在材料科学、能源化学、催化科学等前沿研究领域，表面性质往往决定材料的最终性能。学校分析测试中心光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）表面分析机组自2013年建成运行以来，始终秉持"精准表征、服务创新"的理念，为学校高水平科学研究提供关键数据支撑，在助力顶尖成果产出、推动仪器设备国产化替代等方面作出了突出贡献。
一、赋能顶尖科研：顶刊论文背后的"表面密码"
高水平科研成果的产出，离不开高端表征技术的深度支撑。XPS表面分析机组作为学校材料、化学、物理、能源等多学科交叉研究的"利器"，在Nature、Science及其子刊等顶级学术期刊论文发表中发挥了不可替代的作用。
1.高水平论文贡献占比显著
据不完全统计，XPS机组年度服务的高水平论文数量持续攀升。2015年以来，机组每年支撑发表的高水平论文数量稳定在200篇以上。2019年来累积支撑发表Nature、Science等顶刊论文7篇。这些成果中，由XPS机组提供关键数据支撑的研究，在学校同期高水平发文总量中占据相当比例，充分彰显了XPS技术在顶尖科研中的核心支撑地位，在学校所有大型仪器设备中位居前列。
2.用户响应与XPS服务测试机制
XPS机组始终将用户需求置于首位，建立了快速响应的XPS服务测试体系。从用户提交测试申请到获得首批数据，全流程响应周期持续压缩。
在XPS服务测试质量方面，机组严格执行标准化操作流程。每批次测试前进行仪器状态校准，采用标准样品验证系统稳定性；测试过程中实施多级数据审核，确保元素识别准确、化学态分峰合理、定量结果可靠；测试完成后提供原始数据、分析报告及方法说明，满足高水平论文对数据可追溯性的严苛要求。
针对特殊研究需求，机组开展定制化XPS服务测试。例如，对于需要原位追踪反应过程的用户，提供变温等复杂条件下的XPS服务测试方案；对于超薄膜或界面体系，设计角分辨、深度剖析等测试策略；对于敏感样品，开发低损伤测试模式、实施快速进样等策略。这些个性化XPS服务测试能力，显著拓展了用户的研究边界。
3.全天候服务保障科研时效
为支撑科研人员抢抓创新先机，XPS机组实行全天候服务保障机制。预约平台全年二十四小时开放，用户可随时提交测试需求。这一机制有效解决了紧急补实验、论文返修加急等场景的时效痛点，确保科研进度不受时间窗口限制。
在机时供给方面，机组通过优化排程、延长有效运行时段、推行错峰使用等举措，持续提升服务容量。年度预约机时保持高位运转，用户平均等待周期大幅压缩，热门时段机时利用率接近饱和，充分满足学校高水平科研的旺盛需求。
4.典型成果案例
在新型催化材料研究领域，2022年1月，化学学院某科研团队设计开发了一种高性能单原子催化剂。研究关键阶段正值论文返修周期紧张，用户申请加急XPS服务测试，机组当日即完成需求评估并协调机时，次日输出高分辨化学态表征数据，为催化剂活性中心的配位环境提供了决定性证据，直接证实了电子结构调控机制，相关系列成果最终发表于Nature等顶刊（Nature，2023，617, 724–729）。
在钙钛矿材料研究领域，甲脒铅碘拥有理想带隙、高吸光系数，是高效率光伏核心吸光层，但本征晶格极不稳定。2025年9月，光电国家研究中心学院某科研团队设计开发设计1-吡啶-3-甲基哌嗪盐酸盐（3-PMPCl）双位点柔性分子锁，提出熵调控稳定策略。光电子能谱机组配合团队设计XPS/UPS表征策略，是证明3-PMPCl与Pb2+化学配位、晶格应力改变、表面电子态调控的关键直接证据。XPS测内层核电子（Pb 4f、I 3d化学态），UPS测价带、费米能级、功函数，二者互补解析表面电子结构，从电子层面佐证缺陷钝化效果，关联非辐射复合降低，辅助解释分子锁带来晶格-电子协同稳定机制，最终论文发表在Science（Science, 2026, 392 (6799): 742-748）。
典型用户发表的顶刊数据
在新能源电池研究领域，正极电解质界面（CEI）的组分演变规律长期困扰学界。材料学院某团队开展离子刻蚀实验需连续监测数十小时，XPS机组通过二十四小时响应机制协调夜间机时资源，全程保障XPS服务测试不间断运行，最终揭示电池循环过程中界面层的动态形成机制，为团队在Nature（Nature，2025，643, 1255–1262）发表突破性成果提供了关键实验支撑。
