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[材料资讯] 中国科学院理化技术研究所郭维

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发表于 2019-4-24 09:21:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
郭维,中国科学院理化技术研究所 , 研究员,博士生导师,国家优秀青年科学基金获得者,中国科学院卢嘉锡青年人才奖获得者,北京市科技新星,中国科学院青年创新促进会会员。研究兴趣:仿生功能材料 , 界面物理化学 , 纳米流体 , 新型能源材料 , 二维材料。

理化所郭维

理化所郭维
姓 名:郭维        

性    别:男
职 务:无        
职    称:研究员
学 历:博士        
通讯地址:北京市海淀区中关村东路29号
电 话:无        
邮政编码:100190
传 真:无        
电子邮件:guowei@mail.ipc.ac.cn

• 2014年3月-今,中国科学院理化技术研究所,仿生智能界面科学实验室,副研究员
• 2012年3月-2014年2月,中国科学院化学研究所,有机固体实验室,副研究员
• 2009年8月-2012年2月,中国科学院化学研究所,有机固体实验室,助理研究员
• 2004年9月-2009年7月,北京大学物理学院,核科学与技术专业,获博士学位
• 2000年9月-2004年7月, 首都师范大学物理系,物理学专业,获学士学位

研究领域:
仿生功能材料, 纳米流体中的界面物理化学, 仿生智能纳米孔道与能量转换

获奖及荣誉:
2012     中国科学院化学研究所2011年度优秀职工
2011     北京大学优秀博士学位论文
2010     中国科学院化学研究所青年科学奖特别奖(top 5%)
2009     “钟盛标教育基金”研究生学术论坛 二等奖
2008     北京大学年度学术创新奖
2008     北京大学佳能奖学金
2008     叶企孙实验物理奖 三等奖
2004     首都师范大学优秀本科学位论文奖

研究团队主要从事仿生智能纳米孔道的构筑及其作为能量转换器件的研究。我们从生物膜离子通道的结构受到启发,利用固体材料制备仿生的纳米孔道,研究纳米尺度上离子输运性质 [Radiat. Meas. 2008, 43, s623; Nucl. Instrum. Methods, Sect. B 2008, 266, 3095; Phys. Rev. E 2007, 75, 051201; Nano Res. 2012, 5, 99]。进一步,我们将具有刺激-响应特性的功能分子在固体孔道界面上进行组装,构筑了一系列具有类似生物离子通道开关和整流特性的仿生智能纳米孔道 [J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8345; Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3561; J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15395; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2007 等]。通过模仿电鳗发电器官的结构和原理,我们首次提出利用仿生纳米孔道进行盐差能转换 [Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1339],并基于单孔道的模型体系开展了系列的研究工作 [Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2259; Langmuir 2012, 28, 2194]。最近,我们将仿生能量转换的研究拓展到了具有类贝壳结构的二维层状材料中,利用纳米流体与二维孔道的相互作用,将流体的机械能转变成为电能 [Adv. Mater. 2013, 25, 6064]。
代表论著:
1、Wei Guo; Liuxuan Cao; Junchao Xia; Fu-Qiang Nie; Wen Ma; Jianming Xue; Yanlin Song; Daoben Zhu; Yugang Wang*; Lei Jiang*,Energy Harvesting with Single-Ion-Selective Nanopores: A Concentration-Gradient-Driven Nanofluidic Power Source,Advanced Functional Materials, 20卷, pp 1339-1344, 2010.  
2、Wei Guo; Chi Cheng; Yanzhe Wu; Yanan Jiang; Jun Gao; Dan Li*; Lei Jiang*,Bio-Inspired Two-Dimensional Nanofluidic Generators Based on a Layered Graphene Hydrogel Membrane,Advanced Materials, 25卷, pp 6064-6068, 2013.
3、Jun Gao; Wei Guo*; Dan Feng; Huanting Wang; Dongyuan Zhao*; Lei Jiang*, High-Performance Ionic Diode Membrane for Salinity Gradient Power Generation,  Journal of the American Chemical Society, 136卷, pp 12265−12272, 2014.
4、Yanan Jiang; Nannan Liu; Wei Guo*; Fan Xia*; Lei Jiang,Highly-Efficient Gating of Solid-State Nanochannels by DNA Supersandwich Structure Containing ATP Aptamers: A Nanofluidic IMPLICATION Logic Device,Journal of the American Chemical Society, 134卷, pp 15395-15401, 2012.
5、Nannan Liu; Yanan Jiang; Yahong Zhou; Fan Xia*; Wei Guo*; Lei Jiang,Two-Way Nanopore Sensing of Sequence-Specific Oligonucleotides and Small-Molecule Targets in Complex Matrices Using Integrated DNA Supersandwich Structures,Angewandte Chemie International Edition, 52卷, pp 2007-2011, 2013.

