美国密歇根大学化学系全奖博士招生 | Prof. Deal

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作为密歇根大学化学系的助理教授，导师是当今物理化学和环境化学领域的新兴学术明星。导师拥有深厚的跨学科教育背景，她先是在伦塞勒理工学院获得化学工程学士学位，之后在波音公司担任工程职业基础项目工程师和空间环境工程师，积累了宝贵的工业经验。随后，她在科罗拉多大学博尔德分校攻读物理化学博士学位，专注于空气-水界面的光化学研究。博士毕业后，她在劳伦斯伯克利国家实验室完成博士后研究，与Kevin Wilson教授合作深入研究微液滴化学和大气化学过程。

研究领域

教授的研究领域横跨多个化学分支，展现出强烈的跨学科特色。

在成像与光谱学方面，她专精于表面特异性光谱技术，特别是红外反射吸收光谱(IR-RAS)和紫外-可见反射吸收光谱(UV-Vis-RAS)的开发与应用。在光化学领域，她深入研究有机分子在空气-水界面的光解过程，探索界面环境如何影响分子的电子结构和光化学反应路径。

她的核心研究兴趣聚焦于空气-水界面的独特物理化学性质，这些界面广泛存在于海洋表面、云滴表面、我们呼吸的气溶胶，甚至是我们饮用的水杯表面。多年来，空气-水界面被简单地视为大水体的微不足道的一部分，但近年来的研究表明，这些界面是具有独特物理化学环境的反应场所，为各种独特的化学反应提供了有利条件。这种独特的界面化学可能对环境化学、气候科学、健康、生命起源、材料开发和替代能源等多个领域产生重大影响。

教授将运用前沿的分析和物理化学概念来更好地理解空气-水界面这一独特环境。她的研究方法创新性地结合表面特异性光谱与敏感质谱技术，开发首个关联表面结构和动力学的实验方法。这一新技术将与现有的表面特异性光谱技术相结合，用于研究理解空气-水界面独特物理化学性质的几个基本问题。

研究分析

1. "The role of the droplet interface in controlling the multiphase oxidation of thiosulfate by ozone"

(Chem. Sci. 2025)

这篇发表在Chemical Science的最新研究探讨了液滴界面在控制硫代硫酸盐与臭氧多相氧化反应中的关键作用。研究运用深紫外二次谐波产生光谱技术探测二价阴离子的表面亲和性，结合动力学建模显示气液界面显著影响微液滴中臭氧氧化硫代硫酸盐的产物收率。研究发现，在pH 5条件下，硫酸盐这一主要产物可通过两种不同路径产生，其中一种界面贡献超过70%，另一种主要在液滴体相中进行。这一发现对采矿废水处理、大气化学建模以及理解其他复杂多相环境中的反应机制具有重要意义。

2. "A Detailed Reaction Mechanism for Thiosulfate Oxidation by Ozone in Aqueous Environments"

(Environ. Sci. Technol. 2024)

这项发表在Environmental Science & Technology的研究建立了硫代硫酸盐臭氧氧化的详细反应机理，该反应在废水处理和气溶胶化学研究中具有重要应用价值。研究运用悬浮微液滴技术研究pH依赖的硫代硫酸盐臭氧化动力学，不仅检测到已知的产物和中间体(如SO₃²⁻、SO₄²⁻、S₃O₆²⁻和S₄O₆²⁻)，还首次发现S₂O₄²⁻作为新的反应中间体。研究发现现有机理无法直接解释观察到的pH效应，因此提出了包含S₂O₄²⁻作为中间体的新机理，为废水处理和气候影响理解提供了科学依据。

3. "Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (IRRAS) of Water-Soluble Surfactants: Is it Surface-Specific?"

(Appl. Spec. 2023)

这篇应用光谱学论文深入探讨了红外反射吸收光谱技术在研究水溶性表面活性剂时的表面特异性问题。研究通过在不溶性表面活性剂单分子膜下方检测可溶性有机酸的IRRA光谱，证明了可溶性有机酸的IRRA光谱具有表面特异性。这一发现解决了IRRAS研究中关于离子表面活性剂和可溶性有机酸表面特异性差异的争议，为大气化学和食品科学等领域的表面分子结构研究提供了重要的方法学基础。

4. "Infrared Reflection–Absorption Spectroscopy of α-Keto Acids at the Air–Water Interface"

(J. Phys. Chem. A 2023)

