武汉大学化学与分子科学学院物理化学研究所付磊

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付磊，武汉大学教授，博士生导师，获自然科学基金委优秀青年基金支持。2001年武汉大学本科毕业，2006年在中科院化学研究所获理学博士学位。之后加入美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Director’s Postdoc Fellow），2008年～2011年任北京大学副研究员，2012年加入武汉大学。研究兴趣包括二维纳米材料的可控生长及其在能源、柔性电子学领域的应用。在Nature Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Acc. Chem. Res.等期刊发表论文90多篇。翻译国内首部石墨烯学术专著（《石墨烯：基础及新兴应用》，科学出版社，2015）。获中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、中国化学会青年化学奖、武汉市优秀青年科技工作者称号。现任中国化学会青年委员会委员、纳米化学专业委员会委员等学术职务。

博士 , 教授
研究方向： 物理化学
联系电话： leifu@whu.edu.cn
Email: leifu@whu.edu.cn

实验室主页：leifu.whu.edu.cn

付磊，武汉大学教授，博士生导师，教育部青年“长江学者”，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。

以电子信息、能源领域的应用需求为导向，着力研究石墨烯等二维材料及其异质结的可控生长、组装问题。

获中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、中国化学会青年化学奖、武汉市优秀青年科技工作者称号。现任中国化学会青年委员会委员、纳米化学专业委员会委员等学术职务。

研究与教学工作

付磊教授自2012年到武大工作以来，在二维材料的可控制备领域做出了具有特色且系统的研究工作，创新性地提出了液态金属剂策略，深入研究了其上二维材料独特的生长行为，成功解决了二维材料制备过程中的一些瓶颈性问题。解决了二维材料制备过程中层数不均的问题；建立了伴生生长新方法，实现了二维材料全堆垛异质结的构建；发现了二维材料的自组织生长行为，获得了超有序阵列结构，为二维材料在集成器件领域的应用奠定了坚实基础。

付磊教授主持了国家自然科学基金优秀青年基金项目、多个面上项目，参与了多个国家重大研究计划、973项目，取得了一系列重要的研究成果。在Nature Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.等国际一流刊物上发表论文100余篇并被广泛引用，申请中国/美国发明专利15项。翻译国内首部石墨烯学术专著（《石墨烯：基础及新兴应用》，科学出版社，2015）。

付磊教授还非常注重本科生、研究生教学工作：承担一门全校通识课“生活中的化学”的教学工作，深受本科生的喜爱；每年均承担多门研究生必修课的教学工作；连年被评为“优秀班级导师”、“我最喜欢的教师”；2015年被评为第14届“挑战杯”全国大学生学术科技作品竞赛“优秀指导老师”；2015年被评为武汉大学十大“我心目中的好导师”；2016年被“科学人”评为全国十大“全能导师”。

«2014~2015秋季学期：生活中的化学（武汉大学全校通识课）

«2014~2015秋季学期：现代合成化学——纳米材料合成方法（武汉大学化学与分子科学学院研究生必修课）

«2012~2015秋季学期：物理化学前沿与进展（武汉大学化学与分子科学学院研究生必修课）

«2010秋季学期：生物学中的物理化学方法（北京大学理论生物学中心研究生必修课）

«2008~2010秋季学期：纳米科学与技术概论（北京大学前沿交叉学科研究院研究生必修课）

荣誉与奖励

2016年：入选教育部“长江学者奖励计划（青年学者）”

2014年：获“武汉市优秀青年科技工作者”称号

2014年：湖北省杰出青年基金获得者

2013年：国家优秀青年基金获得者

2013年：入选湖北省“百人计划”

2012年：获中国化学会“青年化学奖”

2011年：入选湖北省“楚天特聘教授”

2005年：中国科学院院长特别奖

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付磊教授获得“湖北青年五四奖章”称号。据悉，“湖北青年五四奖章”由共青团湖北省委评选，旨在集中展示当代湖北青年的精神品格和价值追求，激励广大青年不忘初心、牢记使命。此次评选中，付磊教授为武汉大学唯一推荐和获奖者。

付磊教授于2001年毕业于武汉大学化学与分子科学学院，2006年在中国科学院化学研究所获得博士学位，此后在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室进行博士后研究工作。2008年1月回北京大学前沿交叉学科研究院工作，任副研究员。2011年底被聘为湖北省“楚天学者”特聘教授，2012年初加入武汉大学化学与分子科学学院，任教授，博士生导师。其课题组研究方向主要为二维材料可控生长及其器件的应用。目前已在Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.等国际一流刊物上发表论文100余篇并被广泛引用，翻译国内首部石墨烯学术专著（《石墨烯：基础及新兴应用》，科学出版社）。

