陶锦晖 | 原位原子力显微镜揭示材料成核、生长与溶解的微观机制

陶锦晖，原美国太平洋西北国家实验室高级科学家，现任 Tao Institute 创始人兼首席科学家，长期从事界面科学与原位表征技术研究，拥有 16 年的技术积累。陶博士于 2009 年获浙江大学化学博士学位，随后在美国 LBNL 开展博士后工作，后于 PNNL 担任高级科学家。自 2016 年起，独立开展科学研究，致力于推动原位表征技术在生物材料、能源材料及功能界面中的应用。首次通过原位 AFM 揭示磷酸钙成核中的非经典成核过程机制，通过动态力谱技术，定量测量了蛋白与矿物之间的相互作用，同时，提出的 Goldilocks 效应 揭示了多种蛋白在牙釉质矿化中的精细调控机制，并将原位 AFM 拓展到能源材料、MOFs 及电池界面等多个前沿领域。在科研项目方面，陶博士主持或参与多项美国能源部（DOE）、国立卫生研究院（NIH）、国防部（DOD）及企业合作项目，并在原位多模态 AFM 技术发展方面发挥了重要的推动作用。学术成果方面，陶博士已发表学术论文 100 余篇，多篇成果发表于《科学》《美国科学院院刊》《自然・通讯》《ACS Nano》等国际顶级期刊，总引用超过 7400 次，h-index 为 44。

原位原子力显微镜（In situ AFM）作为一种能够在真实液相环境中实时解析界面过程的先进表征技术，可凭借亚纳米级空间分辨率与动态成像能力，直接捕捉材料成核、生长与溶解过程中的微观演化行为。现有研究虽已广泛利用其揭示界面结构与动力学特征，然而对于复杂溶液环境下界面过程的动态耦合机制，尤其是外场、分子吸附与局部传质协同作用的系统认知仍然有限。这种对界面演化过程的高灵敏响应，使原位 AFM 不仅成为观察工具，也逐步发展为理解界面反应规律的重要平台。在本次报告中，我们将探讨团队近年来在原位 AFM 用于仿生矿化、能源材料及碳酸盐晶体界面行为研究方面的最新进展，重点关注蛋白质或有机分子调控下的成核、生长与溶解机制。这种跨尺度、跨体系的研究为揭示界面结构、动力学与能量之间的内在联系开辟了新路径，也为生物材料、能源材料与先进功能界面的理性设计提供了新的实验基础。

原位原子力显微镜（In situ AFM）作为一种能够在真实液相环境中实时解析界面过程的先进表征技术，可凭借亚纳米级空间分辨率与动态成像能力，直接捕捉材料成核、生长与溶解过程中的微观演化行为。现有研究虽已广泛利用其揭示界面结构与动力学特征，然而对于复杂溶液环境下界面过程的动态耦合机制，尤其是外场、分子吸附与局部传质协同作用的系统认知仍然有限。这种对界面演化过程的高灵敏响应，使原位 AFM 不仅成为观察工具，也逐步发展为理解界面反应规律的重要平台。在本次报告中，我们将探讨团队近年来在原位 AFM 用于仿生矿化、能源材料及碳酸盐晶体界面行为研究方面的最新进展，重点关注蛋白质或有机分子调控下的成核、生长与溶解机制。这种跨尺度、跨体系的研究为揭示界面结构、动力学与能量之间的内在联系开辟了新路径，也为生物材料、能源材料与先进功能界面的理性设计提供了新的实验基础。