中国科学技术大学化学物理系李震宇

zhuimengren

李震宇 博士
研究员(教授)、博士生导师
合肥微尺度物质科学国家实验室(5019室)
中国科学技术大学
安徽，合肥
电话: 0551-63600934, 63600306
电子邮件： zyli@ustc.edu.cn

教育背景
•        7/2004,中国科学技术大学，获物理化学专业博士学位。
论文题目：新材料物性的第一性原理研究， 导师：杨金龙教授
•        7/1999, 中国科学技术大学少年班，获物理学专业学士学位。
学术经历
•        2012.06-至今，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室，研究员(化学物理系双聘教授)。
•        2007.09-2012.06，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室，副教授、博士生导师(2010)。
•        2006.10-2007.09，美国加州大学Irvine分校化学系， Prof. Shaul Mukamel研究组，博士后，蛋白质电子光谱理论。
•        2004.10-2006.09，美国马里兰大学化学与生物化学系， Prof. Daniel Kosov研究组，博士后，计算分子电子学。
研究方向
•        动力学过程与化学反应的微观机理
•        功能材料的理论设计与计算表征
•        分子器件的输运性质
•        密度泛函理论及相关数值方法
•        蛋白质分子电子光谱的理论模型
科研项目
•        国家自然科学基金委面上项目，21573201，大气中颗粒物成核与生长的分子机理，2016.01-2019.12，主持
•        教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类)，20133402110035，贵金属表面分子吸附体系的紧束缚模型，2014.01-2016.12，主持
•        国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目，21222304，基于第一性原理的计算表征、理论设计与机理研究，2013.01-2015.12，主持
•        国家自然科学基金委面上项目，21173202，金属表面化学气相沉积法生长石墨烯的机理研究，2012.01-2015.12，主持
•        中国科学技术大学青年创新基金，化学法制备石墨烯的理论研究，2010.01-2011.12，主持
•        国家自然科学基金委青年科学基金项目，20803071，石墨烯氧化物的物理化学性质及氧化还原机理的理论研究，2009.01-2011.12，主持
•        教育部高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金，2007B23，一些分子与纳米体系的外场响应理论研究，2008.01-2011.12，主持
•        中国科学院优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金，新型功能纳米材料的设计与理论表征，2008.01-2010.12，主持
•        国家重点研发计划，2016YFA0200604，纳米结构超高分辨表征的理论与模拟，2016.07-2021.06，参与
•        国家自然科学基金委创新研究群体项目，21421063，表面单分子量子行为的表征与调控，2015.01-2017.12，参与
•        国家重大科学研究计划青年项目，2014CB932700，合成气转化制备优质液体燃料的高效金属纳米催化剂研究，2014.01-2018.08，参与
•        国家自然科学基金委创新研究群体项目，21121003，表面单分子量子行为的表征与调控，2012.01-2014.12，参与
•        国家重大科学研究计划，2011CB921404，分子尺度上量子设计和调控的理论和模拟，2011.01-2015.08，参与
•        国家自然科学基金委重点项目，20933006，复杂化学体系多尺度动力学方法的发展与应用，2010.01-2013.12，参与
•        中国科学院知识创新工程重要方向项目，KJCX2-YW-W22，石墨烯的结构和物性的理论研究，2009.07-2012.06，参与
•        国家重大科学研究计划，2006CB922004，分子尺度上量子行为和调控的理论，2006.12-2011.08，参与
荣誉与奖励
•        16' 霍英东教育基金会第十五届高等院校青年教师奖
•        15' 中国化学会青年化学奖
•        15' 中国科学院优秀研究生指导教师奖
•        15' 中国科学技术大学王宽诚育才奖一等奖
•        14' 中国科学院杰出科技成就奖(主要完成者)
•        14' 中国科学院卓越青年科学家项目
•        12' 中国化学会唐敖庆理论化学青年奖
•        11' 中国科学院卢嘉锡青年人才奖
•        10' 中国科学技术大学校友基金会优秀青年教师奖
•        08' 教育部新世纪优秀人才支持计划
•        06' 全国百篇优秀博士学位论文
•        04' 中国科学技术大学第7届研究生学术论文报告会一等奖
•        02' 中国科学技术大学求是研究生奖学金
Professional and Service Activities
•        公共服务：校本科学业指导专家(2015-) | 第九届校教代会第二代表团副团长(2015- ) | 校预算专家委员会委员(2014- ) | 少年班学院副院长(2014- ) | 少年班学院院长助理(2009-2014) | 第八届校教代会发展与规划委员会委员(2009-2014)
•        同行评议：NFSC | NPG (Nature Nanotech., Sci. Rep.) | ACS (J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., ACS Nano, J. Phys. Chem.) | APS (Phys. Rev. B) | RSC (Nanoscale, Phys. Chem. Chem. Phys., J. Mater. Chem.) | Wiley (Adv. Func. Mater., ChemPhysChem) | AIP (J. Appl. Phys.) | IOP (J. Phys.: Condens. Matter, Nanotechnology) | Elsevier (Chem. Phys. Lett., Chem. Phys.) | World Scientific (J. Theo. Comput. Chem.)
•        协会会员：中国化学会 | 中国科学院青年创新促进会
•        学术期刊：Frontiers in Materials杂志Associate Editor、 Graphene and 2D Materials杂志Editorial Advisory Board成员

