夏幼南

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夏幼南，1965年出生，毕业于江苏省靖江高级中学，1982年考入中国科学技术大学近代化学系，1986年获得郭沫若奖学金，1987年获学士学位，1987-1990年在中科院福建物质结构研究所攻读博士学位。1991年赴美留学，1993年获宾夕法尼亚大学无机化学硕士学位，1996年获哈佛大学化学与化学生物系博士学位，师从George M. Whitesides教授。

教育经历

1993年-1996年，就读于哈佛大学，并获物理化学专业博士学位，师从George M. Whitesides教授，论文题目是"Soft Lithography: Micro- and Nanofabrication Based onMicrocontact Printing and Replica Molding”。

1991年-1993年，就读于宾夕法尼亚大学，并获无机化学专业硕士学位。导师为2000诺贝尔化学奖获得者Alan G. MacDiarmid教授。

1987年-1990年，在中科院福建物质结构研究所攻读博士学位。1988年获中国科学院研究生院四通奖学金（Stone - Corporation Award for Outstanding Achievement in Study,given by the Graduate School of Chinese Academy of Sciences）。

1982年-1987年，就读于中国科学技术大学，并获化学物理专业理学学士，其中于1986年获得郭沫若奖学金（Guo Mo Ruo Award for the Best Student）。

1979年-1982年，就读于江苏省靖江高级中学。

工作经历

1996年-1997年，在哈佛大学化学与化学生物系做博士后研究，师从George M. Whitesides教授。

1997年-2007年，任教于美国华盛顿大学西雅图分校，先后分别担任化学系任助理教授（至2002年）、副教授（至2004年）、教授（至2007年）。

2007年-2011年，受聘于圣路易斯华盛顿大学，任生物工程系James M. McKelvey讲席教授。

2012年至今，受聘于乔治亚理工学院，任生物工程系和化学与生物化学系纳米医学领域Brock Family Chair及Georgia Rearch Alliance杰出学者，主要研究方向是纳米结构材料及其在生物医学研究方面的应用。

荣誉奖项

2013年，受聘武汉理工大学讲座教授。

2011年，受聘浙江大学客座教授。

1997年获德雷福新教授奖（Dreyfus NewFaculty Award）。

1999年获美国化学会拉梅尔奖（Victor K.LaMer Award），中国国家自然科学基金海外杰出青年基金（Oversea Young Investigator Award）。

2000年连续获得美国国家自然科学基金会杰出青年教授奖（NSF Early Career Development Award），斯隆研究奖（SloanResearch Fellow），帕克基金会（David and Lucile Packard Foundation）科学工程研究奖（Fellow inScience and Engineering）。

2002年获德雷斯教书育人奖（CamilleDreyfus Teacher Scholar）。

2005年，因其在化学、物理以及纳米材料应用方面的卓越成就，荣获美国化学会贝克兰奖（Leo Hendrik Baekeland Award ）。贝克兰奖用于奖励纯粹化学或工业化学的杰出成就，夏幼南是六十多年来第一位获贝克兰奖的华人化学家。

2006年获NIH院长先驱奖（NIHDirector's Pioneer Award）。在这次竞争中，全美有400多位科学家角逐“先锋奖”，夏幼南成为13位获奖者之一。

2009年入选世界排名机构TimesHigherEducation评选的1999 - 2009年间世界前十名化学家，排名第五。

2011年入选汤森路透集团（ThomasReuters）发布的2000 - 2010年间全球顶尖一百名材料科学家名人榜，排名第四；及2000 - 2010年间全球顶尖一百化学家名人榜，排名第35位。

2013年，因其在纳米晶体合成及应用方面的卓越贡献，荣获美国化学会材料化学奖（ACS Award in the Chemistry of Materials)，夏幼南是该奖设立以来第一位华人获奖者。

2013年, 因其在纳米晶体方面的卓越贡献， 荣获美国材料学会（MRS）弗雷德·卡弗里(FredKavli）纳米科学杰出讲座奖。

2013年，因其在纳米合成方面的杰出贡献，获NanoToday Award。

2014年，入选汤森路透集团（ThomsonReuters）发布的2003-2013年间全球最有影响的化学家和材料科学家。

科研成就

截至2014年12月，夏幼南教授已在《科学》（Science），《自然》（Nature）及其子刊，《美国化学学会会志》（Journal of the American Chemical Society），《先进材料》（AdvancedMaterials），《德国应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition），《纳米快报》（NanoLetters）等刊物上发表论文总计620余篇，（论文总引用次数达到82,794次， H-因子为157）。

