南方科技大学材料科学与工程系梁永晔副教授

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梁永晔，南方科技大学教授。 2003年毕业于南京大学化学系，2009年获美国芝加哥大学博士学位，之后赴美国斯坦福大学从事博士后研究工作。2012年9月起，在南方科技大学全职工作，任材料科学与工程系副教授，2018年11月晋升为长聘正教授。2012年入选“科学观察”评选的2011年度全球最热门论文科学家，排名第十。2013年入选深圳市孔雀计划B类。2016年入选“广东省青年拔尖人才”。Thomson Reuters（Clarivate Analytics）2016（化学）、2017（化学）、2018（跨学科）年全球高被引作者，Elsevier 2016、2017年中国高被引学者（材料科学）。梁教授主持科研项目10多项，发表论文90多篇。截止2018年11月，其论文引用率超过27000多次，H因子45，31篇论文入选Web of Science高被引论文。

南方科技大学梁永晔

梁永晔 教授
材料科学与工程系
0755-88018306
liangyy@sustc.edu.cn

个人主页
教育背景：   
2009年，美国芝加哥大学，化学，博士
2005年，美国芝加哥大学，化学，硕士
2003年，南京大学，化学，学士

工作经历：
2012年9月起，副教授,南方科技大学，材料科学与工程系
2009年10月至2012年8月，博士后研究员，美国斯坦福大学，化学系

荣誉和奖励：
2012年入选中组部第八批“##计划（青年##项目）”
入选“科学观察”评选的2011年度全球最热门论文科学家，排名第十。

研究兴趣:
我们的研究以化学的设计与合成为基础，配合器件工艺的协同研究，重点放在发展与能源、电子与生物工程相关的先进材料。
目前一个主要研究兴趣在具有低成本与新特性的下一代光伏材料上面。我们通过发展新型的活性层与介层材料结合器件调控来进一步提升高分子太阳能电池的性能。我们同时也在研究新型复合太阳能电池，以实现高效率与稳定的目标。
电化学转换系统可以实现高效率与洁净的能量转换。目前电催化剂是譬如燃料电池、金属空气电池以及水分解等新能源技术的瓶颈。我们通过设计合成不含贵金属的催化剂，尤其是分子/无机复合物来解决这些问题。
电能存储系统（如电池和超级电容器）对电动汽车和便携电子器件非常重要。为了克服目前电存储系统中能量密度、功率密度以及可持续发展等问题，我们在研究新型的有机电极材料以及导电有机粘合剂。它们将可以实现可持续的高性能与低成本的电存储系统。
荧光探针是非常有效的生物成像工具。在这个方面，我们通过分子结构的调控在发展新型的荧光探针，使它们具有近红外发射、高亮度以及优异的生物相容性。