这项研究系统考察了α-酮酸在空气-水界面的红外反射吸收光谱特性，重点分析了链长和头基团对环境相关表面活性剂膜的影响。研究揭示了不同α-酮酸分子在界面的取向和相互作用模式，发现分子链长和官能团结构显著影响分子在界面的排列和氢键网络。这项工作为理解有机酸在大气气溶胶界面的行为提供了分子水平的见解，对预生命化学和大气化学过程具有重要意义。

5. "Water–Air Interfaces as Environments to Address the Water Paradox in Prebiotic Chemistry"

(J. Phys. Chem. A 2021)

这篇重要综述从物理化学角度探讨了水-空气界面作为解决预生命化学中"水悖论"的环境。研究指出，不对称的水-空气界面提供了一个动态的水环境，其性质往往与体相水或气相截然不同，能够促进在体相水中热力学、动力学或其他方面不利的反应。文章系统分析了界面环境如何通过浓缩效应、分子取向和降低溶剂化程度等机制促进预生命化学反应，为生命起源研究提供了新的视角。

6. "Chemistry and photochemistry of pyruvic acid at the air–water interface"

(J. Phys. Chem. A 2021)

这项国际合作研究深入探讨了丙酮酸在空气-水界面的化学和光化学行为。丙酮酸作为重要的大气有机物和代谢中间体，其在界面的行为对理解大气化学过程和生命起源具有重要意义。研究结合实验和理论计算，揭示了丙酮酸分子在界面的取向、聚集和光解机制，发现界面环境显著改变了丙酮酸的光化学反应路径，产生了在体相中难以形成的产物。这一发现为理解大气气溶胶的老化过程和有机物的光化学转化提供了重要线索。

项目分析

1. 微液滴界面化学控制多相氧化反应机理项目

这一核心研究项目专注于理解微液滴界面在控制多相氧化反应中的关键作用，特别是硫代硫酸盐与臭氧的反应体系。项目运用先进的悬浮微液滴技术结合质谱分析，实时监测反应过程中的中间体和产物分布。研究发现液滴界面与体相的反应贡献存在显著差异，界面反应在某些条件下可占主导地位。这一发现对理解大气气溶胶化学、设计高效废水处理技术以及预测环境污染物的归宿具有重要意义。项目的创新之处在于建立了界面和体相反应的定量分离方法，为多相反应机理研究提供了新的实验范式。

2. 空气-水界面表面特异性光谱技术开发项目

这一技术导向的研究项目致力于开发和优化空气-水界面的表面特异性光谱技术，特别是红外反射吸收光谱(IRRAS)和紫外-可见反射吸收光谱的方法学改进。项目系统研究了不同类型分子(离子表面活性剂、有机酸、蛋白质等)在界面的光谱行为，解决了长期困扰该领域的表面特异性争议。通过建立"亚表面效应"的实验检测方法，项目为IRRAS技术在大气化学、食品科学和生物界面研究中的应用奠定了坚实的理论基础。该项目的技术创新将推动整个界面化学研究领域的方法学进步。

3. 预生命化学中水界面环境的作用机制项目

这一跨学科研究项目探索空气-水界面作为解决预生命化学"水悖论"的潜在环境。项目通过光谱学、理论计算和动力学实验相结合的方法，研究有机分子在界面的浓缩、取向和反应行为。重点关注α-羟基酸、α-酮酸等生物相关分子在界面的聚集和缩合反应，探索界面环境如何促进肽键形成和其他生物大分子的合成。项目发现界面的独特微环境能够显著降低反应活化能，提高反应选择性，为生命起源的"RNA世界"假说提供了新的物理化学支撑。这一研究为天体生物学和生命起源研究开辟了新的研究方向。

研究想法

1. 大气气溶胶老化的界面光化学机制研究

• 研究内容：系统研究有机气溶胶在空气-水界面的光化学老化过程，重点关注界面浓缩效应、分子取向和光解产物分布的关系。结合原位光谱技术和理论计算，建立界面光化学反应的预测模型。
• 创新性：首次将表面特异性光谱与实时质谱分析相结合，实现对气溶胶界面光化学过程的分子水平实时监测。
• 可行性：基于教授在IRRAS技术和微液滴化学方面的技术优势，项目具有良好的技术基础。
• 专业性：涉及大气化学、界面物理化学、光谱学等多个专业领域的交叉融合。

2. 人工光合作用界面催化体系的分子设计

• 研究内容：设计新型空气-水界面光催化体系，模拟自然光合作用的Z-scheme机制，实现高效的CO₂还原和水氧化反应。重点研究界面分子取向对电荷转移和催化活性的影响。
• 创新性：将生物光合作用的分子机制与人工界面催化相结合，开发新一代仿生光催化材料。
• 可行性：利用教授在界面分子取向控制和光化学研究方面的专长，项目技术路线清晰。
• 专业性：融合光化学、催化化学、生物化学和材料科学的前沿研究。

