世界青年化学家——郑南峰

世界著名化学家

2019/4/1
世界著名化学家
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Author:Peng Li

本文作者漂泊

郑南峰教授是厦门大学化学化工学院教授，主要研究纳米材料的合成以及功能纳米材料在催化、环境、生物医疗、能源存储等领域的应用。目标是在分子水平上更深入理解功能纳米材料的合成、性质和应用。到现在为止已经在贵金属纳米晶的表界面化学，具有生物和催化应用的多级纳米材料，以及纳米团簇化学等领域已取得了很多杰出的成果。目前已在Science, Nature Nanotechnol., Nature Mater., JACS, Angew等国际顶级期刊上发表论文110余篇，总引用次数>10000次。郑南峰教授目前也担任Nano Research, ACS Central Science, Advanced Materials Interfaces, ChemNanoMat, Science China-Chemistry和Chinese Chemical Letters等期刊的（顾问）编委。

经历

1998年，获得厦门大学化学系学士学位
2005年，获得美国加州大学河滨分校化学系博士学位，师从Prof. Pingyun Feng
2005-2007年，在美国加州大学圣芭芭拉分校Prof. Galen D. Stucky课题组担任研究助理
2007年至今，厦门大学教授

所获荣誉

2004年获美国材料研究学会的优秀研究生奖，
2006年获美国化学会的无机杰出青年科学家奖，
2009年获福建省杰出青年基金资助，
2009年获中国化学会—约翰威立出版公司青年化学论文奖，
2010年获中国化学会青年化学家奖，
2012年获霍英东教育基金会杰出青年教师奖，
2011、2012年获日本化学会Distinguished Lectureship Award，
2013年获东京大学Zasshi-kai Lectureship，
2014年获第四届中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖，
2016年获中国优秀青年科技人才奖。

主要研究工作及学术成就

纳米团簇

郑南峰教授课题组通过采用配体调控，不对称合成等方法制备得到了一系列不同形貌和性质的纳米团簇，包括手性纳米团簇，孪晶纳米晶，超原子纳米团簇等。他们以含氟硫醇为保护配体合成出了一系列（六成员）尺寸为1.5 nm、硫醇稳定的Ag和AuAg合金纳米团簇，并通过X-射线衍射技术表征了它们的晶体结构。这一系列团簇具核壳结构，其金属内核M₁₂Ag₂₀多面体具同轴高对称性的开普勒结构，由一个空心M₁₂(M = Ag, Au)二十面体内嵌于一个Ag₂₀十二面体形成，而在M₁₂Ag₂₀多面体的表面是由六个Ag₂(SR)₅结构单元组成的表面保护层。所合成的团簇也拥有很强的紫外-可见光吸收能力。这些特征为其在光电领域的应用提供了很好的基础。

郑南峰教授课题组也利用大位阻硫醇(1-金刚烷硫醇)作为表面保护配体，在溶液中存在大量卤素离子的条件下，合成出具有高表面反应性的Ag₁₄₁纳米团簇。X-射线单晶结构分析表明，[Ag₁₄₁X₁₂(S-Adm)₄₀]³⁺(X = Cl, Br, I)是由一个拉长的Ag₇₁金属内核和一个桶状的Ag₇₀X₁₂(S-Adm)₄₀表面保护层组成。1-金刚烷硫醇大的空间位阻降低了硫醇在纳米团簇表面的覆盖度，使团簇中部表面存在不少偏长的Ag-S键，削弱了部分表面硫醇在纳米团簇上的结合能力。在配体交换反应中，这些结合相对较弱的大位阻硫醇很容易被苯乙炔或其它硫醇取代。通过与水溶性硫醇进行配体交换，这些结构确定的银纳米团簇很容易变为水溶性，为它们的生物应用提供了重要基础。^[1-2]