代表性论文:
1. Liang, Y. Y.; Li, Y. G.; Wang, H. L.; Dai, H.J. “Strongly Coupled Inorganic/Nanocarbon Hybrid Materials for Advanced Electrocatalysis” ” J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2013-2036.
2. Liang, Y. Y.; Li, Y. G.; Wang, H. L.;Zhou, J. G.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. J. “Co3O4 Nanocrystals on Graphene: A Synergetic Catalyst for Oxygen Reduction Reaction” Nature. Mater. 2011, 10, 780-786.
3. Liang, Y. Y.; Yu, L. P. “A New Class of Semiconducting polymers for Bulk Heterojunction Solar Cells with Exceptionally High Performance” Acc. Chem. Res.,2010, 43, 1227-1236.
4. Liang, Y. Y.; Xu, Z.; Xia, J. B.;Tsai, S. T.; Wu, Y.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L. P. “For the Bright Future – Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells with Power Conversion Efficiency of 7.4%.” Adv. Mater., 2010, 22, E135-E138.
5. Liang, Y.Y.; Feng, D. Q.; Wu, Y.;Tsai, S.-T.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L. P. “Highly Efficient Solar Cell Polymers Developed via Fine-tuning Structural and Electronic Properties.” J.Am. Chem. Soc., 2009, 131, 7792-7799.
6. Liang, Y.Y.; Wu, Y.; Feng, D. Q.; Tsai, S.-T.; Li, G.; Son, H.J.; Yu, L. P. “Development of New Semiconducting Polymers for High Performance Solar Cells.” J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 56-57.
7. Liang, Y. Y.; Wang, H. L,; Zhou, J.G.; Li, Y. G.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. J. “Covalent Hybrid of Spinel Manganese-Cobalt Oxide and Graphene as Advanced Oxygen Reduction Electrocatalysts” J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 3517-3523.
8. Liang. Y. Y.; Wang, H. L.; Diao, P.;Chang, W.; Hong, G.S.; Li, Y. G.; Gong, M.; Xie, L. M.; Zhou, J. G.; Wang, J.;Regier, T. Z.; Wei, F.; Dai, H. J. “Oxygen Reduction Electrocatalyst Based on Strongly Coupled Cobalt Oxide Nanocrystals and Carbon Nanotubes” J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15849-15857.
9. Wang, H. L.; Yang, Y.; Liang,Y. Y. (equal contribution);Zheng, G. Y.; Li, Y. G.; Cui, Y.; Dai, H. J. “Rechargeable Li-Air Batteries with Covalently Coupled MnCo2O4-Graphene Hybrid as Air Cathode Catalyst” Energy Environ. Sci.2012, 5, 7931-7935.
10. Liang, Y.Y.; Wang, H. L.; Sanchez Casalongue, H.; Chen, Z.; Dai, H. J. “TiO2 Nanocrystals Grown on Graphene as Advanced Photocatalytic Hybrid Materials” Nano Res., 2010, 3,701-705.

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近日，美国斯坦福大学戴宏杰院士、Aaron J. Hsueh和南方科技大学梁永晔教授（共同通讯作者）等人新开发的高性能NIR-II生物缀合物可以高质量地对活体内特定器官进行有针对性的成像。结合自制的NIR-II共焦设置，无需物理切片或清除处理，增强成像技术可实现900μm深的3D器官成像。在传统可见NIR-I范围外，研究为复杂生物系统开辟了更多且更深的非重叠分子成像通道，增加了基于荧光技术的成像多样性和分子成像能力。

文献链接：3D NIR-II Molecular Imaging Distinguishes Targeted Organs with High-Performance NIR-II Bioconjugates（Adv. Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201705799）

通过3D NIR-II分子成像技术区分靶向器官与高性能NIR-II生物缀合物

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        近日，南方科技大学材料科学与工程系梁永晔课题组相继在国际知名学术期刊《Advanced Science》 (影响因子9.034)，电催化剂在新能源技术中有着重要的应用，然而很多电化学转换过程还缺少高活性、稳定而且划算的催化剂。钼基化合物如MoS2由于在催化氢气析出反应(HER)中具有高本征催化活性及稳定性而受到广泛关注。近年来，MoS2基催化剂在酸性介质中的电催化HER性能得到显著提升。但是MoS2在碱性及中性HER中的催化性能远逊与其酸性HER性能。这主要是酸性介质中的HER的质子源(主要是水合氢离子(H3O+))不同于碱性及中性介质中HER的质子源(主要来自水分子)。鉴于此, 梁永晔课题组通过在金属性1T-MoS2纳米薄片的表面修饰Ni2+δOδ(OH)2-δ纳米粒子显著提高了该复合物催化剂在碱性条件下的HER催化性能(图1)。通过一系列实验结果表明，Ni2+δOδ(OH)2-δ本身是HER惰性，但可以作为共催化剂促进碱性或中性HER中水分子的吸附剂分解，从而加速了1T-MoS2表面活性位点对氢离子的还原及分子氢(H2)的析出(图1)。相关结果已发表在《Advanced Science》，题目为“Nickel Hydr(oxy)oxide Nanoparticles on Metallic MoS2 Nanosheets: A Synergistic Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction”。

