师资队伍
您当前的位置: 首页  师资队伍  教师名录  化学生物学系

相国磊

作者:  发布日期:2018-03-14

1.基本信息:

职务:副教授,研究生导师

籍贯:山东临沂

电话:188-1306-7139

邮箱:xianggl@mail.buct.edu.cn

授课:《无机化学》、《科技论文写作规范与技巧》






2.教育背景:

2014—2017:英国-剑桥大学

2008—2014:清华大学

2012—2013:美国-匹兹堡大学

2004—2008:北京化工大学

3. 研究领域:

(1) 纳米材料与材料化工:纳米材料合成与方法学、多相催化、光电催化、生物医用材料、环境修复材料、量子点发光材料

(2) 功能与应用:环境催化、加氢催化、大气催化、电催化、水污染处理技术、牙齿修复材料、表面涂层与抗菌材料,环境修复与治理、土壤修复材料与技术

(3) 基础研究:纳米表面材料表面化学、胶体与界面化学、光物理与光化学、化学键理论与电子结构实验表征方法学、催化基本原理

(4)工程研究:化工工艺设计与开发、工业催化技术、水污染与土壤污染防治与修复技术

4. 代表性学术成就:

(1) 催化作用构效关系的基础与应用研究

载体可通过强金属-载体相互作用(SMSI)、界面电荷转移、边界层等方式调控甚至决定纳米催化剂的活性、选择性与稳定性,该领域存在大量关键科学问题需要深入阐明,如调控不同MSI模式的关键结构因素是什么,催化剂-载体相互作用遵循什么样的共性规律、催化剂电子结构的调控机制及与催化性能间的构效关系。从原子和电子层面阐明金属-载体界面作用的规律是深刻揭示多相催化领域关键科学问题的关键。我们以Ru/TiO2作为模型体系,通过设计RuTiO2界面相容性,发现金属-载体接触界面的性质在调控相互作用模式中起关键作用。金红石(R-TiO2)与锐钛矿(A-TiO2)虽然化学组成相同,但晶体结构不同,与Ru形成不同的相互作用模式,进而调控表面原子构型、电子结构状态与催化路径。(Nature Communications 2022,13 (1), 327)

(知乎: https://zhuanlan.zhihu.com/p/459767335)

(2) 催化与表面化学作用电子结构层次理论模型的发展

由于几何层次、原子层次和电子层次所有结构因素的综合作用,仅靠实验调控和模拟计算难以厘清纳米表面化学作用体系深层的物理化学机理,而通过明确相互作用的物理化学图像、定义关键概念并推导数学方程,则是揭示化学作用本质规律的根本模式。我们基于对TiO2面吸附作用电子结构机制的实验解析,发现价轨道分布的界面重构是表面化学作用的关键环节。基于该物理化学图像与共价键形成原理,采用量子化学研究方法,定义了一个决定原子竞争价轨道能力的本征物理量——轨道势(G),进一步推导了揭示表面化学作用轨道竞争分配机制的一组数学方程。轨道势是我们引入的一个关键概念,是连接尺寸、配位原子、配位数及缺陷等结构参数与表面吸附活性的桥梁;当活性中心原子退化成孤立的原子时,轨道势的含义即是泡林等人所提出的电负性,因此轨道势的物理本质是电负性的广义概念。该理论模型阐明了纳米材料尺寸相关活性-稳定性对立统一辩证关系的电子结构本质,发现尺寸减小对表面化学活性的增强具有双重机制。(Nano Research 2021)

(纳米人: http://www.nanoer.net/showinfo-32-37991.html)

(3) 发现一种新型非共价分子间作用力模式

我们发现过氧根修饰的二维TiO2能广泛吸附芳香分子,经设计、选择具有不同官能团的芳香分子,揭示出该作用的驱动力是一种新型非共价表面相互作用,其基底为过渡金属氧化物,不同于传统的石墨等sp2杂化材料。我们采用同步辐射XAFS技术探测Ti元素KL吸收边变化,阐明该反常非共价π作用起源的电子结构机理,发现π结构间的作用能引发π电子分布的纵向极化。类似芳香离域体系横向扩展,纵向极化也能扩大π体系的空间分布范围,实现体系整体能量的降低。由于芳香电子结构的柔性,纵向极化应是各种非共价π作用的共性机制,为统一各种非共价π作用的电子结构层次起源提供了新原理。(Chemical Science 2021,12 (12), 4411-4417)

研之成理:https://mp.weixin.qq.com/s/nCTp3ZhA-X4vuJPjcmSPTw

(4) 提出纳米尺度协同化学吸附理论,解析了配体调控纳米材料物理与化学性质表面效应的普适电子结构原理

表面配位状态能普遍调控甚至决定金属团簇、量子点及二维材料等体系的物理与化学性质,因此如何理解颗粒尺寸、形貌、配体及其覆盖度等因素在此类表面效应现象中的作用机制和共性规律,是物理、化学及材料等领域共同关注的核心科学问题。虽然人们已发现大量的此类效应,但由于实验表征和理论理解方面存在巨大挑战,导致对多数现象本质的理解依然不充分。针对此类关键科学问题和技术挑战,申请人以单晶胞厚TiO2纳米片为模型体系,通过连续改变乙二醇配体的覆盖度,实验探索了表面配体及其覆盖度调控半导体纳米材料禁带宽度的规律,并用NEXAFS技术探测Ti-L3边变化的特征,揭示了表面配体调控纳米材料能带电子结构的机制与规律。基于实验表征和理论计算结果,提出了纳米尺度协同化学吸附理论(Nanoscale Cooperative Chemisorption, NCC),阐明了配体及覆盖度调控纳米材料电子结构的共性机理,以及表面反应活性随配体覆盖度增加而增强的电子结构原理(Nano letters 2018,18 (12), 7809-7815.)

