冯建东课题组在量子化学测量领域取得进展

在化学、物理、生命科学、深空探测等领域，局域多物理场的可视化一直是制约重大科学发现的核心瓶颈。传统功能成像高度依赖荧光，绝大多数关键物理化学过程并不直接伴随发光信号；而电化学、电子自旋共振等传统手段，或空间分辨率不足、信息维度受限，或难以实现时空原位并行测量。

针对上述难题，冯建东团队提出量子化学成像概念，通过量子传感探测化学反应局域产生的物理量变化，开展并行读出的时空分辨测量，实现化学体系成像。据此研制了自主知识产权的量子化学显微镜（QCOM），实现了原理创新、技术攻关、系统集成到多场景应用。

当化学反应进行时，自由基的未成对电子会同NV色心作用，可通过弛豫测量转化为成像对比度，实现了空间分辨率约312纳米、灵敏度为4个自由基的原位成像。研究团队在光催化水解反应中，直接捕获了自由基生成过程的时空演化动力学，观测到一种此前未被揭示的“顺序激活”现象。这项研究实现了光催化反应过程中自由基生成时空动力学的直接可视化。相关研究成果发表于Nature Catalysis。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01499-7。第一作者：杨熠博（浙大化学系博士生）、周增荣（浙大科研助理）。

量子化学显微镜也为深空探测样品分析提供了全新技术路径。月球局部磁异常的起源是行星科学的长期难题。基于轨道探月器公里级分辨率的磁测，或是返回月球岩石样品的整体磁性分析，均未能提供微观载磁机制。冯建东团队与中国科学院地质与地球物理所李金华团队合作，利用量子化学显微镜与我国嫦娥五号样品，在国际上首次报道了单颗粒月壤磁成像，为“月球磁异常”提供了直接微观证据。相关研究发表在中国科技期刊Fundamental Research。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fmre.2025.12.007。第一作者：杨熠博（浙大博士生）、邢琳（地质地球所博士生）。

基于在量子传感与化学测量交叉领域的开拓性工作，冯建东等在《中国科学基金》发表题为“量子传感驱动的化学与生物测量”综述，提出了量子化学测量的概念，系统性凝练了这一化学新兴领域的核心挑战，并展望了未来发展方向。

图：NV量子传感-光催化反应界面的示意图

图：TiO2催化剂上自由基生成的原位时空分辨成像

图文：冯建东教授课题组

编辑：黄珍珍 邹尔纯

审核：陆展