dansu

石墨烯生长的多尺度模拟：架起宏观生长动力学和微观机理之间的桥梁

表面生长是制备二维材料的一种重要手段。为了可控生长高质量的二维材料，研究者需要深入了解其原子尺度的生长机理。遗憾的是，实验中往往只能得到宏观的生长动力学行为，很难在生长条件下原位获得原子尺度的相关信息。而在理论研究中，虽然第一性原理计算基于原子模型，但是其计算结果很难与生长速率等宏观实验观测直接联系起来。近日，中国科学技术大学的李震宇研究组在Accounts of Chemial Research 上撰写论文，总结了他们在过去几年研究石墨烯生长机理中所取得的进展，表明多尺度模拟可以在宏观生长动力学和微观机理之间架起一座桥梁。

原子尺度的第一性原理计算和分子动力学模拟能够提供复杂生长过程中所涉及的诸多基元反应动力学参数。在此基础上，如果能发展一些针对具体体系的高效算法，介观尺度下的动力学蒙特卡洛模拟就完全有可能得到能够直接与宏观实验观察对比的结果。在不同气压、温度等生长条件下，主要的反应路径以及总体的生长动力学行为都可以从模拟中直接得到。

对于铜表面石墨烯的生长，理论模拟表明碳二聚体的表面浓度远高于碳原子，前者是石墨烯生长的主要供给物种，决定了最后长成的石墨烯岛的几何形貌。当采用化学气相沉积法生长石墨烯时，情况更加复杂。一个长期令人困惑的问题是为什么需要在CH4 → C (graphene) + 2H2这样的反应中添加副产物氢气。理论模拟表明，氢的一个重要作用是调节石墨烯岛的边缘形貌，从而彻底改变具体的反应路径。氢分压增高能够起到稳定石墨烯边缘、促进生长的作用；与此同时，也会造成表面含碳物种的氢化脱附，从而抑制生长。这两种效应的竞争导致实验上观察到石墨烯生长异常丰富的动力学行为。

对于实验上存在定量的生长动力学数据的体系，多尺度模拟可以直接与实验对比，从而得出可靠的原子机理。在Ir(111)表面生长石墨烯时，实验上观测到生长速率与表面碳浓度的五次方成正比。理论模拟表明，由于晶格尺寸不匹配，石墨烯岛边缘不同位置的化学环境有所不同。有的边缘位点贴附单个碳原子热力学极不稳定，这时需要一种适当大小的团簇才能有效地贴附，这些浓度极低的团簇贴附决定了最终的生长动力学。对于生长的逆过程，镍纳米颗粒切割石墨烯，实验观测到总的切割速率正比于纳米粒子表面积，似乎表明速控步应该发生在纳米粒子表面。然而，理论模拟表明，切割过程的速控步发生在石墨烯和纳米粒子的界面（“吃豆人”机理）。进一步的分析表明，界面速控步导致依赖于表面积的切割速率这一反常动力学行为是由于zigzag型边缘位点和armchair型边缘位点切割难度相差很大引起的。理论模拟很好地再现了实验上观测到的生长动力学行为。因此，仅仅通过实验观测的宏观动力学行为就可以简单地预测原子机理。

李震宇研究组近年来对石墨烯的生长机理进行了系统深入的研究，通过多尺度模拟将原子尺度的基元步骤与气压、温度以及生长速率等宏观变量联系在一起。这些工作反映了二维材料生长机理研究的最新进展，同时也为科研人员开展对其他二维晶体生长的研究提供了重要的参考。

该论文作者为：Zongyang Qiu, Pai Li, Zhenyu Li and Jinlong Yang

Atomistic Simulations of Graphene Growth: From Kinetics to Mechanism

Acc. Chem. Res., 2018, 51, 728, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00592