付磊教授曾获得教育部长江学者奖励计划（青年学者）、国家优秀青年基金、中国化学会青年化学奖、湖北省杰出青年基金、湖北省“百人计划”、湖北省“楚天学者”特聘教授、武汉市优秀青年科技工作者、科学人网评选的全国十大全能导师、第14届“挑战杯”全国大学生学术科技作品竞赛优秀指导老师等荣誉奖励和称号。

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根据武汉大学第十一届“研究生十大学术之星”评选办法，经研究生个人报名、各研究生培养单位审核推荐、成果审核及专家评审，我院2015级博士生张国亭成功当选。

张琴自2013年进入付磊教授课题组以来，始终聚焦于二硫化铼的研究与应用，从锂离子电池到光催化制氢，从自组装到光敏、热敏，再到磁转变，将其所有可能的应用出口都进行了一一尝试。在不断探索二硫化铼纳米墙的制备及应用的过程中，她首次提出双电子催化机制，借助ReS2独特的激子行为，仅使用这种光催化剂就实现了超高的光解水产氢效率；利用ReS2的极弱层间范德华作用和各向异性，巧妙地借助电化学嵌入的方法，首次实现了ReS2纳米片的边-边取向自组装以及二维无机材料的稳定并可逆的热弯折现象，并且利用ReS2纳米墙极弱范德华作用耦合构建高电流密度锂离子电池等等，这一系列发现均发表在《先进材料》（Adv. Mater., IF=19.791）、《先进能源材料》（Adv. Energy Mater., IF=16.721）、《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., IF=13.858）、《先进科学》（Adv. Sci., IF=9.034）等国际著名期刊上。至今，她累计参与发表的SCI共11篇，以第一作者及共同一作身份在国际主流化学杂志发表高水平学术论文7篇，合作及参与发表的论文4篇，影响因子大于10的有5篇，其中一篇入选ESI 高被引论文，个人总影响因子＞100。同时，她还参与翻译了国内首部石墨烯专业译著，曾荣获武汉大学“研究生学术创新奖一等奖”（2017年）、武汉大学“刘道玉创造研究奖”（2016年）、“武汉大学研究生学业奖学金”（2016、2017年）和“优秀研究生”荣誉称号（2016、 2017年）。

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Small Methods：原子尺度材料用于新兴催化

在这个能源需求加剧的时代，开发经济、环保和可持续的能源迫在眉睫。催化剂对于可再生能源的存储和转化起到了至关重要的作用，优异的催化剂能够促进一系列相关化学反应快速高效的进行。随着催化剂的不断发展，研究人员制备出了一类原子尺度的材料，达到了催化剂的尺寸极限。这类原子尺度催化剂新颖的结构特征赋予其突出的催化性能，引发了催化领域极大的研究热潮。对这类原

子尺度催化剂而言，随着厚度的减薄，暴露于表面的原子比例显著增加，催化剂的原子利用率近乎100%；此外，随着维度的改变，电子结构也发生了巨大的变化，这使得原子尺度催化剂在各种催化体系中表现出独特的催化行为和优异的催化性能，具有非常高的催化应用价值。近日，武汉大学付磊教授研究团队（先进纳米材料实验室）发表了综述文章”Atomic Scale Materials for Emerging Robust Catalysis”，针对原子尺度催化剂这一新兴的研究领域，总结了原子尺度催化剂的结构特征及其在不同催化应用中的研究进展，并对其面临的机遇和挑战进行了展望。

他们从原子尺度材料的结构特征入手，阐述了其作为催化剂的显著优势。大的比表面积和丰富的低配位表面原子提供了大量的催化活性位点，原子级厚度能使得实现原子利用率的最大化，由此极大提高催化剂的催化效率。此外，超短的电荷转移路径有助于加速反应动力学，促进有效的界面电荷转移，选择性地暴露特定晶面甚至能实现良好的催化选择性。这些优异而独特的性质为原子尺度催化剂的高催化性能提供了极大的保障。

