世界著名化学家——俞书宏

世界著名化学家

2019/1/7
世界著名化学家
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Author:Peng Li

俞书宏教授主要从事无机材料的仿生合成与功能化的研究。他在聚合物和有机小分子模板对纳米结构单元的尺寸、维度及取向生长的调控规律、仿生多尺度复杂结构材料的合成以及相关构效关系研究方面取得了很多丰富的成果。在具有重要应用价值的纳米结构单元的宏量制备、宏观尺度纳米自组装体的制备与功能化以及新型纳米材料的合成等领域都做出了重要的贡献。^[1-2]

经历

1988年在合肥工业大学获得无机化学专业学士学位；
1991年在上海化学工业研究院获得硕士学位；
1998年在中国科学技术大学化学系无机化学专业博士学位；
1999-2001年，在日本东京工业大学材料与结构实验室工作（获得日本学术振兴会（JSPS）资助，担任日本学术振兴会研究员）；
2001-2002年，在德国马普学会胶体与界面研究所工作（获得德国洪堡基金会（AvH）资助，担任洪堡外国科学家研究员）；
2002年，任中国科学技术大学化学系教授；
2013年，当选英国皇家化学会会士。

所获荣誉

2014年中国科学技术大学杰出研究校长奖
2014年汤森路透首届中国引文桂冠奖-高被引科学家奖
2012年安徽省“优秀专家”
2011年国务院特殊津贴
2010年中国科学院先进工作者
2010年国际水热溶剂热协会（ISHA）的Roy-Somiya奖章
2010年英国皇家化学会《化学会评论》新科学家奖
2008年第四届中国化学会-德国巴斯夫公司青年知识创新奖
2007年第十届中国青年科技奖
2007年首届中国科大海外校友基金会杰出青年科学家成就奖
2007年上海交通大学名誉客座教授
2006年中国科学院“引进国外杰出人才”计划终期考评优秀奖
2006年中央七部委“新世纪百千万人才工程”国家级人选
2004年霍英东教育基金会第九届高等院校青年教师奖（研究类）一等奖
2004年安徽省青年科技奖
2003年德国马普学会胶体与界面研究所颁发的“Beauty in Science”奖
2000年第四届国际先进材料设计及软溶液合成研讨会青年研究学者奖，东京
2000年 ISI评为1981-1998年的引文经典奖的中国47篇论文之一
1998年博士论文获得第十九届郭沫若奖

主要研究工作及学术成就

俞书宏教授的主要研究方向有：仿生高性能纳米复合结构材料的制备及应用；多功能纳米材料的模板诱导合成和组装技术；新型无机-有机杂化材料的制备；面向能源、环境等领域的应用型新型碳材料的制备及相关能量存储器件制备；纳米材料的光、电、磁性能调控和纳米催化效应。

仿生高性能纳米复合材料制备

天然生物的硬质甲壳材料通常都具备非常优异的力学性能，究其原因是因为其具备纳米多级结构，通过仿生策略设计具有类似天然生物硬质材料的多级结构可以极大的程度的改善化学成分相似的单晶材料的力学性能。俞书宏课题组通过设计一种全新的介观尺度的“组装与矿化“相结合的方法，通过高度模拟软体动物珍珠层的生长方式和控制过程，成功合成了宏观尺度仿珍珠层块体材料，这是首次通过完整模拟天然珍珠层形成而获得的仿生结构功能材料，该材料具有和天然珍珠层高度相似的有序结构及相似的化学组成。^[1]

（A）天然贝壳珍珠层的外观，（B）层状结构，（C）泰森多边形结构（D）文石片颗粒（E）人工珍珠层的外观，（F）层状结构，（G）泰森多边形结构（H）文石片颗粒状结构

俞书宏课题组通过模拟泥鳅鱼鳞中具有一个微小扭曲角的平行排列纳米纤维板的结构，设计了一种通用的自下而上的装配策略，制作了一种基于一维纳米线的三维扭曲胶合板结构。首先利用涂刷诱导组装的方法让一维纳米线在聚合物基底上构建具有预定微扭曲排列结构且厚度可控的有机二维薄膜，在通过有效层压形成三维块体，得到的复合材料具备与天然鱼鳞类似的结构层次和机械特性。^[2]

2. 新型纳米结构的制备

俞书宏课题组通过胶体湿化学“前驱物诱导”的方法成功制备了一种独特的多形体异质结Cu_1.94S-CuS，即通过把一维半导体性的Cu_1.94S和具备二维金属性的CuS复合在一起，形成特殊的“自相互作用”界面。在合成过程中，前驱物Mn(S₂CNEt₂)₂起到至关重要的作用，它可诱导和控制Cu_1.94S至CuS的相变过程，使形成的Cu_1.94S-CuS纳米异质结可以稳定存在。这种独特的Cu_1.94S-CuS纳米异质结可有效吸收太阳光的可见和近红外区域。通过密度泛函理论计算表明，这种特殊的界面可以构筑类似于“金属-半导体”界面结构从而导致形成类似于type-II异质结构类型，促进了体系中电子和空穴的分离，显著提升了其光电转换性能。^[3]

(a) 扫描电镜照片，(b)低倍率透射电镜照片，(c) 高倍率透射电镜照片和晶体结构示意图，(d) 高分辨电镜透射照片，(e) 元素面分布照片

3. 用于电催化的纳米纤维

纳米结构过渡金属(化合物)/氮掺杂碳纳米材料(M/N/C)由于其低成本、高丰度、高效和稳定的催化性能，作为一种前景良好的催化剂，在电化学催化领域备受关注，但能催化全水分解的材料非常罕见。俞书宏课题组使用廉价的水热碳质纳米纤维、吡咯和NiCl₂作为前驱体制备了Ni-N共掺杂碳纳米纤维负载部分氧化的Ni纳米颗粒(PO-Ni/Ni-N-CNFs)的纳米复合电催化剂。得益于有效的活性中心、介孔结构和相互连接的一维纳米纤维网络，所得纳米复合电催化剂在碱性介质中对HER和OER均表现出优异的催化活性和持久性。此外，将PO-Ni/Ni-N-CNFs作为双功能催化剂实际应用于分解水，在1.69V的电压下达到了10mA·cm^-2的电流密度。^[4]

PO-Ni/Ni-N-CNFs纳米纤维的制备过程示意图

代表性论文

[1]Mao L B, Gao H L, Yao H B, et al. Synthetic nacre by predesigned matrix-directed mineralization[J].Science, 2016, 354(6308): 107-110.
[2]Chen S M, Gao H L, Zhu Y B, et al. Biomimetic twisted plywood structural materials[J].National Science Review, 2018, 5(5): 703-714.
[3]Han S K, Gu C, Zhao S, et al. Precursor Triggering Synthesis of Self-Coupled Sulfide Polymorphs with Enhanced Photoelectrochemical Properties[J].Journal of the American Chemical Society, 2016, 138(39): 12913-12919.
[4]Wu Z Y, Ji W B, Hu B C, et al. Partially oxidized Ni nanoparticles supported on Ni-N co-doped carbon nanofibers as bifunctional electrocatalysts for overall water splitting[J].Nano Energy, 2018.
[5] Zhuang T T, Liang Z Q, Seifitokaldani A, et al. Steering post-C–C coupling selectivity enables high efficiency electroreduction of carbon dioxide to multi-carbon alcohols[J].Nature Catalysis, 2018, 1(6): 421.
[6] Zheng Y R, Wu P, Gao M R, et al. Doping-induced structural phase transition in cobalt diselenide enables enhanced hydrogen evolution catalysis[J].Nature communications, 2018, 9(1): 2533.