专家信息:
王春儒,男,1965年2月生于内蒙古,中国科学院化学研究所研究员,博士生导师,中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室副主任,中国科学院“**计划”研究员,国家杰出青年基金获得者,科技部重大科学研究计划首席科学家。
教育及工作经历:
1981.9-1985.7,内蒙古大学物理系学士。
1985.9-1988.7,中科院大连化物所硕士。
1988.9-1992.7,中科院大连化物所博士。
1995.5-1997.5,香港大学化学系博士后。
1997.5-2000.3,日本名古屋大学化学系JSPS Fellowship。
2000.3-2002.1,德国德累斯顿固体研究所,外国人研究员。
1997-2000,日本名古屋大学JSPS。
2000-2001,德国德累斯顿固体研究所欧共体量子计算机计划研究员。
2001年4月,入选中国科学院“**计划”。
2002年,中科院化学研究所,分子纳米结构与纳米技术重点实验室,研究员,博士生导师。
学术兼职及社会任职:
1. 中科院化学所、中科院分子科学中心学术委员会委员。
2. 国家自然科学基金委第十二届专家评审组成员。
3. 内蒙古大学、大连理工大学、西南科技大学客座教授。
主讲课程:
《富勒烯的基础与应用研究》中科院研究生院夏季小学期
培养研究生情况:
李苞 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
郑俊鹏 硕士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
徐玮 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
王宝 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
王太山 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
吴静怡 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
马艺函 硕士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
李慧 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
张艳君 博士研究生 070304-物理化学 80032-化学研究所
研究方向:
一、金属富勒烯
1. 合成并表征了俄罗斯套娃型内嵌富勒烯C2@Sc4@C80, Sc4C2团簇是6个原子组成的最大的金属碳化物内嵌团簇。Sc4C2@C80 所特有的嵌套结构及其正负间杂的电子层,在单分子器件、光电磁材料等方面具有潜在的应用(J. Am. Chem. Soc. 2009,131,16646-16647)。
2. 研究了金属富勒烯Sc3C2@C80的化学反应特性以及对分子EPR的调控,这种通过笼外化学修饰来改变内嵌Sc3C2团簇的结构进而调节分子磁性质的方法为富勒烯分子器件的构筑和基于富勒烯的量子计算机研究提供了基础(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1786 –1789)。我们进一步分析了Sc3C2@C80双加成产物的ESR顺磁性质,分析发现金属富勒烯内3个Sc的电子环境均不相同,并使得单电子与磁性核耦合产生了复杂的ESR波谱(Dalton Trans., 2012, 41, 2567-2570)。
3. 合成并表征了第一例基于NC单元的金属化合物内嵌富勒烯Sc3NC@C80-Ih,这是第一个内嵌有双组份金属化合物的新型分子。并且内嵌的NC之间以双键连接,并与三个Sc形成五原子共平面结构(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16362-16364)。进而我们发现了Sc3NC@C78的分子,这是第二例基于NC单元的金属富勒烯,结果显示该分子的外层碳笼含有两对相邻五元环,属于非常规的C78-C2结构(J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 23755–23759)。
4. 合成了金属富勒烯Y2@C79N,并研究了外部化学修饰对分子顺磁性质的调控,研究结果表明化学修饰后Y2@C79N分子内的电子自旋具有了各向异性,我们还进一步考察了Y2@C79N分子磁性随温度变化的规律,这些结果有助于进一步研究该分子在量子信息处理上的应用(Chem. Commun., 2012, 48, 11570-11572) 。
二、纳米材料和器件
1.纳米材料由于其独特的结构,使得其具有许多传统材料所不具有的独特的物理和化学性质。目前,严峻的环境问题和能源需求是直接影响人类可持续发展的两大亟需解决的难题,而纳米科技的发展为环境问题的解决和能源的获取带来了新的希望。研究纳米材料的制备及其在环境污染的治理和能源转化方面的应用具有重要意义。