AuAg合金纳米团簇Ag₁₄₁纳米团簇

2. 单原子催化

郑南峰教授课题组采用乙二醇保护的超薄二氧化钛纳米片作为载体，利用光化学方法来制备了一种高负载量（1.5 wt%）单原子Pd催化剂，该催化剂在C=C, C=O的加氢中表现出超高活性和稳定性。（一般方法制备出来的单原子催化剂其负载量通常都低于0.5 wt% ）。他们还发现在温和条件下高效脱除前驱体氯钯酸上的氯离子是成功制备的关键。紫外光能将乙二醇激发生成乙二醇自由基，后者不仅有助于氯离子的脱除，还可通过Pd-O键将钯原子锚定在载体上，形成了独特的“钯-乙二醇-二氧化钛”的界面。令人惊异的是，该催化剂在碳碳双键的催化加氢反应中不仅展示出很高的稳定性，而且活性是钯纳米颗粒的9倍以上。该研究工作很好地展示了单原子分散催化剂在基础研究中的重要作用，不仅为亚纳米尺度上研究复杂界面化学过程提供了理想模型，还架起了均相和非均相催化之间的桥梁。

郑南峰教授课题组还对两种具有不同微观配位结构的单原子钯催化剂（负载于不同表面性质的TiO₂载体上）进行了研究，他们发现尽管两种催化剂的电子性质非常相近，但催化性能却差别巨大。通过系统实验和理论研究，他们发现，在TiO₂负载的单原子钯催化剂中，钯周边所形成的Pd-O-Ti(III)原子级界面可以在室温条件下有效活化氧气形成超氧离子，使催化剂拥有优越的低温催化氧化一氧化碳活性，在温室气体（如甲烷）和挥发性有机污染物（如甲苯）的氧化消除中也表现优异。该项研究结果很好地展示了单原子催化剂的活性中心不局限于单原子分散的金属中心，与其相邻的载体金属原子亦有可能直接参与催化反应，单原子催化剂的金属氧化物载体也有可能成为催化活性位点的重要部分。因此，在设计高效的单原子催化剂时，需要考虑金属前驱体、载体和制备条件对催化剂微观结构的影响。该研究为设计合成高效的单原子催化剂提供了重要理论指导，也将推动单原子催化剂的深层次机理研究。^[3-4]

3. 纳米结构的可控合成

郑南峰课题组设计了一种CO限制生长法，制备得到了一种无支撑六边形钯纳米片（厚度仅为1.8 nm）。这种超薄纳米片具有强近红外光吸收并呈现蓝色，所吸收的光可以被完全转化为热，因而非常适合应用于肿瘤的近红外光热疗。此外，超薄的结构特征使“钯蓝”具有高的比表面积，在甲酸的电催化氧化中呈现出较商用的钯黑更为优越的催化性能。^[5]

代表性论文

[1]Yang H, Wang Y, Huang H, et al. All-thiol-stabilized Ag 44 and Au 12 Ag 32 nanoparticles with single-crystal structures[J]. Nature communications, 2013, 4: 2422.
[2] Ren L, Yuan P, Su H, et al. Bulky surface ligands promote surface reactivities of [Ag141X12 (S-Adm) 40] 3+(X= Cl, Br, I) nanoclusters: models for multiple-twinned nanoparticles[J].Journal of the American Chemical Society, 2017, 139(38): 13288-13291.
[3]Liu P, Zhao Y, Qin R, et al. Photochemical route for synthesizing atomically dispersed palladium catalysts[J].Science, 2016, 352(6287): 797-800.
[4]Liu P, Zhao Y, Qin R, et al. A vicinal effect for promoting catalysis of Pd1/TiO2: supports of atomically dispersed catalysts play more roles than simply serving as ligands[J].Science Bulletin, 2018, 63(11): 675-682.
[5]Huang X, Tang S, Mu X, et al. Freestanding palladium nanosheets with plasmonic and catalytic properties[J]. Nature nanotechnology, 2011, 6(1): 28.