原子尺度催化剂的兴起为催化领域提供了广阔的发展空间，他们从水分解反应、氧还原反应、醇/甲酸氧化反应、二氧化碳还原反应、水煤气转化反应、费托反应和三碘化还原反应等典型的催化体系出发，系统阐释了原子尺度催化剂在其中的应用。他们系统介绍了原子尺度催化剂的制备方法，并结合结构分析和理论计算，阐明了其相较于传统催化剂的优势。

尽管原子尺度催化剂在各种催化应用中已经取得了相当大的研究进展，但仍然存在着一些机遇和挑战。目前还未实现对原子尺度催化剂精确的结构控制、大规模的制备和稳定均匀的分散，某些复杂催化体系的催化机制也尚不明晰。因此，面对未来的工业化应用需求，我们需要建立批量制备结构高度可控的原子尺度催化剂的方法，并防止其发生聚集、毒化和失活。此外，还需要通过先进的表征技术结合理论计算来更深入地了解这类催化剂的构效关系以及在各类催化反应过程中的催化机制，从而对催化剂的合理设计提供指导。

该综述系统阐述了原子尺度催化剂的设计和在各类新兴催化体系中的应用，这为推动其在催化领域的基础研究与实际应用提供了一定的参考价值。相关成果发表于Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800181)。

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武大付磊JACS: 液态金属上生长2D GaN单晶

2D氮化镓（GaN）因其量子限制效应能够实现深紫外发射，激子效应和电子传输性质而备受关注。然而，目前获得的2D GaN仅可以作为原子级薄量子阱或纳米级岛的嵌入层存在，限制了其固有特性进一步探索。武汉大学付磊课题组首次报道了2D GaN单晶的成功生长，并研究了GaN单晶在2D极限下的性能。使用尿素作为氮源，通过CVD的表面限制氮化反应（SCNR）在液态金属Ga上进行生长微米级2D GaN单晶，并证明2D GaN具有均匀增量晶格，独特的声子模式，蓝移光致发光发射和提高内部量子效率，为以前的理论预测提供直接证据。生长的2D GaN表现出160cm 2 V-1 s-1的电子迁移率。这些发现为2D GaN单晶的潜在光电应用铺平了道路。

Yunxu Chen, Keli Liu, Jinxin Liu, Tianrui Lv, Bin Wei, Tao Zhang, Mengqi Zeng, Zhongchang Wang, Lei Fu, Growth of 2D GaN Single Crystals on Liquid Metals[J], J. Am. Chem. Soc., 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b08351

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b08351

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付磊AM：逆势而行，首次实现拆分二维垂直异质结！

长期以来，纳米材料的自组装得到广泛的研究。而怎样把组装好的纳米材料分开，却始终没有很好的办法，除了少数分子组装体。从DNA分子的拆分原理——弱化分子间氢键作用得到启发，武汉大学付磊课题组通过弱化二维材料之间的范德华力，首次实现了二维垂直异质结的拆分。

Xiao Y, Fu L, et al. Disassembly of 2D Vertical Heterostructures[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805976

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805976

liuliang

时间：12月4日（星期二）9:30
地点：北京师范大学化学楼二层会议室

报告人简历
付磊，武汉大学教授，教育部青年“长江学者”，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。2001年武汉大学本科毕业，2006年在中科院化学研究所获理学博士学位。之后加入美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，2008年～2011年任北京大学副研究员，2012年加入武汉大学。研究兴趣包括二维纳米材料的控制生长与结构调控，及其在能源、信息领域的应用。在Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.等期刊发表论文130多篇。翻译国内首部石墨烯学术专著（《石墨烯：基础及新兴应用》，科学出版社）。获中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、中国化学会青年化学奖、武汉市优秀青年科技工作者称号。曾任中国化学会青年委员会委员、纳米化学专业委员会委员，科学通报、Sci. China Mater.、Chin. J. Chem.编委。

摘要
独特的结构特征赋予二维材料优异的物理化学性质及丰富的科学内涵。二维材料只有几个原子层厚，层数增加或异质结构会影响层间的电子耦合，缺陷或界面吸附也会导致局域电子态密度的改变，这样一种“敏感”的材料在产业化应用的道路上存在着诸多挑战性的问题，比如层数的精确控制、异质结的高效构筑和单体的有序自组织等。如若能建立起面向器件应用的二维材料可控构筑技术，势必会掀起一场新的材料革新。我们发展了液态表面化学气相沉积（LSCVD）方法成功获得了多种高质量、层数可控的二维材料及其异质结。本报告将介绍近期我们在液态表面可控生长、组装、转移二维材料的研究进展。