3. 海洋表面微塑料的界面化学行为与环境归宿

• 研究内容：研究微塑料在海洋表面的界面化学行为，包括表面官能团化、污染物吸附和生物膜形成过程。建立微塑料界面性质与其环境迁移转化的关系模型。
• 创新性：首次从界面化学角度系统研究微塑料的环境行为，为海洋塑料污染治理提供科学依据。
• 可行性：结合教授在界面光谱技术方面的优势和当前环境热点问题，项目具有重要应用价值。
• 专业性：涉及环境化学、界面科学、海洋科学等多个学科的交叉研究。

4. 基于界面化学的新型药物递送系统开发

• 研究内容：利用空气-水界面的独特性质设计新型药物载体，实现药物分子的定向递送和控释。重点研究界面环境对药物分子稳定性和生物活性的影响。
• 创新性：将界面化学原理应用于生物医学领域，开发基于界面效应的新型治疗策略。
• 可行性：基于教授在界面分子行为研究方面的深厚基础，项目具有很好的理论支撑。
• 专业性：融合界面化学、药物化学、生物医学工程等多个专业领域。

申请建议

1. 学术背景准备策略

• 理论基础强化：申请者需要具备扎实的物理化学、分析化学和表面科学理论基础。重点掌握分子间相互作用理论、表面吸附理论、光谱学原理和反应动力学基础。建议系统学习Adamson的《Physical Chemistry of Surfaces》和Somorjai的《Introduction to Surface Chemistry and Catalysis》等经典教材。
• 实验技能培养：优先掌握红外光谱、紫外-可见光谱、质谱等分析技术的原理和操作。如有条件，应争取接触反射光谱、表面增强光谱等先进表征技术。实验安全意识和规范操作能力是基本要求。
• 跨学科知识拓展：由于教授的研究涉及大气化学、环境科学、生物化学等多个领域，申请者应适当拓展相关知识面。特别要关注当前大气化学和环境科学的热点问题和发展趋势。

2. 研究经历积累方案

• 界面化学项目参与：积极寻找与表面科学、界面化学相关的科研项目机会。如能参与涉及Langmuir膜、表面活性剂、催化界面等方面的研究工作，将大大增强申请竞争力。
• 光谱技术经验：争取获得各种光谱技术的实际操作经验，特别是傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱等。如有机会接触表面特异性光谱技术，应深入学习其原理和应用。
• 计算化学能力：掌握基本的分子动力学模拟和量子化学计算方法。熟练使用Gaussian、GROMACS、LAMMPS等常用软件。理解密度泛函理论(DFT)的基本原理和应用范围。

3. 申请材料优化技巧

• 研究兴趣匹配度：在个人陈述中明确表达对空气-水界面化学的浓厚兴趣，结合具体的研究问题和技术方法展示对该领域的理解深度。避免泛泛而谈，要体现对教授具体研究方向的深入思考。
• 研究计划创新性：提出具有创新性的研究想法，但要确保在现有技术条件下的可行性。可以结合当前的环境热点问题或新兴技术发展趋势，展示自己的学术敏感性和前瞻思维。
• 技术能力展示：详细描述自己的实验技能和理论基础，特别是与教授研究相关的技术经验。如有相关领域的研究成果或发表论文，应重点突出其与目标研究方向的相关性。

4. 面试准备核心要点

• 文献深度掌握：熟练掌握教授的主要研究论文，能够深入讨论其研究方法、主要发现和科学意义。准备具体的问题和讨论点，展示自己的批判性思维能力。
• 技术问题应对：准备回答关于光谱技术原理、界面化学基础理论、实验设计等方面的技术问题。要能够清晰解释IRRAS的工作原理、表面选择定则、反射光谱的数据处理等专业概念。
• 研究思路表达：能够清晰表达自己的研究思路和解决问题的方法。准备好针对教授研究领域的具体科学问题提出自己的见解和解决方案。

博士背景

Benzene,化学化工学院博士生，专注于有机合成化学和绿色化学研究。擅长运用计算化学和人工智能辅助设计方法，探索新型催化剂和环境友好型合成路径。在研究光驱动CO2还原制备高附加值化学品方面取得重要突破。曾获国家奖学金和中国化学会优秀青年化学家奖。研究成果发表于《Journal of the American Chemical Society》和《Angewandte Chemie》等顶级期刊。