2.合成了多种新型富勒烯受体材料NC60BA及NC70BA,这类二加成的富勒烯衍生物具有比PCBM更高的LUMO能级,从而使其作为受体材料制备的有机光伏器件具有更高的开路电压,光电转换效率达5.37% (Adv. Funct. Mater. 2012, 22: 2187-2193)。
三、生物医学应用
1. 探索了不同加成数的富勒烯衍生物作为光敏剂的光动力效率和杀伤机理-单线态氧,并发现C70衍生物的大共轭π体系使其在400-700nm有较高的吸收,在2.5M的低浓度下与Hela细胞共孵育3h后光照30分钟(20 mW/cm2)就可高效的杀死肿瘤细胞(Small, 2012, 8(13):2070-7)。
2. 采用简单经济、绿色环保的一步合成法制备了荧光/磁共振成像双模态一体化分子影像探针,Gd@C82O~14(OH)~14(NH2)~6。该制备方法具有一定普适性和便于实现规模化生产等优点,分子探针具有宽激发波长的荧光特性,可以方便的进行细胞吸收、多波长激发定位观测,其MRI造影效率是现临床所用Gd-DTPA的近10倍,可以在较低剂量下实现较高的影像对比度。最重要的是,碳笼的存在有效地防止了有毒的Gd3+离子的泄露和外来物质的进攻,从而大大降低了其毒性(Nanoscale, 2012, 4, 3669)。
承担科研项目情况:
作为项目负责人承担多项科技部973项目、863项目、国家自然科学基金委重点项目、杰出青年基金项目、中科院**计划、重大方向性项目等。
资料更新中……
科研成果:
1. 首次发现并表征了一系列具有新奇结构和独特物理化学性质的富勒烯和内嵌金属富勒烯,并探索富勒烯和金属富勒烯在有机太阳能电池、磁共振造影剂等方面的应用研究;在国内率先开展富勒烯和金属富勒烯的产业化工作,填补了国内空白。
2. 带领的团队首先发明了利用煤或石墨制备富勒烯技术,解决了富勒烯材料的国内生产;紧接着,又发明了磁控电弧生产金属富勒烯,在国际上率先实现了金属富勒烯的规模生产,达到了国际领先水平。
3. 在中科院仪器研制基金的支持下,2007年又研制了更为先进的第二代金属富勒烯制备装置,采用石墨粉与稀土金属混合、双电极放电技术,能够日产金属富勒烯8毫克。
4. 2008年,与内蒙古京蒙碳纳米材料有限公司合作,开发了中国自主知识产权的煤制富勒烯,利用太西煤作为原料,高产率地实现了百公斤级富勒烯的生产。2012年,煤制富勒烯的面世,一下子将富勒烯的市场价格从300多元打到100多元,有力地推动了富勒烯的应用。
5. 2011年,与厦门福纳新材料科技有限公司合作,在厦门“双百计划”的支持下,历经两年努力,克服种种困难,终于发明了磁控电弧法生产内嵌金属富勒烯技术,能够年产金属富勒烯500克左右。
6. 2012年,深圳一家公司合作,已经开发出了具有高效抗衰老效果的富勒烯化妆品,现正与企业合作开发富勒烯塑料抗老化添加剂,以及高稳定的太阳能电池专用富勒烯材料。他们开发的金属富勒烯磁共振造影剂已经申请了多个专利,也有望近期进入临床试验。
发明专利:
1. 王春儒,孟祥悦,蒋礼,舒春英。一种含萘环富勒烯衍生物及其制备方法与应用。专利申请号:201210406369.3
2. 王春儒,陈曲,蒋礼。一种制备高水溶性富勒醇的绿色简便方法。 专利申请号:201210044682.7
3. 王春儒,孟祥悦,蒋礼,舒春英。 一类含苯环富勒烯衍生物材料及其制备方法和用途。专利申请号:201110256761.X.
4. 王春儒,蒋礼,舒春英,张永春。一种利用煤或石墨燃烧法大规模生产富勒烯的方法。专利申请号:200910088085.2。
5. 王春儒,蒋礼,舒春英。一种利用电弧放电法连续批量生产金属富勒烯的方法。专利申请号:200910088083.3。
6. 彭汝芳, 楚士晋,王春儒。制备内嵌富勒烯的方法。专利申请号:200810045775.5。
7. 王春儒,蒋礼,吴波,舒春英,王太山。一种提高电弧放电法制备大富勒烯(C76、C78、C84)的产率的方法。专利申请号:201110138848.7。
8. 王春儒,蒋礼,吴波,舒春英,王太山。一种提高电弧放电法制备C60/C70富勒烯的产率的方法。专利申请号:201110131949.1。
近年来在包括Nature,Science, Phys. Rev. Lett., Angew. Chem. Int. Ed.等杂志上发表文章100多篇,同行引用2000余次。
出版专著:
Chunying Shu and Chunru Wang. Chapter 5.3 MRI contrast agent based on metallofullerenes in Biomedical Imaging (p261-281)-The Chemistry of Labels, Probes and Contrast Agent, Edited by Martin Braddock, RSC Drug Discovery Series No. 15, Royal Society of Chemistry 2012.
