultrasensitive femtosecond time-resolved fluorescence spectroscopy for relaxation processes by using parametric amplification. J. Opt. Soc. Am. B, 2007. 24(7): p. 1633-1638.

54 翁羽翔, 光合作用原初过程能量和电荷超快传递过程原理浅析. 物理, 2007.

55 光合作用原初过程能量和电荷超快传递过程原理浅析 翁羽翔 物理 2007/11

2006 及之前

56 Lu-Chao, D., Y.X. Weng et al., Synchrotron Small-Angle X-Ray Scattering Investigation on Integral Membrane Protein Light-Harvesting Complex LH₂ from Photosynthetic Bacterium Rhodopseudomonas Acidophila. Chinese Physics Letters, 2006. 23(7): p. 1861-1863

57 Chen, X.-H., Y.X. Weng et al., Transient spectrometer for near-IR fluorescence based on parametric frequency upconversion. Applied Physics Letters, 2006. 89(6): p. 061127-3.

58 翁羽翔; 谢维达 VxWorks嵌入式系统在CCU中应用 工业控制计算机 2006/12

59 王莉; 阎吉祥; 翁羽翔 获得蛋白质激光脉冲升温光源方法的比较研究 光学技术 2005/06

60 翁羽翔, 美丽是可以表述的——描述花卉形态的数理方程. 物理, 2005. 34(4).

61 Weng, Y.X., et al., A transient molecular probe for characterizing the surface properties of TiO2 nanoparticle in colloidal solution. Science and Technology of Advanced Materials, 2005. 6(7): p. 867-872.

62 Chen, X.H., Y.X. Weng et al., Protein structural deformation induced lifetime shortening of photosynthetic bacteria light-harvesting complex LH2 excited state. Biophysical Journal, 2005. 88(6): p. 4262-4273.

63 Zhang, Q.-L., Y.X. Weng et al., Particle-Size-Dependent Distribution of Carboxylate Adsorption Sites on TiO2 Nanoparticle Surfaces: Insights into the Surface Modification of Nanostructured TiO2 Electrodes. The Journal of Physical Chemistry B, 2004. 108(39): p. 15077-15083.

64 Lei, Z., Y.X. Weng et al., Femtosecond time-resolved difference absorption spectroscopy of all-trans-β-Apo-8'-carotenal. Science in China Series G-Physics Mechanics Astronomy, 2004. 47(2): p. 208-222.

65 Yu-Xiang, W., Growth and Form in Biology: Generation of the Plant Morphology by Spontaneous Symmetry Breaking Based on a Pressure Field. Chinese Physics Letters, 2004. 21(1): p. 211-214.

66 Hong, X.G., Y.X. Weng, and M. Li, Determination of the topological shape of integral membrane protein light-harvesting complex LH2 from photosynthetic bacteria in the detergent solution by small-angle X-ray scattering. Biophysical Journal, 2004. 86(2): p. 1082-1088.

67 张蕾; 全冬晖; 汪力; 杨国桢; 翁羽翔 全反式类胡萝卜醛(all-trans-β-Apo-8’-carotenal)的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱 中国科学G辑:物理学、力学、天文学 2004/01

68 翁羽翔; 张蕾; 杨健; 全冬晖; 汪力; 杨国桢; 藤井律子; 小山泰; 张建平; 冯娟; 余军华; 张宝文 应用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱研究蛋白质中距离相关长程电荷转移:光合细菌天线复合体LH₂与TiO₂ 纳米颗粒超分子组装体个例初探(英文) Acta Botanica Sinica 2003/04

69 Zhang, L., Y.X. Weng et al., Direct Observation of Interfacial Charge Recombination to the Excited-Triplet State in All-trans-Retinoic Acid Sensitized TiO₂Nanoparticles by Femtosecond Time-Resolved Difference Absorption Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B, 2003. 107(49): p. 13688-13697.