用户曾这样评价："XPS机组不仅数据质量过硬，更重要的是响应速度——二十四小时预约、快速XPS服务测试、及时交付数据，这种时效保障对我们抢抓创新先机至关重要。"
二、破局"卡脖子"：国产替代的"XPS方案"
高端科学仪器长期依赖进口是制约我国科研自主发展的重要瓶颈。XPS表面分析机组在保障学校科研需求的同时，积极探索核心部件维修、关键耗材配件的国产化替代路径，为学校乃至全国分析测试领域的仪器自主可控贡献力量。
1.全线采用国产水箱系统
XPS仪器的冷却水箱是保障X射线源稳定运行的关键部件。过去，水箱及配件完全依赖进口，不仅故障频发，且供货周期长，一旦故障将直接导致整机停机。
2018年9月，XPS机组率先开展水箱系统国产化攻关，自主采购国内配件进行适配验证。经过多轮测试调试，成功实现水箱全线采用国产替代方案。国产水箱在冷却效率、温控精度、运行稳定性等核心指标上均满足仪器要求，成本较进口产品大幅降低，供货周期从数月缩短至数天。
这一成功经验迅速辐射至测试中心其他机组。XPS机组主动分享技术方案与供应商资源，推动测试中心其他水箱也全面采用国产水箱，形成规模化替代效应。目前，测试中心多台大型仪器的水箱系统已完成国产替换，整体运维成本显著下降，供应链安全性大幅提升。
2.国产替代照明系统
XPS仪器的光源系统是核心部件之一，原厂照明系统价格高达五万元，且存在光源老化后整体更换的强制绑定策略，用户长期承受高额耗材负担。
2023年3月，XPS机组技术人员深入分析光源工作原理，自主开展替代方案研究。通过自主采购性能匹配的国产光源模组，成功实现XPS照明系统的自主替换。替代方案成本仅约数百元，相较原厂五万元的天价，成本降幅达95%以上。不仅解决了本机组的光源耗材难题，还积极向国内兄弟高校推广这一光源替代方案。目前已与多家高校及科研院所的XPS机组建立技术交流，协助其完成或推进同类替代改造，惠及全国表面分析测试同行。
3.自主开发新型二维材料定位方案
针对二维材料表征中的精准定位难题，2026年，XPS机组在学校仪器设备开放共享基金的资助下（项目编号：KFGX2026007），自主开发设计新型二维材料定位方案，并申请相关专利。该方案可实现对超薄二维材料样品的快速搜寻与精准定位。定位精度达到微米级别，可有效识别微米尺度的二维材料薄片，并精准引导至XPS分析区域。这一自主开发方案显著提升了二维材料XPS表征的效率与准确性。微米级别的定位精度确保了分析区域与目标结构的准确对应，为二维材料的化学态空间分布研究提供了可靠技术支撑。
三、服务升级：打造一流分析测试平台
1.技术能力持续拓展
测试中心XPS机组持续加强引进建设，硬件配置与软件能力同步提升。经过多年建设，已形成较为完整的技术服务体系。常规XPS分析可精准测定材料元素组成与化学态定量信息；深度剖析XPS通过氩离子溅射技术，适用于薄膜、涂层及界面结构分析；原位XPS在高温条件下，可实现动态表面过程的实时监测；角分辨XPS（ARXPS）能够对超薄膜层结构进行无损分析；结合UPS测试结果，可提供从芯能级到价带的完整电子结构信息。
2.人员管理与内部质控
XPS机组高度重视人员管理与内部质控体系建设。技术人员均需经过严格的上岗培训与考核，持证操作，定期参加技术交流与能力验证，确保团队专业水平持续领先。机组建立完善的内部管理制度，涵盖样品接收、测试流程、数据审核、报告签发等全环节，责任到人，可追溯、可查询。
在质量保障方面，XPS机组于2014年首次参与并协助分析测试中心通过国家检验检测机构资质认定复审评审，进一步规范检测流程，完善质量手册与程序文件，强化设备校准、方法验证、人员监督等关键控制点。CMA资质的有效运行，确保检测数据客观公正、准确可靠，为用户提供具有法律效力和国际互认基础的权威检测报告。
3.开放共享，辐射区域创新
机组年服务机时超过四千小时，年样品测试量达五千个，依托高精度表面元素价态与化学态分析能力，为北京大学、电子科技大学、七一七研究所和华工激光等科研院所及企业提供测试服务，有效辐射中南地区乃至全国科研院所与高新技术企业，助力区域科技创新体系建设。
四、展望
从助力CNS顶尖论文的"数据基石"，到破解仪器"卡脖子"难题的"国产先锋"，学校分析测试中心XPS表面分析机组始终与学校"双一流"建设同频共振。面向未来，机组将继续深耕表面分析技术前沿，以更精准的表征、更自主可控的装备、更开放的共享服务，为学校高水平科研创新和国产科学仪器发展贡献更大力量。
作者单位：分析测试中心
撰稿：黄青武、周芃
审核：丁雨葵