代表性英文论文:
1. Yihan Ma, Taishan Wang, Jingyi Wu, Yongqiang Feng, Wei Xu, Li Jiang, Junpeng Zheng, Chunying Shu and Chunru Wang*, “Encaged Regulator in Y2@C82-Cs, Y2C2@C82-Cs, and Sc2C2@C82-Cs: Comparative Studies on Their Anion Radicals and Chemical Reactivity” J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 464−467.
2. Feng Jiang, Daiqin Chen, Ruimin Li, Chunru Wang, Chunying Shu, et al. Eco-friendly synthesis of size-controllable amine- functionalized graphene quantum dots with antimycoplasma property, Nanoscale.(IF=5.914), 2013, 5, 1137–1142.
3. Xiulin Yang , Xueyun Wang , Yongqiang Feng , Guoqiang Zhang, Taishan Wang , Weiguo Song , Chunying Shu , Li Jiang Chunru Wang. Removal of multifold heavy metal contaminations in drinking water by porous magnetic Fe2O3@AlO(OH) superstructure. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 473-477.
4. Yongqiang Feng, Taishan Wang,* Jingyi Wu, Yihan Ma, Zhuxia Zhang, Li Jiang, Chunhua Ge,* Chunying Shu and Chunru Wang*. Spin-active metallofullerene stabilized by the core of an NC moiety. Chem. Commun., 2013, 49, 2148—2150.
5. Ruimin Li, Mingming Zhen, Mirong Guan, Daiqin Chen, Guoqiang Zhang, Jiechao Ge, Ping Gong, Chunru Wang, Chunying Shu. A Novel Glucose Colorimetric Sensor Based on Intrinsic Peroxidase-like Activity of C60-carboxyfullerenes. Biosensors and Bioelectronics, 2013, Accepted
6. Xiangyue Meng, Wenqing Zhang, Zhan'ao Tan, Chun Du, Cuihong Li, Zhishan Bo, Yongfang Li,* Xiulin Yang, Mingming Zhen, Feng Jiang, Junpeng Zheng, Taishan Wang, Li Jiang, Chunying Shu* and Chunru Wang*. Dihydronaphthyl-based [60]fullerene bisadducts for efficient and stable polymer solar cells. Chem. Commun. 2012, 48, 425–427. (IF=6.169)
7. Xiangyue Meng, Wenqing Zhang, Zhan'ao Tan,* Yongfang Li, Yihan Ma, Taishan Wang, Li Jiang, Chunying Shu and Chunru Wang*. Highly Efficient and Thermally Stable Polymer Solar Cells with Dihydronaphthyl-Based [70]Fullerene Bisadduct Derivative as the Acceptor. Adv. Funct. Mater. 2012, 22: 2187-2193. (IF=10.179)
8. Zheng, J.P.; Liu,Q.L.; Zhen,M.M.; Jiang,F., Shu,C.Y.* Jin,C.; Yang,Y.J.; Alhadlaqd, H. A. and Wang, C.R. * Multifunctional imaging probe based on gadofulleride nanoplatform. Nanoscale, 2012, 4 (12), 3669 - 3672. (IF=5.914)
9. Liu, Q.L.; Guan, M.R.; Xu, L.; Shu, C.Y.*; Jin, C.; Zheng, J.P.; Fang, X.H.*; Yang, Y.J.; Wang, C.R.* The Structural Effect and Mechanism Study of C70-carboxylfullerenes as an Efficient Sensitizer against Cancer Cells, Small, 2012, 8(13):2070-7. (IF=8.349)
10. Mingming Zhen, Junpeng Zheng, Lei Ye, Shumu Li, Chan Jin, Kai Li, Dong Qiu, Hongbin Han, Chunying Shu,* Yongji Yang, and Chunru Wang* Maximizing the Relaxivity of Gd-Complex by Synergistic Effect of HSA and Carboxylfullerene, ACS Applied Materials & Interfaces 2012, 4 (7), 3724–3729. (IF=4.525)
11. Chunying Shu and Chunru Wang. Chapter 5.3 MRI contrast agent based on metallofullerenes in Biomedical Imaging (p261-281)-The Chemistry of Labels, Probes and Contrast Agent, Edited by Martin Braddock, RSC Drug Discovery Series No. 15, Royal Society of Chemistry 2012.