70 Weng, Y.-X., et al., Surface-Binding Forms of Carboxylic Groups on Nanoparticulate TiO₂ Surface Studied by the Interface-Sensitive Transient Triplet-State Molecular Probe. The Journal of Physical Chemistry B, 2003. 107(18): p. 4356-4363.

71 全冬晖, 翁羽翔 et al., 飞秒超连续白化光时间啁啾特性的实验研究. Chinese Physics, 2003. 12(9): p. 986.

72 翁羽翔 中国科学院超快现象和太赫兹辐射学术研讨会简讯 物理 2002/11

73 翁羽翔 中国科学院超快现象和太赫兹辐射国际会议简讯 科学通报 2002/18

74 Weng, Y.-X., et al., Back Electron Transfer from TiO₂ Nanoparticles to FeIII(CN)63-: Origin of Non-Single-Exponential and Particle Size Independent Dynamics. The Journal of Physical Chemistry B, 2000. 104(1): p. 93-104.

75 Weng, Y.-X., et al., Direct Observation of Mass Transfer at Solid-Liquid Interface by Laser Flash Photolysis of the Interface Probe Molecules. The Journal of Physical Chemistry B, 2000. 104(32): p. 7713-7724.

76 Weng, Y.-X., et al., Interfacial charge recombination via the triplet state? Mimicry of photoprotection in the photosynthetic process with a dye-sensitized TiO2 solar cell reaction. Chemical Physics Letters, 2002. 355(3-4): p. 294-300.

77 翁羽翔; 徐景; 周潘洁; 林开利; 汪力; 杨国桢 太阳能电池反应模拟光合系统反应中心电荷复合形成三线态分子的过程(英文) 植物学报 2000/12

78 Weng, Y.-X., et al., Effect of laser intensity on the determination of intermolecular electron transfer rate constants---Observation of Marcus inverted region in photoinduced back electron transfer reactions. The Journal of Chemical Physics, 1998. 109(14): p. 5948-5956.

79 Weng, Y.-X., et al., Oscillations in a laser-induced chemical reaction: coupling of chemical reactions with an acoustic effect. Chemical Physics Letters, 1997. 270(3-4): p. 315-318.

80 张建平; 袁定朴; 翁羽翔; 徐积仁 直流电弧等离子体射流CVD制备多种碳膜 核聚变与等离子体物理 1993/04

81 翁羽翔; 张建平; 徐积仁 Discovery and Preparation of Organic Molecular Crystal via Vapor Phase Chemical Reaction Chinese Science Bulletin 1993/23

82 张建平; 翁羽翔; 袁定朴; 徐积仁 低压气相CVD制备六方金刚石薄膜及其鉴定 科学通报 1993/17

83 张建平; 翁羽翔; 徐积仁 拉曼带通滤光器压缩强激光背景的应用 中国激光 1993/08

84 翁羽翔; 张建平; 徐积仁 化学气相反应形成有机分子晶体的发现及制备 科学通报 1993/15

85 翁羽翔; 张建平; 康宁; 徐积仁1,2-二氯丙烷裂解反应光窗结焦机理的研究 燃料化学学报 1993/02

86 张建平; 翁羽翔; 袁定朴; 徐积仁 不同原料气体直流电弧等离子体制备金刚石薄膜的比较研究 科学通报 1992/18

87 徐积仁; 王立新; 康瑾; 邓恢国; 康宁; 黄南堂; 翁羽翔; 唐福海 激光诱导1.2二氯乙烷分解生成氯乙烯的链反应分子过程 量子电子学 1992/01

会议论文：

1 B820,B777,BChla分子间振动及其对电子相干的影响 岳帅; 翁羽翔 第十四届全国化学动力学会议 国际会议 2015-08-21

2 CdS光生载流子的时间分辨中红外光谱研究 王专; 翁羽翔 第十四届全国化学动力学会议 国际会议 2015-08-21

3 溶剂化动力学研究中的瞬态荧光光谱矫正 党伟; 白晶晶; 张连水; 翁羽翔 第十四届全国化学动力学会议 国际会议 2015-08-21

4 有机小分子半导体薄膜中存在光生自由载流子的实验证明 翁羽翔 第十四届全国化学动力学会议 国际会议 2015-08-21

5 一种光催化半导体材料能隙中间态的测量新方法-光生载流子中红外瞬态吸收光谱探-中间态激发扫描谱 翁羽翔 中国化学会第29届学术年会 中国会议 2014-08-04