学术任职

夏幼南教授现担任美国化学会《Nano Letters》副主编，及《Angewandte Chemie International Edition》(2011-)，《Chemistry :A European Journal》(2014-)，《Chinese Journal of Chemistry》(2014-)，《ChemicalPhysics Letters》(2014-)，[12]  《AdvancedHealthcare Materials》(2011-, inaugural chairman of the advisory board)，《Particle& Particle Systems Characterization》(2013-)，[12]  《Accounts of ChemicalResearch》(2010-)，《Chemistry: An Asian Journal》(2010-)，《CancerNanotechnology》(2014-)，《Journal of Biomedical Optics》(2010-)，《NanoResearch》(2008-)，[12]  《Science ofAdvanced Materials》(2009-)，《Nano Today》(2006-)，《Chemistry of Materials》(2005-2007)，《Langmuir》(2005-2010, 2012-)，[12]  《InternationalJournal of Nanotechnology》(2003-)，[12]  《AdvancedFunctional Materials》(2001-) 等多个国际杂志的编委，并曾经担任《Advanced Materials》，《Accounts of Chemical Research》,《MRS Bulletin》，《AdvancedFunctional Materials》的特邀主编。

研究领域及成果

自从1997年在美国化学界展开独立科研探索以来，夏幼南充分利用交叉学科的机会，大胆而又创新地融汇化学基础研究于新型纳米材料的探索中。

他的研究团队率先尝试着通过理解和控制纳米结构的形成过程而巧妙地设计各种不同形貌规格的纳米材料。他们的长远目标是逐步完善纳米材料“设计规则”，建立大规模生产纳米材料的科学平台，从而将“纳米技术”造福于电子、光子、催化、信息储存和生物工程、癌症诊断与治疗等各个领域。

夏幼南教授一直关注中国科技发展。夏幼南利用他与国际著名的怀利(WILEY) 出版公司出版的《Advanced Materials》的密切关系，早在1999年组织出版了该刊物的中国专辑，以五星红旗为封面，集中展示了中国材料科学前沿研究领域所取得的突出成就。

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贵金属纳米晶在催化、光学、电子学、生物医学、信息存储和能量转换领域都有着重要的应用。但由于地壳中贵金属的含量低、价格高，怎样实现贵金属的高效利用就变得尤为迫切。近些年来，科学家们发展了很多方法来提高贵金属的使用效率，其中通过构筑中空结构的纳米晶或超薄纳米片能够显著提高贵金属原子的使用效率，尤其是在多相催化中。

作为中空结构的一种，纳米框架有着高度开放的三维空间结构，并具有很大的比表面积、高密度的催化活性位点以及催化反应中不易团聚等特点。因此，贵金属纳米框架不仅有助于减少催化剂负载量和降低成本，而且能够提高催化反应的活性和稳定性。另外，与金/银纳米棒类似，金/银纳米框架也具有高度可调的光学性质。

贵金属纳米框架的两种合成策略

NSR发表的由佐治亚理工学院夏幼南教授研究团队撰写的“贵金属纳米框架的设计与理性合成及其在催化和光学中的应用”综述文章 ，介绍了近些年来贵金属纳米框架在设计、合成和使用方面的进展。

作者首先总结讨论了贵金属纳米框架的两种合成策略：

（1）先将一种金属选择性沉积在另一种金属模板上，然后选择性地刻蚀掉金属模板；

（2）通过置换反应或氧化刻蚀的方法将空心或实心结构的金属纳米晶去合金化来得到纳米框架结构。

随后，作者着重介绍了贵金属纳米框架在催化和光学领域中的应用，最后讨论并展望了贵金属纳米框架合成制备方面仍需解决的问题以及未来的发展趋势。

文章信息

Rational design and synthesis of noble-metal nanoframes for catalytic and photonic applications

Xue Wang, Aleksey Ruditskiy and Younan Xia

Natl Sci Rev 2016; 4: 520–533

https://doi.org/10.1093/nsr/nww062

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夏幼南，贵金属纳米晶连续自动化量产！

本文亮点

1. 实现了贵金属纳米晶的规模化与自动化生产；

2. 贵金属纳米晶产品具有较统一的尺寸和良好的形貌；

3. 生产率大幅度提高。

具有特定形貌的贵金属纳米晶在催化，光电，传感和成像等领域一直扮演重要角色。由于特定形貌的贵金属纳米晶在合成和保存过程中具有非常大的不稳定性，扩大化生产往往无法保持其原有的物化性质。所以，贵金属纳米晶目前仅仅处于学术研究阶段，实现其工业化生产具有非常大的局限性。