电催化剂

T-MoS2/Ni2+δOδ(OH)2−δ复合物的碱性HER催化性能以及中性/碱性介质中1T-MoS2/Ni2+δOδ(OH)2−δ复合物的催化HER机制。

gongbai

梁永晔课题组及其合作者还通过将酞菁铜（CuPc）分子与碳纳米管复合，得到了高效的二氧化碳电催化剂。它可以在较低过电位下将二氧化碳高选择性地还原为甲烷，其法拉第效率达到66%（图3），是目前产甲烷的活性最高的电催化材料。不同于该课题组此前报道的单分散的CoPc/CNT催化剂（Nat. Commun. 2017,8,14675），CuPc分子晶体以堆积状态分散于CNT之中（图3b）。原位在线X射线吸收（XAS）研究发现，堆积状态下的CuPc分子在催化工作电位下会自发转变为尺寸为2nm左右的铜纳米团簇，是高催化活性位点；当停止催化反应后，铜纳米团簇又会可逆地回到CuPc分子结构（图3c-e）。不同于CuPc，另外两种铜配合物HKUST-1和[Cu(cyclam)]Cl2在催化反应电位下都不可逆地转变为金属铜微米枝晶，因此催化活性和选择性远低于CuPc/CNT。相关结果已发表在《Nature Communications》，题目为“Active sites of copper-complex catalytic materials for electrochemical carbon dioxide reduction”。

二氧化碳电催化剂

a）CuPc/CNT电催化还原 CO2的气体产物的法拉第效率图； b）CuPc/CNT复合物的电子扫描显微镜照片； c）原位在线X射线吸收近边结构谱和d）扩展X射线吸收精细结构谱；e）不同电位下第一壳层Cu-Cu配位数变化。

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南科大材料系梁永晔课题组在近红外二区荧光探针研究取得新突破

近日，南方科技大学材料科学与工程系副教授梁永晔课题组相继在国际知名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》（影响因子13.858）、《Nature Communications》(影响因子12.124)和《Advanced Materials》(影响因子19.791)发表研究论文，报道课题组在生物成像应用的近红外二区分子荧光探针方向取得的新突破。

       相对于传统的基于可见光以及近红外一区（NIR-I, 750-900nm）荧光生物成像技术，最近发展的近红外二区（NIR-II，1000nm～1700nm）荧光成像由于发射波长更长，可显著降低光在穿透生物组织中的散射现象以及自荧光效应的影响，使探测深度更深、空间分辨率更高。该技术发展的瓶颈是缺少具有高亮度与生物相容性的荧光染料。梁永晔课题组在前期工作中发展了S-D-A-D-S（S，shielding unit，屏蔽单元；D，donor，电子给体单元；A，acceptor，电子受体单元）型荧光分子结构，开发了分子探针IR-E1（Adv. Mater.,2016, 28,6872）和IR-FEP（Adv. Mater., 2017,29,1605497），它们在水中的荧光量子产率分别为0.7 %和2.0%。虽然这在相关材料中已具有较好的发光性能，但要实现高效的时间和空间分辨率仍需要更亮的材料。

       梁永晔课题组进一步研究了分子给体单元调控对荧光性能的影响（图1）。由于染料发射波长越长越有利于增加穿透深度，于是增加了一个连接S单元的噻吩作为第二给体（D2）。噻吩的引入可以增加分子的共轭长度从而使荧光波长红移，但导致QY下降。进一步对连接受体A的第一给体单元（D1）进行结构调控，首次以辛烷噻吩作为D1。相对应的染料IR-FTAP在水溶液中QY高达5.3%，明显优于其它给体单元。