6 TiO₂表面束缚态、电荷复合动力学过程的时间分辨中红外激光光谱研究 翁羽翔; 祝铭; 朱刚贝 第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2012-10-26

7 时间分辨红外光谱对TiO₂深束缚态能级研究 祝铭; 朱刚贝; 王云鹏; 翁羽翔 第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2012-10-26

8 《第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会》论文摘要集序 赵新生; 来鲁华; 李峻柏; 刘冬生; 曲晓刚; 王树; 翁羽翔; 杨俊林; 尉志武; 孙荣华 第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会 中国会议 2010-07-05

9 蛋白质动态结构的脉冲升温-时间分辨中红外光谱研究 翁羽翔 第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会 中国会议 2010-07-05

10 超快时间分辨光谱在生命科学中的应用研究 翁羽翔 第十五届全国光散射学术会议 中国会议 2009-10-18

11 脉冲升温-时间分辨中红外光谱研究蛋白质折叠动力学进展 李恒; 柯慧敏; 任国平; 叶满萍; 翁羽翔; 王志珍 第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会 中国会议 2009-07-12

12 单光子水平的超快全光开关 韩晓锋; 翁羽翔; 王瑞; 陈希浩; 罗开红; 吴令安; 赵继民 第十三届全国量子光学学术报告会 中国会议 2008-07-01

13 Effect of pH on the Sequence of the Loop Diffusion and the S-Fe Bond Disruption for Cytochrome c 郝雅琼; 叶满萍; 翁羽翔 第二届全国“跨学科蛋白质研究”学术讨论会 中国会议 2008-07-01

14 Uncovering the Heat Stress Triggered Oxidative Activity of DsbC Monomer Hinted from a T-jump Time-Resolved IR Spectroscopic Study 李恒; 翁羽翔; 王志珍 第二届全国“跨学科蛋白质研究”学术讨论会 中国会议 2008-07-01

15 光合膜蛋白质动态结构的时间分辨光谱研究 翁羽翔 软件物质物理研讨会 中国会议 2005-08-01

16 染料敏化纳晶电池高分子电解质界面动力学特性的研究 张敬波; 林原; 肖绪瑞; 方世璧; 翁羽翔; 李学萍; 周晓文 2004全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2004-09-01

17 染料敏化纳晶电池高分子电解质动力学特性的闪光光解研究 张敬波; 林原; 肖绪瑞; 方世璧; 翁羽翔; 李学萍; 周晓文 2004全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2004-09-01

18 纳米颗粒尺寸效应对羧基在TiO₂纳米晶体表面键合形态的影响 翁羽翔; 张庆利; 都鲁超; 汪力 2003年中国太阳能学会学术年会 中国会议 2003-06-30

19 光合反应中心光保护功能在染料敏化TiO₂纳米晶体太阳能电池中的人工模拟 翁羽翔; 张蕾; 全冬晖; 汪力; 杨国桢 第十届全国基础光学与光物理学术研讨会和第十一届激光物理讨论会 中国会议 2002-10-19

20 激光诱导1.2二氯乙烷分解生成氯乙烯的链反应分子过程 徐积仁; 王立新; 康瑾; 邓恢国; 康宁; 黄南堂; 翁羽翔; 唐福海 第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会 中国会议 1991-09-27