为了实现扩大化生产，目前一般有两种方案：

1）通过切换到更大批次的反应器来增加反应量；

2）将反应溶液分成连续的液滴，来降低其反应体积。

对于第一种方案来说，很难保证产品的质量和可重复性，原因在于贵金属纳米晶生长过程中有很多制约因素（比如：反应试剂的加入方式，对放热与吸热反应的热处理方式，反应物和热量的传递速度）。上述参数随着容器体积的增加很难实现线性增长，一旦体积变大，产品质量很难得到保证。

对于第二种方案来说，研究者探索了微流体和毫流体两种液滴反应装置来实现其目的。这种液滴反应器能够实现质量和热量的快速传输，参数的有效控制以及原料的有效利用。但是在合成过程中，低通量，不可逆的反应器污染以及复杂的制造过程是其规模化生产的障碍。

目前，毫流体液体反应器具有更大的反应容积，其整合了聚合管和硅油毛细管，该装置已经成功制备了某些贵金属纳米晶（Pd立方块, Au纳米棒，Ag三角形纳米晶）。另外，该反应器还整合了一些其他技术（x射线散射、光致发光和紫外线−vis光谱学原位表征）用于高效分析反应动力学和精确调控其成核与生长过程。然而，目前地这种液滴反应器依旧存在某些缺点，无法进行自动化生产。操作员需要人工收集硅油和水的混合液，并从中分离出胶质纳米晶。而且这些分离和净化过程只能小规模，分批次进行，严重降低了微滴反应器的生产速率。若能将人工操作发展为自动化操作，其生产速率将会大幅度增加。

有鉴于此，美国佐治亚理工学院夏幼南教授课题组设计了一种可用于自动化和规模化生产贵金属纳米晶的微滴反应器，可用于生产尺寸和形貌均匀的纳米晶。

图1 自动化微滴反应器

该设备主要包括四个部分：

1）反应器

2）冷冻装置

3）水油分离装置

4）净化装置。

其中反应器是用来混合反应原料并保证足够长时间来实现晶体的可控成核和生长。冷凝装置能够快速降低产品的温度，以保证纳米颗粒具有较高的组成，形貌和尺寸。

而水油分离装置是通过带孔的聚四氟乙烯管改造的，通过毛细管作用，将硅油从聚四氟乙烯管壁的小孔中去除，以促进湿润，油相作为载相。水油分离装置还实现了交叉流过滤装置与微滴反应器系统的集成，从而选择性去除未反应的前体、杂质、表面活性剂、还原剂以及具有不理想尺寸或形状的副产品，从而得到理想的产品。

最后，包含纳米晶的液相在净化装置完成分离步骤，除去前驱体，还原剂和表面活性剂。该微滴反应器能够把纳米线从纳米颗粒中分离出来。研究者以Pd纳米晶为例来阐述该装置在纳米晶生产上的用途。

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夏幼南于1996年毕业于哈佛大学，获得物理化学博士学位，师从George M. Whitesides 教授，现为佐治亚理工学院生物工程系和化学与生物化学系纳米医学领域Brock Family Chair及Georgia Rearch Alliance杰出学者。在加入佐治亚理工学院之前，夏幼南曾任职于美国华盛顿大学圣路易斯分校和圣路易斯华盛顿大学。夏幼南教授现担任美国化学会Nano Letters副主编，及Angewandte Chemie International Edition，Chemistry : A European Journal，Nano Today等多个杂志的编委。

夏幼南教授2017年获得美国材料研究学会奖章， 2014-2017连续4年入选汤森路透集团发布的化学领域和材料领域汤森路透高被引科学家名单，2014年当选ACS Fellow，并被汤森路透集团评为全球最有影响力的材料科学家（排名第4）。另外，夏教授还曾获得ACS贝克兰奖和材料化学奖，是第一位获得这两个奖项的华人科学家。他在任教以来，发表SCI 论文近700篇，被引用次数近十余万次，H因子为209。