12. Li Xu, Shu-Fei Li, Li-Hua Gan*, Chun-Ying Shu, Chun-Ru Wang*. The structures of trimetallic nitride fullerenes M3N@C88: Theoretical evidence of corporation between electron transfer interaction and size effect. Chemical Physics Letters, 2012, 521, 81-85. (IF=2.337)
13 Taishan Wang , Jingyi Wu , Yongqiang Feng , Yihan Ma , Li Jiang , Chunying Shu and Chunru Wang. Preparation and ESR study of Sc3C2@C80 bis-addition fulleropyrrolidines. Dalton Trans., 2012, 41, 2567-2570. (IF=3.838)
14. Yihan Ma, Taishan Wang*, Jingyi Wu, Yongqiang Feng, Wei Xu, Li Jiang, Junpeng Zheng, Chunying Shu and Chunru Wang*, “Susceptible electron spin adhering to an yttrium cluster inside anazafullerene C79N” Chem. Commun., 2012, 48, 11570-11572.
15. Shengli Zhang Yonghong Zhang Shiping Huang,* and Chunru Wang. Theoretical investigations of sp-sp2 hybridized Zero-dimensional fullerenynes. Nanoscale, 2012,4, 2839-2842. (IF=5.914)
16. Xiulin Yang, Junpeng Zheng, Mingming Zhen, Xiangyue Meng, Feng Jiang, Taishan Wang, Chunying Shu, Li Jianga,* Chunru Wanga.* A linear molecule functionalized multi-walled carbon nanotubes with well dispersed PtRu nanoparticles for ethanol electro-oxidation. Applied Catalysis B: Environmental 2012, 121-122, 57-64. (IF=5.625)
17. Jing-yi Wu, Wei Xu, Tai-Shan Wang, Li Jiang, Chun-Ying Shu, and Chun-Ru Wang. A density functional theory investigation for the open-shell metal-carbide endofullerene Lu3C2@C88(D2:35) and closed-shell metal-nitride endofullerene Lu3N@C88(D2:35). J Nanosci Nanotechnol. 2012,12(3):2254-2260. (IF=1.563)
18. Xiulin Yang, Xueyun Wang, Guoqiang Zhang, Junpeng Zheng, Taishan Wang, Xianzong Liu, Chunying Shu a, Li Jiang*, Chunru Wang*. Enhanced electrocatalytic performance for methanol oxidation of Pt nanoparticles on Mn3O4-modified multi-walled carbon nanotubes. International Journal of Hydrogen energy. 2012, 37, 11167-11175. (IF=4.054)
19. Hui Li, Taishan Wang, Yanjun Zhang, Li Jiang1, Chunying Shu*, and Chunru Wang*. Controllable Fabrication of Iron Oxide/Oxyhydroxide with Diverse Nanostructures and Their Excellent Performance in Visible Light Induced Photocatalytic Degradation of Rhodamine B. J. Nanosci. Nanotechnol. 2012, 12(3), 1910-1918. (IF=1.563)
20. Theodosis Skaltsas, Nikolaos Karousis, Hui-Juan Yan, Chun-Ru Wang, Stergios Pispas*, Nikos Tagmatarchis. Graphene exfoliation in organic solvents and switching solubility in aqueous media with the aid of amphiphilic block copolymers. J. Mater. Chem., 2012, 22, 21507-21512.
21. Song Dang, Qiaoling Liu, Xuejie Zhang, Kangmin He, Chunru Wang, Xiaohong Fang. Comparative Cytotoxicity Study of Water-Soluble Carbon Nanoparticles on Plant Cells. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2012, 12(6), 4478-4484.
22. Jingyi Wu, Taishan Wang, Chunying Shu, Xin Lv, Chunru Wang. Identification of the most stable Sc2C80 Isomers: Structure Electronic Property, and Molecular Spectra Investigations. Chin. J. Chem. 2012, 30, 765—770.