荣誉奖励：

1、1999年“**计划”入选者。

2、2009年国家杰出青年基金获得者。

学术交流：

1、第十四届全国化学动力学会议 国际会议 2015-08-21

2、  中国化学会第29届学术年会 中国会议 2014-08-04

3、  第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2012-10-26

4、  第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会 中国会议 2010-07-05

5、  第十五届全国光散射学术会议 中国会议 2009-10-18

6、  第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会 中国会议 2009-07-12

7、  第十三届全国量子光学学术报告会 中国会议 2008-07-01

8、  第二届全国“跨学科蛋白质研究”学术讨论会 中国会议 2008-07-01

9、  全国太阳能光化学和光催化学术会议 2008-12-02

10、  第235届国家化学学会会议 2008-04-05

11、  全国光合作用研讨会 2007-04-19

12、  超快化学生物过程复杂系统国际研讨会 2006-11-16

13、  国际光学工程学会 2006-08-13

14、  特朗贝研讨会辐射和光化学 2006-06-05

15、  乔治亚技术学院,化学生物学院 俄亥俄州立大学，化学生物物理学院研讨会系列 2006全国跨科学蛋白质研究学术研讨会 埃默里大学物理化学研讨小组

16、  软件物质物理研讨会 中国会议 2005-08-01

17、  2004全国太阳能光化学与光催化学术会议 中国会议 2004-09-01

18、  2003年中国太阳能学会学术年会 中国会议 2003-06-30

19、  第十届全国基础光学与光物理学术研讨会和第十一届激光物理讨论会 中国会议 2002-10-19

20、  第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会 中国会议 1991-09-27

有机共轭小分子晶体薄膜中存在半导体本征光生自由载流子的实验证明
——记中国科学院物理研究所软物质科学实验室翁羽翔课题组

分子间相互作用的间距对物质性质及功能的影响至关重要。自然界光合生物仅仅用少数的几类色素分子便实现了光的捕获、能量传递和电荷分离的过程，最终演化出一个丰富多彩的生命世界。对光合反应系统的结构和功能的深入研究揭示，光合系统只是通过调控色素分子间的聚集方式和相互作用的距离，就能够让相同的色素分子承担不同的角色。物理学家通过实现硅原子间的共价成键作用，制备了半导体三维晶体材料，在原子轨道分裂能级的基础上实现了能级连续的导带和价带，并形成了光学跃迁的能隙。进一步引入P-N结电场，实现集太阳光捕获、电荷分离及电流输出的无机类半导体光伏电池。化学家经过数十年的研究与推广，有机半导体已经在多个领域中获得了成功的应用，如有机发光二极管、有机晶体管、有机光电池等。相对于传统的无机半导体，有机材料具有成本低、重量轻及柔性等潜在优势而备受关注。尽管如此，有机半导体到底是否形成能带结构并实现光生自由载流子的带隙激发，长期以来一直是一个备受争议的问题。

在中国科学院知识创新工程重要方向项目和国家自然科学基金委的资助下，中国科学院物理研究所翁羽翔研究组和长春应用化学研究所的闫东航课题组合作，开展有机小分子晶体薄膜光生载流子形成机理研究，应用飞秒时间分辨中红外及可见-近红外谱段瞬态吸收光谱结合其他手段，证明了有机共轭小分子晶体薄膜中存在半导体本征光生自由载流子。该研究成果2015年11月27日刊发于Scientific Reports (Sci. Rep. 2015, 5, 17076)，成果主要完成人有：何小川、朱刚贝、杨建兵、常皓、孟庆宇、赵宏武、周新、岳帅、王专、时金安、谷林、闫东航、翁羽翔。

一、实验方法

（一）飞秒时间分辨可见-近红外瞬态吸收光路

激光光源为一套包含再生放大器的全固态掺钛蓝宝石飞秒激光系统（800 nm，150 fs，1 kHz）。基频光首先经过一片光楔（Optical Wedge）分光，其前表面反射的光聚焦在c切割的蓝宝石片上用来产生超连续白光（可见-近红外）作为探测光，透过光楔的光用来产生泵浦光。在泵浦和探测光路中分别放置一个快门，用来控制泵浦光与探测光的通过与不通过，分别测量探测器的暗背景噪声、泵浦光在样品上导致的受激辐射及散射、探测光在有泵浦和没有泵浦光条件下的透过光强，最后通过运算以扣除相关干扰，获得某延时时刻∆OD(λ)的信息。