夏幼南教授在聚合物纳米复合材料方面的研究主要应用在纳米医药和再生药物上，包括以下几个方面： （1）纳米晶体在生物系统方面的应用，旨在获得功能纳米晶体通过其光热效应进行医疗处理。在目前的研究中，课题组用智能聚合物包裹金纳米笼形成纳米胶囊用于靶向缓释递药，该系统具有极高的准确率。（2）将静电纺丝用于神经组织工程、递药系统、干细胞研究和腱-骨嵌入的修复。（3）高磁性胶体粒子对生物分子和细胞的分离、检测、改性和跟踪等方面的应用。

最近夏幼南教授课题组开发出一种蜂巢状多管道纳米纤维导管，并将其应用于末梢神经的修复。该导管的设计模仿了末梢神经结构，作者先用无序纳米纤维膜将定向排列的有序纳米纤维膜包裹卷成管状，然后将七个这样的管道包裹进一根大管道的内腔，形成蜂巢状多管道导管（图1）。在管壁之间导入粘合剂之后，该管道的强度和韧性能够达到外科手术操作的标准。

多管道纳米纤维导管示意图

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平铺纳米尺寸片状模块制备的亚微米厚度β-Li3PS4固体电解质膜

固态锂电池中, 作为离子传输介质和分隔材料的固体电解质起着至关重要的作用。厚的电解质层会增加电池的体积/质量，而降低电池的功率和能量密度，更关键的是它会限制充放电过程中的电流密度，影响电池充放电时间。制备薄的电解质膜是非常渴望的，但是也具有很大的挑战性。常规的薄膜技术包括磁控溅射法，原子层沉积法或脉冲激光沉积法等，不仅需要昂贵和耗时的超高真空条件，而且也非常困难精地确控制电解质薄层保持均匀的成分，尤其是对于易挥发的Li，P，和S元素。

为了解决这一问题，美国乔治亚理工大学夏幼南教授，橡树岭国家实验室的迟妙方和梁成都研究员合作提出了一种新的策略，利用平铺纳米尺寸的形状可控的模块来制备超薄固态电解质膜的方法。在前期工作的基础上(J. Mater. Chem. A 2016, 4, 8091.)，实现了对纳米尺寸的β-Li3PS4片的形状可控，并利用生成的纳米片作为模块平铺形成亚微米厚度的固体电解质膜。这种方法提供了调节不同厚度的电解质膜的灵活性，并首次制备出了低于0.5微米的超薄β-Li3PS4固体电解质膜。此外，超薄β-Li3PS4电解质膜还具有其他的优点，如高的离子导电性，低的活化能，以及和锂电极的稳定性等。这项新的基于溶液化学法，利用纳米片平铺形成亚微米厚的薄层的策略，提供了灵活控制不同厚度超薄固体电解质膜的可能性，具有为下一代储能和能量转换系统来制备高离子导电性的超薄和致密的固体电解质膜的可行性战略意义。相关论文“Fabrication of Sub-Micrometer-Thick Solid Electrolyte Membranes of β-Li3PS4 via Tiled Assembly of Nanoscale, Plate-Like Building Blocks” 在线发表在Advanced Energy Materials 上（DOI: 10.1002/aenm.201800014）。（文章共同一作作者：Zachary Hood现为美国麻省理工大学(MIT)博士后，王慧现为美国路易威尔大学机械系助理教授）。

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佐治亚理工学院夏幼南Mater. Today综述：贵金属的十面体纳米晶体：合成、表征和应用

具有可控形状或形态的贵金属纳米晶体已经受到基础研究和工业应用的广泛关注，目前诸如球体、四面体、立方体、八面体、十面体、十二面体和二十面体等贵金属纳米晶体已经能够简便地制备得到。尽管大多数贵金属在面心立方结构中结晶，双平面和/或堆垛层错的存在使得结晶系统更加复杂，同时对于各种应用更加有趣。例如，十面体和二十面体含有多个双缺陷并被{111}面包围，因此它们具有一些共同的催化性质。而十面体纳米晶体的独特五孪晶结构以及近来开发的十面体纳米晶体的合成方法都提供了一个很好的机会来利用种子介导的生长方式来获取更复杂的结构。

近日，Mater. Today在线刊登了佐治亚理工学院夏幼南教授发表的题为“Decahedral nanocrystals of noble metals: Synthesis, characterization, and applications”的综述文章，集中阐述了基于贵金属的十面体纳米晶体的合成、表征和应用相关的研究进展。首先简要介绍了十面体纳米晶体的独特特征和性质，并对十面体纳米晶体的形成机制进行热力学和动力学分析。然后分析了合成单金属（Ag、Au、Pd、Cu、Rh和Pt）、合金十面体纳米晶体以及具有核-壳、核-框架或一维结构衍生物的合成路线。最后，重点介绍了十面体纳米晶及其衍生物在光子、催化和传感应用中的应用，并总结了关于贵金属十面体纳米晶体的未来发展方向。