23. Y.H. Liu, W. Zhao, W.J.Wang, X.Yang, J.L.Chu, T.Y.Xue, T.Qi, J.Y.Wu, C.R.Wang. Study on the transformation from NaCl-type Na2TiO3 to layered titanate. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2012, 73(3), 402-406.
24. Li-Hua Gan, Qing Chang, Li Xu, Xing-Liang Huang, Chun-Ying Shu, Chun-Ru Wang. An anti-aromatic isomer of fullerene C60 violating the pentagon adjacent penalty rule. Chemical Physics Letters, 2012, 532, 68-71.
25. Xiangyue Meng, Qi Xu, Wenqing Zhang, Zhan’ao Tan,* Yongfang Li, Zhuxia Zhang, Li Jiang, Chunying Shu, Chunru Wang*. Effects of Alkoxy Chain Length in Alkoxy-Substituted Dihydronaphthyl-Based [60]Fullerene Bisadduct Acceptors on Their Photovoltaic Properties. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012, 4 (11), 5966–5973.
26. Yanjun Zhang, Hui Li, Li Jiang, Huibiao Liu, Chunying Shu,* Yuliang Li, Chunru Wang.* Field emission from GeSe2 nanowalls. Appl. Phys. Lett.,2011,98,113118.
27. Hui Li, Wei Li, Yanjun Zhang, Taishan Wang, Bao Wang, Wei Xu, Li Jiang, Weiguo Song, Chunying Shu* and Chunru Wang*. Chrysanthemum-like a-FeOOH microspheres produced by a simple green method and their outstanding ability in heavy metal ion removal. J. Mater. Chem., 2011, 21, 7878..
28. Yihan Ma,Taishan Wang, Jingyi Wu, Yongqiang Feng,Wei Xu, Li Jiang, Junpeng Zheng, Chunying Shu and Chunru Wang. Size effect of endohedral cluster on fullerene cage: Preparation and structural studies of Y3N@C78-C2. Nanoscale. 2011, 3, 4955–4957.
29. Jing-yi Wu, Tai-shan Wang, Yi-han Ma, Li Jiang, Chun-ying Shu, and Chun-ru Wang. Synthesis, Isolation, Characterization, and Theoretical Studies of Sc3NC@C78-C2. J. Phys. Chem. C. 2011, 115 (48), 23755–23759.
30. Hui Li, Taishan Wang, Yanjun Zhang, Li Jiang, Chunying Shu*, Chunru Wang*. Controllable fabrication of iron oxide/oxyhydroxide with diverse nanostructures and their excellent performance in visible light induced photocatalytic degradation of rhodamine B. J. Nanosci. Nanotechnol. 2011, In press.
31. Wei Xu, Lai Feng, Yishi Wu, Taishan Wang, Jingyi Wu, Junfeng Xiang, Bao Li, Li Jiang, Chunying Shu* and Chunru Wang*. Construction and photophysics study of supramolecular complexes composed of three-point binding fullerene-trispyridylporphyrin dyads and zinc porphyrin. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 428–433.
32. Wei Xu, Tai-Shan Wang, Jing-Yi Wu, Yi-Han Ma, Jun-Peng Zheng, Hui Li, Bao Wang, Li Jiang, Chun-Ying Shu, and Chun-Ru Wang. Entrapped Planar Trimetallic Carbide in a Fullerene Cage: Synthesis, Isolation, and Spectroscopic Studies of Lu3C2@C88. J. Phys. Chem. C. 2011, 115, 402–405.
33. Jing-yi Wu, Wei Xu, Tai-Shan Wang, Chun-Ying Shu, and Chun-Ru Wang. A Density Functional Theory Investigation for the Open-Shell Metal-Carbide Endofullerene Lu3C2@C88(D2: 35) and Closed-Shell Metal-Nitride Endofullerene Lu3N@C88(D2: 35). J. Nanosci. Nanotechnol. Accepted.
34. Jing-yi Wu, Tai-Shan Wang, Chun-Ying Shu, Xin Lu, and Chun-Ru Wang. Identification of the most stable Sc2C80 isomers: Structure, electronic property, and molecular spectra investigations. Chin. J. Chem. Accepted.
35. Bao Li, Chunying Shu,* Xin Lu,* Lothar Dunsch, Zhongfang Chen, T. John S. Dennis, Zhiqiang Shi, Li Jiang, Taishan Wang, Wei Xu, and Chunru Wang*. Addition of Carbene to the Equator of C70 To Produce the Most Stable C71H2 Isomer: 2aH-2(12)a-Homo(C70-D5h(6))[5,6]fullerene. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49(5), 962-966.