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 楼主| 发表于 2019-4-24 09:22:40 | 显示全部楼层

通过模仿贝壳的层状结构,人们利用二维纳米材料的自组装构筑了具有亚纳米尺度流体通道,及丰富表面化学特性的多层膜结构。从而将纳米流体输运特性的研究拓展到了一个全新平台,称为“2D Nanofluidics”。由基底支撑的二维多层膜(Supported 2D layered membrane) 是一种最常见的结构,因其可以同时具有较高的选择性,流体通量,和机械强度,因而在气体分离,水处理,及能量转换与存储等方面具有广泛的应用。传统观点认为,上层的二维多层膜作为活性层(active layer),负责实现气体或液体中物质的筛分。而下层包含有直通的或弯曲的一维纳米孔道的基底膜,则主要负责提供力学支撑,或者对于较大尺寸颗粒的预过滤。然而,这种混合维度纳米流体异质膜结构能够引发一系列非对称的离子传输性质,成为一项长期被人们忽略,却又非常重要的特性。根据过去在一维纳米孔道研究中获得的经验规律(Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2834),通道结构和环境因素中对称性因素的破缺,最终会引发通道输运特性的非对称,例如出现单向导通的整流特性(ionic rectification),和净的扩散电流(net diffusion current)。因此,上下层膜通道之间这种不同维度的异质特性,成为一种新的非对称因素。她将为未来纳米流体器件和材料提供新的功能和提升性能。

亚纳米尺度流体通道

亚纳米尺度流体通道

最近,由中科院理化所郭维研究员领导的研究团队,首次揭示了由基底支撑的氧化石墨烯多层膜结构中的非对称离子输运特性。这种一维/二维复合维度纳米流体异质膜上层为氧化石墨烯二维多层膜(2DM),下层为由聚多巴胺包裹的一维纳米孔道阵列(1DM)。在电场驱动下,跨膜的离子传输显示出明显的非对称特性,优势输运方向为由2DM指向1DM。有趣的是,当使用盐溶液中的离子浓度梯度或者外加机械压力来驱使电解质流体穿过该一维/二维复合膜,优势的离子输运方向转变为由1DM指向2DM。文章的作者们建立了基于Poisson-Nernst-Planck (PNP) and Navier-Stokes (NS) 方程的数值模型来解释这种由混合维度诱导的非对称离子输运特性。由于二维通道的宽度只有大概1 nm,而一维通道的宽度可以达到几十nm,因而复合膜通道的选择性主要是由二维通道膜决定的。在二维通道膜的一端附加了一段一维直通孔道,引起了二维通道膜两侧不对称的局域离子浓度极化(local ion concentration polarization),从而导致非对称的离子传输特性。另外,由离子浓度梯度和机械压力驱动的扩散电流和动电流,依赖于通道膜的离子选择性而产生,因而它们的优势输运方向与不依赖于选择性的电压驱动的离子电流是不同的。

该项研究工作揭示了维度异质(mixed dimension)这一长期以来被忽视的非对称因素在纳米流体输运中所扮演的角色,并且提供了一种通用,且简单易行的方式对人工体系中的非对称输运特性进行调控。相关工作发表在Advanced Materials Technologies (DOI:10.1002/admt.201800742)上。


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发表于 2019-10-19 16:49:21 | 显示全部楼层
2019自然科学基金面上项目-二维层状材料中的异质结构与非对称离子输运特性研究
批准号        21975268       
项目负责人        郭维       
依托单位        中国科学院理化技术研究所
资助金额        65.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

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