在过去十年中，通过湿化学方法合成十面体纳米晶体及其衍生物取得了重大进展，包括Au、Ag和Pd等贵金属十面体纳米晶体。但是，对于十面体纳米晶体的成核生长机制，仍然缺乏全面的理解。总的来说，调整或严格控制十面体纳米晶体的尺寸仍然是一个挑战。需要注意的是，在将十面体纳米晶体及其衍生物应用于任何工业应用之前，还应考虑其他一些问题，诸如纳米晶体的热稳定性和化学稳定性和纳米晶的规模化制备（从毫克级扩大到克和千克级）等。

文献链接：Decahedral nanocrystals of noble metals: Synthesis, characterization, and applications (Mater. Today 2018, DOI: 10.1016/j.mattod.2018.04.003)

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6月18日，美国佐治亚理工学院夏幼南教授做客“百年南开大讲坛”，在八里台校区蒙民伟楼报告厅以“Towards Predictable Synthesis of Colloidal Metal Nanocrystals”为题带来学术讲座。中国科学院院士、南开大学化学学院院长陈军为夏幼南教授颁发“百年南开大讲坛主讲人”证书牌。化学学院师生近200人参加。


讲座中，夏幼南教授以表面等离子共振现象及其与纳米晶形貌的相关性为切入点，结合近年来的研究成果系统阐述了还原反应动力学在金属纳米晶合成中的重要作用。他认为，反应速率、反应活化能等动力学参数的定量表征将加深对纳米晶成核和生长过程的理解，最终实现纳米晶的可预测合成以及定量控制，从而解决在以往的合成中由于缺乏对反应本质的掌握而导致的实验重现性差和产物质量不够理想等问题。最后，他以一步合成法和微滴反应器为例畅谈了纳米晶从基础学术研究到自动化和规模化生产的前景。整个报告深入浅出、富有启发，同学们踊跃提问，并就自己感兴趣的科研问题与夏幼南教授进行了热烈讨论。


夏幼南教授是美国佐治亚理工学院生物医药工程系和化学与生物化学系Brock Family Chair和Georgia Research Alliance纳米医学杰出学者，ESI全球最顶尖100位材料学家榜单第4。夏幼南教授1987年获中国科学技术大学化学物理专业学士学位；1993年获宾夕法尼亚大学无机化学专业硕士学位，导师是2000年诺贝尔化学奖获得者Alan G. MacDiarmid教授；1996年获哈佛大学物理化学博士学位。已在Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Nanotechnol., JACS和 Angew. Chem. Int. Ed.等国际顶尖期刊发表学术论文700余篇，总引用次数超过180000次，H因子为212。曾获美国化学学会全国材料化学奖、NIH院长先锋奖、帕克基金会科学工程研究奖等奖项，同时也是60年来首位获得美国化学会贝克兰奖的华人科学家。此外，夏幼南教授自2002年以来一直担任国际著名学术期刊Nano Letters的副主编，并兼任Acc. Chem. Res., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Adv. Health. Mater.和Nano Today等多个国际著名期刊的顾问委员会成员。

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碳负载的铂纳米粒子已经被用作多种反应的催化剂，其中包括质子交换膜燃料电池中关键的氧还原反应(ORR)，但其催化性能长期以来一直受到成本高以及制备难度大的困扰。

有鉴于此，美国乔治亚理工学院夏幼南教授等人通过铂(II)前驱体和预沉积在碳载体上的均匀非晶态硒薄膜之间的电置换反应，在商业碳载体上原位生长亚2nm铂粒子。残留的硒可以作为连接剂，将铂纳米粒子牢固地固定在碳表面，从而获得对ORR具有优异的催化活性和稳定性的催化体系。即使经过20000次循环的稳定性测试，该催化剂的催化性能仍是商业化Pt /C催化剂的三倍以上。

Haoyan Cheng, Zhenming Cao, Zitao Chen, Ming Zhao, Minghao Xie, Zhiheng Lyu, ZhihongZhu, Miaofang Chi, Younan Xia*. Catalytic System Based on Sub-2 nm Pt Particlesand Its Extraordinary Activity and Durability for Oxygen Reduction. Nano Lett.2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01221

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01221