36. Taishan Wang, Jingyi Wu, Wei Xu, Junfeng Xiang, Xin Lu, Bao Li, Li Jiang, Chunying Shu,* and Chunru Wang*. Spin Divergence Induced by Exohedral Modification: ESR Study of Sc3C2@C80 Fulleropyrrolidine. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49(10), 1786-1789.
37. Tai-Shan Wang, Lai Feng, Jing-Yi Wu, Wei Xu, Jun-Feng Xiang, Kai Tan, Yi-Han Ma, Jun-Peng Zheng, Li Jiang, Xin Lu,* Chun-Ying Shu,* and Chun-Ru Wang*. Planar Quinary Cluster inside a Fullerene Cage: Synthesis and Structural Characterizations of Sc3NC@C80-Ih. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(46), 16362-16364.
38. Bao Wang, Chun-Ying Shu and Chun-Ru Wang*. Metal-free preparation of multi-walled carbon nanotubes based on new-diamond-induced growth mechanism. J. Mater. Chem. 2010, 20(34), 7104-7106.
39. Bao Wang, Xing-Long Wu, Chun-Ying Shu, Yu-Guo Guo* and Chun-Ru Wang. Synthesis of CuO/graphene nanocomposite as a high-performance anode material for lithium-ion batteries. J. Mater. Chem. 2010, 20(47), 10661-10664.
40. Yanjun Zhang, Jianjun Wang, Hongfei Zhu, Hui Li, Li Jiang, Chunying Shu,* Wenping Hu and Chunru Wang*. High performance ultraviolet photodetectors based on an individual Zn2SnO4 single crystalline nanowire. J. Mater. Chem., 2010, 20(44), 9858–9860.
41.Wei Xu, Lai Feng, Yishi Wu, Taishan Wang, Jingyi Wu, Junfeng Xiang, Bao Li, Li Jiang, Chunying Shu* and Chunru Wang*. Construction and photophysics study of supramolecular complexes composed of three-point binding fullerene-trispyridylporphyrin dyads and zinc porphyrin. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, In Press.
42. Qiaoling Liu, Yuanyuan Zhao, Yinglang Wan, Junpeng Zheng, Xuejie Zhang, Chunru Wang, Xiaohong Fang,* and Jinxing Lin*. Study of the Inhibitory Effect of Water-Soluble Fullerenes on Plant Growth at the Cellular Level. ACS NANO, 2010, 4(10), 5743-5748.
43. Yonggang Zhen, Chunru Wang and Zhaohui Wang*. Tetrachloro-tetra(perylene bisimides): an approach towards N-type graphene nanoribbons. Chem. Commun., 2010, 46(11), 1926-1928.
44. ZHAO Tian-yi, LIU Hui-biao, WANG Chun-ru, LI Yu-liang, LIU Huan* and JIANG Lei*. Facile Approach to Conductive Diamond Submicro-rods Arrays and Their Field Emission Properties. Chem. Res. Chinese Universities, 2010, 26(2), 165-169.
45. Yang Zhang, Wei Liu, Lang Jiang, Louzhen Fan,* Chunru Wang, Wenping Hu, Haizheng Zhong, Yongfang Li and Shihe Yang*. Template-free solution growth of highly regular, crystal orientation-ordered C60 nanorod bundles. J. Mater. Chem., 2010, 20(5), 953–956.
46. Zhang, EY; Wang, CR* “Fullerene self-assembly and supramolecular nanostructures” Curr. Opin. Colloid & Interface Sci. 2009, 14 (2):148-156.
47. Shu, CY; Xu, W; Slebodnick, C; Champion, H; Fu, WJ; Reid, JE; Azurmendi, H; Wang, CR*; Harich, K; Dorn, HC; Gibson, HW “Syntheses and Structures of Phenyl-C-81-Butyric Acid Methyl Esters (PCBMs) from M3N@C80”Org. Lett. 2009, 11 (8):1753-1756.
48. Peng, RF; Chu, SJ; Huang, YM; Yu, HJ; Wang, TS; Jin, B; Fu, YB; Wang, CR* “Preparation of He@C60 and He2@C60 by an explosive method” J. Mater. Chem. 2009, 19 (22): 3602-3605.