给体调控策略

图1.给体调控策略

       通过分子动力学模型与密度泛函理论的计算，发现憎水性的辛烷噻吩相较于其它D1单元可以有效减少共轭骨架中心与水分子的作用（图2b，c）。计算结果也进一步证明了水中的QY与骨架中心与水分子的相互作用紧密联系。

IR-FTAP与IR-FTTP与水分子作用的分子动力学模拟

图2.（a）IR-FTAP与IR-FTTP与水分子作用的分子动力学模拟；（b）在分子骨架2 Å上方水分子的作用势能模拟。

小鼠下肢血管成像图

图3. 小鼠下肢血管成像图

       在初步的荧光成像应用中，IR-FTAP的高QY使得它在小鼠下肢血管的高速成像（>25帧/秒）中展示了更好的空间分辨率（图3）。相关结果已发表在《Journal of the American Chemical Society》，题目为“Donor Engineering for NIR-II Molecular Fluorophores with Enhanced Fluorescent Performance”。

       基于前期研发的IR-FE在甲苯中的QY（31%）远高于PEG化的IR-FEP在水中的QY（2.0%），梁永晔课题组及合作者于是尝试将IR-FE包裹到两亲高分子基底中得到高亮度且生物相容的染料。两亲性的PEG嫁接聚苯乙烯（PS-g-PEG）被合成，它可以通过自组装将IR-FE包裹起来，形成p-FE纳米染料（图4）。PS中心具有甲苯溶解IR-FE的微环境从而保持高QY，向外伸展的PEG侧链则可提供水溶性及生物相容性。p-FE在PBS等水溶液中展现了很好的溶解性，平均粒径为12nm。在PBS中p-FE的吸收和发射谱与IR-FE类似，QY测定为16.5%，是目前基于有机材料的近红外二区荧光探针在水溶液中的最高QY值。

p-FE的形成示意图以及相关的水溶液性质

图4. p-FE的形成示意图以及相关的水溶液性质

小鼠脑部血流及其3D共聚焦逐层成像图

图5. 小鼠脑部血流及其3D共聚焦逐层成像图

       基于p-FE的高QY，成功实现了曝光时间只需2ms的无创超快小鼠脑部血流的NIR-II成像。p-FE还被应用于NIR-II的3D共聚焦逐层成像，可以解析小鼠脑部细至5-7微米的血管，探测深度达到1.3毫米（图5）。这是目前基于单光子小鼠脑部3D荧光成像的最深探测深度。相关结果已发表在《Nature Communications 》，题目为“A bright organic NIR-II nanofluorophore for three-dimensional imaging into biological tissues ”。

       梁永晔课题还在IR-FE分子的基础上引入一条PEG链并在其他三条侧链引入羧基得到分子IR-FEPC。IR-FEPC可以高效的与重组人绒毛膜促性腺激素共价连接。斯坦福大学戴宏杰课题组等成功将这一探针应用于卵巢三个阶段的促黄体生成激素受体的特异成像（图3）。相关结果已发表在《Advanced Materials》，题目为“3D NIR‐II Molecular Imaging Distinguishes Targeted Organs with High‐Performance NIR‐II Bioconjugates”。

图6. 荧光探针IR-FEPC及其应用于卵巢三个阶段的促黄体生成激素受体的特异成像图。

       南方科技大学为前两项工作的第一通讯单位。这些工作的合作者包括斯坦福大学戴宏杰教授组（生物成像）、华东师范大学孙海涛教授组（理论计算）、天津大学张晓东教授组（生物安全性评价）等。工作得到了中组部青年##计划、深圳市孔雀团队、重点实验室项目以及技术攻关项目等支持。