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武汉大学Adv. Mater.综述：石墨烯在液体表面的可控生长

石墨烯的可控制备对于其实际应用至关重要，但是化学气相沉积（CVD）方法传统使用的是固态金属基底（例如铜（Cu）和镍（Ni）），其具有成核不均匀和碳偏析不可控的缺点。相较而言，液态基底可提供准原子级光滑的表面，有助于石墨烯的均匀生长；液态表面快速的扩散速率会引起独特的生长和蚀刻动力学，这使得其上的石墨烯单晶可具有新颖的形态；流变表面赋予石墨烯单晶在特定的相互作用力驱动下实现自动调节的旋转、对准和运动能力；利用液态金属还可以实现石墨烯的无聚合物辅助转移或在绝缘基底上直接生长。本文总结了石墨烯在液体表面的生长行为，介绍并深入讨论了石墨烯在液体表面的可控生长、蚀刻、自组装和输送方面的进展。此外，本文还探讨了石墨烯在液体表面上生长的前景和未来发展方向。

CVD被认为是一种有望实现高质量石墨烯批量生产的方法。在生长过程中，设计合适的催化基底对于控制其厚度、形态和分布以及进一步应用十分重要。固态金属基底虽然已被广泛研究，但由于其复杂的表面形貌使其生长动力学难以控制，例如晶界处的不均匀碳成核和不可控制的碳析出会导致石墨烯质量低且层数不均匀。采用昂贵的单晶基底虽有助于石墨烯的均匀生长，但该方法耗费高昂且产率极为有限。液态表面可达到准原子级光滑，为研究者提供了另一种新型、便捷可控的方法生长高质量的均匀石墨烯。

近期，来自武汉大学的付磊教授等人在Advanced Materials上发表了一篇题为“Controllable Growth of Graphene on Liquid Surfaces”的文章。在这篇综述中，作者重点关注石墨烯在液体表面上的可控生长行为。文中描述了均匀单层石墨烯的制备以及具有特殊形貌单晶的可控合成和刻蚀行为，并介绍了石墨烯在液体表面的组装策略，以及基于液态金属所实现的石墨烯的无聚合物辅助转移和其在绝缘基底上的直接生长，证实了液态表面在石墨烯生长方面的优越性。最后，本文还探讨了石墨烯在液体表面上生长的前景和该方法的发展方向。

本文着重介绍了石墨烯在液体表面的可控生长。由于独特的催化生长和蚀刻行为，研究者能够在液态表面获得具有均匀单层、可控形貌和多级结构等特征的石墨烯晶体。1）液体光滑的表面能够抑制不均匀的成核和非平衡的偏析，从而实现均匀的单层石墨烯的生长。该法还具有获得大尺寸石墨烯单晶的潜能，尽管相关工作仍未得到充分研究。2）石墨烯制备中的另一个挑战是具有电场可调节带隙的伯纳尔堆垛的石墨烯晶体的可控生长。3）液体表面的快速扩散速率可以实现具有各种新奇形貌的石墨烯单晶的生长或蚀刻行为，进而促进石墨烯纳米结构的制备。4）液体的流变表面为石墨烯单晶的自由旋转、自对准和移动提供了理想的操作平台。未来的努力可以集中在其他2D材料在液态表面的自组装策略的开发上，例如过渡金属二硫族化物（TMDs），过渡金属碳化物（TMC）及其异质结构。5）基于液态金属弱的原子间相互作用和高的蒸气压，石墨烯在绝缘基底上的直接转移或生长得以实现，从而有助于制备超净石墨烯。将来的努力应集中在对直接生长在绝缘基底上的石墨烯的结晶性的改善，这可以通过使用具有适当蒸气压和催化活性的液态金属来实现。

文献链接：Controllable Growth of Graphene on Liquid Surfaces (Adv.Mater.，2018，DOI: doi/10.1002/adma.201800690)