（二）飞秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱光路

中红外瞬态吸收的工作原理与可见光瞬态吸收相同，只是将探测光源由蓝宝石片产生的超连续白光变为中红外超连续光。中红外超连续光的产生原理是800 nm的基频光与400 nm的二次谐波在空间与时间严格重合的情况下，通过四波混频过程产生，因此对飞秒激光的峰值功率要求很高。在此部分实验中，课题组使用脉冲宽度为35fs的飞秒激光器作为光源。

（三）酞菁锌薄膜晶畴尺度形貌的偏振光学显微镜研究

在进行弱外延酞菁锌薄膜的电致发光实验时，课题组偶然通过CCD观察到弱外延酞菁锌薄膜表面呈现明暗相间的斑块状，因此发展了一种利用偏振光学显微镜观测薄膜晶畴去向的光谱学方法。偏振光学显微镜是基于光学显微镜的一种技术，它通过在光学显微镜中引入偏振光来观察样品特殊的性质。

弱外延蒸镀的酞菁锌薄膜经过偏振光照射后，在CCD上所成的像显示为明暗相间的斑块。这是因为对于所有晶畴而言，虽然具有相同的晶体结构，但结晶的取向却不相同，对某个特定方向的偏振光的吸收率也就不一样，因此得到的透过率图像呈现为灰度不一的斑块。特定区域的斑块会随着偏振片的转动而呈明暗交替变化，周期为180度。

在图像处理过程中，课题组建立了样品吸收度与跃迁偶极矩、光源电场方向有关的物理模型，最终获得对应于吸收率，晶畴中的透过率的表达式。依此模型对从偏振光显微镜中获得的图像进行处理，并与原子力显微镜的测量结果进行比较。结果显示，两种方法的测量结果基本一致。因此偏振光学显微镜表征样品形貌以其简单的操作特性，比原子力显微镜在工业在线检测领域更有推广价值。

二、主要成果

在该研究工作中，闫东航课题组利用自创的分子束弱外延生长的方法制备酞菁锌晶体薄膜（见图1）。与由直接蒸镀法制备的薄膜相比，弱外延生长方法制备的酞菁锌晶体薄膜分子间距在晶胞a轴方向上缩短了约0.1Å，并且大大提高了薄膜的结晶度。超快光谱实验研究表明，光激发在直接蒸镀的薄膜中仅仅是激子激发，而在弱外延生长的薄膜中能够产生带隙激发的自由载流子，从而证明了有机小分子晶体半导体薄膜光激发能够形成本征光生自由载流子。分子间距只是0.1Å的变化就能驱使材料的电子态由孤立的分子轨道变成连续的能带。

有机半导体的光激发通常被认为是激子态（处于束缚状态的电子-空穴对）激发，并采用分子轨道描述其电子态。而随后产生的载流子属于次生载流子，即激子通过外加电场或具有不同化学势的界面电离过程产生。人们之所以没能对于有机半导体光生载流子的形成及演化过程的本质获得清晰的物理图像，是因为难以获取其本征态的性质以及有机半导体自身易引起混淆。所谓的本征态性质指的是光生载流子是直接由光激发产生的，而不是由激子经其他因素如杂质、接触效应、晶界等次级电离导致的次生载流子。

随着有机小分子晶体结晶技术的发展及相关研究的深入，越来越多的实验现象倾向于在高度结晶的有机小分子半导体材料中光子的吸收可能导致形成自由载流子的观点。尽管一些证据指向有机分子晶体存在能带结构，同时由超快时间分辨泵浦-太赫兹探测实验得出的瞬态光电导结果也表明光激发能够在一些有机小分子单晶中产生自由载流子，然而，有机半导体电子态结构介于两个极端图像，即分子轨道描述和能带描述之间的尴尬地位，目前对于有机半导体光激发过程通常认为是分子型的激子态激发。