       链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b10334。

       链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-03505-4。

       链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705799。

zhiji963

南科大梁永晔＆斯坦福大学AFM：可快速肾脏清除的NIR-II区荧光探针及其成像应用

红外II 区(NIR-II)中的荧光成像具有增强的穿透深度和更好信噪比优势。Wan等人报道了一种探针(anti-PD-L1-BGP6) 用于免疫检查点PD-L1在NIR-II区的分子成像，该探针包含一个荧光团(IR-BGP6)，与程序性细胞死亡配体1单克隆抗体(PD-L1 mAb)通过共价结合。实验表明IR-BGP6在注射后10小时内，有91%可通过尿液排泄。PD-L1-BGP6可以在体内实现高效的无创分子成像，使肿瘤与正常组织(T/NT)的信号比达到9.5。与在非特异性组织积累的NIR-II区荧光团相比，PD-L1- BGP6具有更好的分子成像性能，它也为研究免疫治疗的机制提供了有力的工具。

NIR-II区荧光探针及其成像应用

Wan H, MaH L, et al. Developing a Bright NIR-II Fluorophore with Fast Renal Excretionand Its Application in Molecular Imaging of Immune Checkpoint PD-L1[J]. Advanced Functional Materials, 2018.

DOI:10.1002/adfm.201804956

https://doi.org/10.1002/adfm.201804956

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2018年11月27日，科睿唯安发布2018年度“高被引科学家”名单。全球来自21个自然科学与社会科学领域的4000多（人次）高被引科学家入榜，中国大陆机构共计482人次入选，覆盖了化学、工程学、材料科学、计算机科学等19个学科领域（新增交叉学科领域）。材料科学与工程系梁永晔教授成功入选。

梁永晔

梁永晔， 2003年毕业于南京大学化学系，2009年获美国芝加哥大学博士学位，之后赴美国斯坦福大学从事博士后研究工作。2012年9月起，在南方科技大学全职工作，任材料科学与工程系副教授，2018年11月晋升为长聘正教授。
2012年入选“科学观察”评选的2011年度全球最热门论文科学家，排名第十。2013年入选深圳市孔雀计划B类。2016年入选“广东省青年拔尖人才”。Thomson Reuters（Clarivate Analytics）2016（化学）、2017（化学）、2018（跨学科）年全球高被引作者，Elsevier 2016、2017年中国高被引学者（材料科学）。
梁教授主持科研项目10多项，发表论文90多篇。截止2018年11月，其论文引用率超过27000多次，H因子45，31篇论文入选Web of Science高被引论文。
在南方科技大学的研究工作以功能分子设计和合成为核心，协同表征与应用探索，发展先进分子功能材料。已取得成果包括高量子产率近红外二区生物成像染料、高性能纳米碳复合电催化剂以及高灵敏度有机光探测器。
据悉，通过“高被引科学家”名单可以发现世界顶级的科研精英，其引文记录显示了他们在全球的顶级学术影响力。科睿唯安的文献计量通过引文数据分析对高影响力的科研人员进行遴选。该遴选使用了ESI独特的科研表现评估指标及趋势数据，基于来自Web of Science的学术研究论文和引用数据。该平台是全球最大的科学和学术研究文献资源平台，包含了超过全球33,000种最具影响力的期刊。

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分子催化剂具有原子精确的活性位点和可精准设计的结构，在CO2还原制燃料和高价值化学品方面极具前景。然而，这类催化剂通常只能发生双电子过程得到CO，无法得到更有价值的产物。今日，耶鲁大学王海梁和南方科技大学梁永晔等人报道了一种固定于碳纳米管上的酞菁钴分子催化剂，可通过六电子路径将CO2还原为甲醇并具有明显的活性和选择性。而单独的酞菁钴分子催化剂只能将CO2还原为CO。研究表明，电催化CO2还原制甲醇的反应遵循一个多米诺过程：CO2先进行两电子还原得到CO，然后CO作为中间态再进行四电子还原得到甲醇。

制甲醇

参考文献：
YueshenWu et al. Domino electroreduction of CO2 to methanol on a molecular catalyst.Nature 2019, 575, 639–642.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1760-8