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武汉大学先进纳米材料实验室付磊教授的团队设计了磁性液态金属组成的磁控组件。借助外界磁场对液态金属弹珠的定向驱动，磁控组件可以在电导通与电绝缘之间按需转换状态。得益于液态金属的优异特性，如高导电性、变形性、自愈性等，这种转换行为可重复500次以上且组件结构基本保持完整。研究者还将磁控组件集成到了锂||磷酸铁锂电池内部。由于磁场具有强穿透性和快速响应的特点，内部的磁控组件依旧可以快速响应并关闭电池运行（响应时间为0.11 s）。通过施加反向磁场，磁控组件又可以迅速恢复正常的电池功能。由此可见，仅通过改变外界磁场的方向，磁控组件就可以实现按需管理电池的运行。值得注意的是，电池的按需开关行为可以重复25次以上，且多次开关后容量保持率可达95%以上，性能优于目前报道的大多数开关型储能设备。此外研究者们发现，即使在较低的电位窗口下（0−1 V），磁控组件依旧能够保持优异的按需开关性能，证实了磁控组件的普适性和广泛应用前景。

研究者相信，按需开关的新兴概念，可以为丰富多彩的刺激响应领域提供新见解；“随停随启”的新颖模式，亦可以为飞速发展的智能电子设备领域提供新动力。相关论文已在线发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202000184）上。

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元素二维材料因其在催化、传感、光子学、细胞内的基因调控、磁性、超导等方面的优异性能而引起了人们的广泛关注。人们普遍认为，它们的物理化学性质与其原子的排列和配位密切相关。最近的研究表明，非常规结构的二维元素材料展示了出乎意料的物理化学性质和超越传统常规结构的创新应用。这些新型的非常规结构不仅极大地丰富了现有的元素二维材料体系，而且为深入研究结构-性质相关性提供了一个可寻址的平台。此外，对它们的研究可以更深入地理解热力学稳定结构与亚稳态结构相互转化的机理，有利于合理设计新结构，为其拓展二维材料的功能和潜在应用开拓巨大机遇。然而，由于它们亚稳的特性，可控制备它们具有相当大的挑战。

        武汉大学付磊课题组聚焦于非常规结构的元素二维材料的合成策略，同时，他们还揭示了非常规结构类型、元素类型及其合成策略之间的相关性。最后，根据已有的代表性研究成果，提出了拓展非常规结构元素二维材料应用范围的一些前景和潜在机遇。他们相信该篇关于非常规结构的二维材料的综述将有助于合理设计具有新奇原子排列的新结构及扩展其功能和潜在应用。相关综述在线发表在 Small Structures上。
       Elemental 2D Materials: Progress and Perspectives Toward Unconventional Structures，Jingjing Si, Jinqiu Yu, Yu Shen, Mengqi Zeng, Lei Fu，Small Structures，DOI：10.1002/sstr.202000101

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化学与分子科学学院付磊教授和曾梦琪副教授撰写的英文学术著作Liquid Metals: Properties,Mechanisms and Applications（《液态金属：性质、机理和应用》），由国际知名出版社Wiley正式出版。该书对液态金属的基本性质和先进应用进行了系统而深入的阐述，有望推动液态金属领域的发展，对材料科学、催化科学、能源科学和生物医学等具有重要的参考价值。
       近年来，以镓为代表的低温液态金属在新材料合成、柔性电子、能源存储与转化和生物医药等领域异军突起，被认为是人类利用金属的第二次革命。付磊/曾梦琪团队长期致力于发展液态金属反应体系，实现了以二维材料为代表的功能材料的精准合成。
基于多年在该领域的积累，他们在《液态金属：性质、机理和应用》一书中，系统阐述了液态金属的基本性质和先进应用。全书分为两个部分，第一部分全面系统地阐述了液态金属的结构、物理化学性质以及不同外场对其的影响，也对不同维度与结构的液态金属制备方法进行了深入总结；第二部分论述了液态金属在多个前沿领域的先进应用，包括新型反应媒介、柔性电子器件、能量储存与转化和生物医用材料等，并对液态金属未来的发展和应用前景提供了独特的见解。
        付磊为化学与分子科学学院教授、博导，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者。主要研究方向为发展液态金属反应体系实现功能材料的精准合成。曾在科学出版社出版科普专著《同步辐射：从发现到科学应用》以及译著《石墨烯：基础及新兴应用》。曾梦琪为化学与分子科学学院副教授、博导，入选“国家级高层次人才计划青年项目”、“博士后创新人才支持计划”，主要研究方向是以器件应用为导向的二维材料的精准合成。
据悉，Wiley作为世界三大出版社（Elsevier，Springer，Wiley）之一，于1807年创立于美国，是排名第一的化学出版商，也是目前全球最大的学术图书出版商，出版内容涵盖化学、材料、工程、物理、计算机、通信、生命科学等。
       链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527828784