纳米人公众号:http://www.nanoer.net/showinfo-32-6330.html

5. 学术论文:

1.Zhou, J.;  Gao, Z.;  Xiang, G.;  Zhai, T.;  Liu, Z.;  Zhao, W.;  Liang, X.; Wang, L., Interfacial compatibility critically controls Ru/TiO2 metal-support interaction modes in CO2 hydrogenation. Nature Communications 2022,13 (1), 327.

2.Xiang, G. L.; Wang, Y. G., Exploring electronic-level principles how size reduction enhances nanomaterial surface reactivity through experimental probing and mathematical modeling. Nano Research 2021.

3.Ma, S. Q.;  Zhao, W. X.;  Zhou, J.;  Wang, J. O.;  Chu, S. Q.;  Liu, Z. G.; Xiang, G. L., A new type of noncovalent surface-pi stacking interaction occurring on peroxide-modified titania nanosheets driven by vertical pi-state polarization. Chemical Science 2021,12 (12), 4411-4417.

4.Zhao, W. X.;  Ma, S. Q.;  Zhou, J.; Xiang, G. L., Direct synthesis of defective ultrathin brookite-phase TiO2 nanosheets showing flexible electronic band states. Chemical Communications 2021,57 (4), 500-503.

5.Liu, F.;  Yan, N.;  Zhu, G. Q.;  Liu, Z. G.;  Ma, S. Q.;  Xiang, G. L.;  Wang, S. R.;  Liu, X. J.; Wang, W., Fe-N-C single-atom catalysts with an axial structure prepared by a new design and synthesis method for ORR. New J. Chem. 2021,45 (29), 13004-13014.

6.Han, X. G.;  Zhou, L. Y.;  Cao, S. B.;  Zhang, L. L.;  Xiang, G. L.; Chen, J. F., Exploring the Roles of ZIF-67 as an Energetic Additive in the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate. Energy & Fuels 2021,35 (5), 4447-4456.

7.Zhou, L.;  Cao, S.;  Zhang, L.;  Xiang, G.;  Wang, J.;  Zeng, X.; Chen, J., Facet effect of Co3O4 nanocatalysts on the catalytic decomposition of ammonium perchlorate. Journal of hazardous materials 2020,392, 122358.

8.Jiang, R.;  Liu, T.;  Wu, R.;  Guo, C.;  Chen, Y.;  Xiang, G.; Wang, L., Tailoring N-coordination environment by ligand competitive thermolysis strategy for efficient oxygen reduction. ACS applied materials & interfaces 2020,12 (6), 7270-7276.

9.Lu, W.;  Li, W.;  Xiang, G.; Wang, L., Enhanced electrocatalytic activity of trace Pt in ternary CuCoPt alloy nanoparticles for hydrogen evolution. Inorganic chemistry 2019,58 (9), 6529-6533.

10.Cheng, Y.;  Yang, F.;  Xiang, G.;  Zhang, K.;  Cao, Y.;  Wang, D.;  Dong, H.; Zhang, X., Ultrathin tellurium oxide/ammonium tungsten bronze nanoribbon for multimodality imaging and second near-infrared region photothermal therapy. Nano letters 2019,19 (2), 1179-1189.

11.Zhu, W.;  Xiang, G.;  Shang, J.;  Guo, J.;  Motevalli, B.;  Durfee, P.;  Agola, J. O.;  Coker, E. N.; Brinker, C. J., Versatile surface functionalization of metal–organic frameworks through direct metal coordination with a phenolic lipid enables diverse applications. Advanced Functional Materials 2018,28 (16), 1705274.

12.Xiang, G.;  Tang, Y.;  Liu, Z.;  Zhu, W.;  Liu, H.;  Wang, J.;  Zhong, G.;  Li, J.; Wang, X., Probing Ligand-Induced Cooperative Orbital Redistribution That Dominates Nanoscale Molecule–Surface Interactions with One-Unit-Thin TiO2 Nanosheets. Nano letters 2018,18 (12), 7809-7815.

13.Long, Y.;  Wang, K.;  Xiang, G.;  Song, K.;  Zhou, G.; Wang, X., Molecule Channels Directed by CationDecorated Graphene Oxide Nanosheets and Their Application as Membrane Reactors. Advanced Materials 2017,29 (16), 1606093.

14.Liu, Z.;  Lee, J.;  Xiang, G.;  Glass, H. F. J.;  Keyzer, E. N.;  Dutton, S. E.; Grey, C. P., Insights into the electrochemical performances of Bi anodes for Mg ion batteries using 25 Mg solid state NMR spectroscopy. Chemical Communications 2017,53 (4), 743-746.

15.Liu, C.;  Xiang, G.;  Wu, Y.;  Barrow, S. J.;  Rowland, M. J.;  Clarke, D. E.;  Wu, G.; Scherman, O. A., Hybrid organic–inorganic supramolecular hydrogel reinforced with CePO4 nanowires. Polymer Chemistry 2016,7 (42), 6485-6489.

16.Xiang, G.;  Guo, H.;  Long, Y.;  Xu, B.;  He, J.;  Zhao, J.; Wang, X., Ultrathin 2D Nanolayer of RuO2 Effectively Enhances Charge Separation in the Photochemical Processes of TiO2.Small 2015,11 (35), 4469-4474.

6. 研究生招生信息

招生方向:化学、材料化工、化学工程、环境科学与技术相关专业背景等。

招生要求:勤奋主动,敢于交流,踏实上进,有强烈的成才意愿。