课题组对弱外延生长和直接蒸镀的酞菁锌薄膜开展稳态与超快时间分辨中红外、近红外及可见光谱学研究。原则上时间分辨太赫兹光谱和超快时间分辨中红外光谱都能够用于本征态光生载流子的测量，其差别在于前者只能给出瞬态光电导的信息，而后者能够依据物质红外光谱指纹特征，结合可见及近红外谱段的信息，不仅能够探测到光生自由电子，还能够探测到相应的空穴。

实验在以下方面提供了证据：（1）由稳态吸收光谱中指认出可能的带隙跃迁光谱组分；（2）变温吸收光谱及变温选区电子衍射实验支持带隙跃迁组分（3）通过理论计算揭示酞菁锌单晶为直接带隙半导体，能够产生荧光辐射，尽管此前从未报道过酞菁锌的电致发光现象；（4）可能的带隙跃迁吸收光谱峰位与光致发光峰位的微小差异支持带隙跃迁；（5）低温变温荧光光谱的电子-声子耦合等分析支持带隙跃迁；（6）电致发光光谱和光致发光光谱的一致性支持载流子复合发光；（7）超快时间分辨可见及近红外光谱表明完全电离和部分电离酞菁锌阳离子的存在，前者对应于空穴，后者对应于电荷转移型激子态；（8）时间分辨中红外光谱证明自由电子的存在；（9）时间分辨中红外激光光谱证明离域态空穴的存在，寿命和自由电子的一致。最后由此测定出本征态光生载流子的寿命约6.8皮秒，对应载流子沿分子平面堆垛方向的扩散长度为4.2 nm，相当于11个分子的间距。带隙激发后约一半的载流子参与带隙复合并发出荧光，另一半则复合成寿命约为1.48纳秒、空间定域尺度约为一个分子大小、束缚能为0.28 eV的电荷转移型激子态。

尽管课题组观测到的自由载流子寿命很短，但确定无疑地证明了光生本征载流子的存在，为有机小分子半导体材料光吸收产生自由载流子给出了直接的实验证据，揭示了分子间距在有机小分子半导体光电性质的调控中起着四两拨千斤的作用。该研究表明有机小分子半导体与无机半导体在光电性质及电子态结构上没有绝对的界限，为后续通过调控分子间距提高有机半导体的性能提供了新思路。

项目负责人简介

翁羽翔，1964年生，研究员，中国科学院物理研究所软物质科学实验室副主任，中国科学院大学基础物理教研室主任。1985年和1988年先后获华东师范大学化学系学士和硕士学位，1993年获中科院物理所光学博士学位；1994—1999年在香港大学和美国Emory大学从事博士后研究；1999年入选中国科学院物理研究所“**计划”；2004年1月担任中国科学院物理研究所软物质物理实验室SM06组课题组长；2009年获国家“杰出青年基金”支持。长期从事超快时间分辨激光光谱的研究工作，回国后主持建立纳秒时间分辨瞬态可见光光谱测量系统，成功研发飞秒时间分辨瞬态吸收光谱仪，涵盖可见及红外谱段。发展了飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大测量新方法，实现了非相干荧光光子的激光放大，用于光合作用原初传能及电荷分离过程的研究。进行了光合模拟体系如太阳能电池及光催化电荷分离超快过程研究。建立了飞秒时间分辨二维可见光相干光谱系统，建立发展了脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态光谱方法，用于蛋白质折叠和蛋白质动态结构的研究。合作研制了定性的一氧化碳中红外激光器。发明了测量半导体能隙中间能级的激发扫描-时间分辨中红外瞬态吸收方法，用于光催化材料的性质表征。截止目前，在国际/国内核心期刊发表论文80余篇，他引1000多次。