49. Shu, CY; Ma, XY; Zhang, JF; Corwin, FD; Sim, JH; Zhang, EY; Dorn, HC; Gibson, HW; Fatouros, PP; Wang, CR*; Fang, XH “Conjugation of a water-soluble gadolinium endohedral fulleride with an antibody as a magnetic resonance imaging contrast agent” Bioconjugate Chem. 2008, 19 (3):651-655.
50. Shu, CY; Wang, CR*; Zhang, JF; Gibson, HW; Dorn, HC; Corwin, FD; Fatouros, PP; Dennis, TJS “Organophosphonate functionalized Gd@C82 as a magnetic resonance imaging contrast agent” Chem. Mater. 2008,20 (6):2106-2109.
51. Tian, F; Liu, W; Wang, CR* “Controllable preparation of copper tetracyanoquinodimethane nanowire and the field emission study” J. Phys. Chem. C 2008, 112 (24):8763-8766.
52. Li, M; Deng, K; Lei, SB; Yang, YL; Wang, TS; Shen, YT; Wang, CR; Zeng, QD; Wang, C “Site-selective fabrication of two-dimensional fullerene arrays by using a supramolecular template at the liquid-solid interface” Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47 (35):6717-6721.
53. Qian, HL; Negri, F; Wang, CR; Wang, ZH “Fully Conjugated Tri(perylene bisimides): An Approach to the Construction of n-Type Graphene Nanoribbons” J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (52):17970-17976.
54. Liu, L; Gao, B; Chu, WS; Chen, DL; Hu, TD; Wang, CR; Dunsch, L; Marcelli, A; Luo, Y; Wu, ZY “The structural determination of endohedral metallofullerene Gd@C82 by XANES” Chem. Commun. 2008, (4):474-476.
55. Chen, N; Fan, LZ; Tan, K; Wu, YQ; Shu, CY; Lu, X; Wang, CR* “Comparative spectroscopic and reactivity studies of Sc3-xYxN@C80 (x=0-3)” J. Phys. Chem. C 2007, 111 (32):11823-11828.
56. Chen, N; Zhang, EY; Tan, K; Wang, CR*; Lu, X “Size effect of encaged clusters on the exohedral chemistry of endohedral fullerenes: A case study on the pyrrolidino reaction of ScxGd3-xN@C80 (x=0-3)” Org. Lett. 2007, 9 (10):2011-2013.
57. Ji, HX; Hu, JS; Tang, QX; Song, WG; Wang, CR; Hu, WP; Wan, LJ; Lee, ST “Controllable preparation of submicrometer single-crystal C60 rods and tubes trough concentration depletion at the surfaces of seeds” J. Phys. Chem. C 2007, 111 (28):10498-10502.
58. Li, CJ; Wang, CR; Wang, C; Bai, CL “C70 nanowire arrays prepared by a simple electrophoretic deposition method” Nanosci. Technol., 2007, Pts 1 and 2, 121-123, 259-262.
59. Yan, DW; Liu, W; Wang, HZ; Wang, CR* “Preparation of fullerene polycrystalline films on different substrates by physical vapor deposition” Mater. Transactions 2007, 48 (4):700-703.
60. Yan, DW; Wang, CR* “The controllable syntheses and electrochemical study of 1-dimensional nanowires, 2-dimensional nanoplatelets, and 3-dimensional nanotowers of MnO2” J. Nanosci. and Nanotechnol. 2007, 7 (7):2487-2493.
61. Zhang, XF; Shu, CY; Xie, L; Wang, CR; Zhang, YZ; Xiang, JF; Li, L; Tang, YL “Protein conformation changes induced by a novel organophosphate-containing water-soluble derivative of a C60 fullerene nanoparticle” J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14327-14333.
62. Liu, W; Cui, ZM; Liu, Q; Yan, DW; Wu, JY; Yan, HJ; Guo, YL; Wang, CR*; Song, WG; Liu, YQ; Wan, LJ “Catalytic synthesis and structural characterizations of a highly crystalline polyphenylacetylene nanobelt array” J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12922.
63. Zhang, L; Chen, N; Fan, LZ; Wang, CR; Yang, SH “Electrochemistry of Sc3N@C78 and Sc3N@C80 (Ih): On achieving reversible redox waves of the trimetal nitride endohedral fullerenes” J. Electroanal. Chem. 2007, 60815-21.
64. Gao, B; Liu, L; Wang, CR; Wu, ZY; Luo, Y Spectral identification of fullerene C82 isomers J. Chem. Phys.2007, 127, 164314.
65. Zhang, EY; Shu, CY; Feng, L; Wang, CR* “Preparation and characterization of two new water-soluble endohedral metallofullerenes as magnetic resonance imaging contrast agents” J. Phys. Chem. B 2007, 111(51):14223-14226.
66. Shi, ZQ; Wu, X; Wang, CR*; Lu, X; Shinohara, H “Isolation and characterization of Sc2C2@C68: A metal-carbide endofullerene with a non-IPR carbon cage” Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45 (13):2107-2111.
67. Chen, N; Zhang, EY; Wang, CR* “C80 encaging four different atoms: The synthesis, isolation, and characterizations of ScYErN@C80” J. Phys. Chem. B 2006, 110, 13322-13325.
68. Gan, LH; Shu, CY; Wang, CR* “Ab initio study of fullerene-like structures of Si60” Chem. J. Chin. Univ.-Chinese 2006, 27, 1106-1108.
69. Gao, B; Zhong, J; Liu, L; Li, HN; Luo, Y; Wang, CR; Wu, ZY “Ultraviolet photoelectron spectroscopy of fullerenes C60 and C70: A model study” High Energy Phys. Nucl. Phys.-Chin. Ed. 2006, 30 (4):368-370.
70. Shu, CY; Gan, LH; Wang, CR*; Pei, XL; Han, HB “Synthesis and characterization of a new water-soluble endohedral metallofullerene for MRI contrast agents” Carbon 2006, 44 (3):496-500.
71. Su, GJ; Gan, LH; Yang, ZY; Pan, GB; Wan, LJ; Wang, CR* “Dispersion of metallofullerene Y@C82 on bare, C60-modified, and iodine-modified Au(111) surfaces investigated with ECSTM” J. Phys. Chem. B 2006, 110, 5559-5562.
72. Tan, K; Lu, X; Wang, CR “Unprecedented mu(4)-C-2(6-) anion in Sc4C2@C80” J. Phys. Chem. B 2006, 110(23):11098-11102.
73. Wang, CR*; Shi, ZQ; Wan, LJ; Lu, X; Dunsch, L; Shu, CY; Tang, YL; Shinohara, H “C64H4: Production, isolation, and structural characterizations of a stable unconventional fulleride” J. Am. Chem. Soc. 2006, 128(20):6605-6610.
74. Zhong, J; Song, L; Yan, DW; Wu, ZY; Wang, CR; Xie, SS; Qian, HJ “A XANES characterization of structural defects in single-walled carbon nanotubes” Radiat.Phys.Chem. 2006, 75 (11):1861-1865.
75. Shu, CY; Zhang, EY; Xiang, JF; Zhu, CF; Wang, CR*; Pei, XL; Han, HB “Aggregation studies of the water-soluble gadofullerene magnetic resonance imaging contrast agent: [Gd@C82O6(OH)16(NHCH2CH2COOH)8]x ” J. Phys. Chem. B 2006, 110 (31):15597-15601.
76. Liu, L; Chu, WS; Zhong, J; Ma, SX; Gao, B; Wu, ZY; Gan, LH; Shu, CY; Wang, CR “Preparation and EXAFS study of endohedral metallofulleren Y@C82” High Energy Phys. Nucl. Phys.-Chin. Ed. 2005, 29102-105 Suppl. S.
77. Gan, LH; Wang, CR* “Theoretical investigation of the formation mechanism of metallofullerene Y@C82” J. Phys. Chem. A 2005, 109 (17):3980-3982.
78. Li, CJ; Guo, YG; Li, BS; Wang, CR*; Wan, LJ; Bai, CL “Template synthesis of Sc@C82(I) nanowires and nanotubes at room temperature” Adv. Mater. 2005, 17 (1):71-+.
79. Guo, YG; Wan, LJ; Wang, CR; Bai, CL; Gan, LB; Chen, DM “Controlled fabrication of fullerene derivative one-dimensional nanostructures via electrophoretic deposition of its clusters” Chin. Sci. Bull. 2004, 49 (19):2021-2025.
80. Kang, SZ; Wan, YQ; Yan, HJ; Bei, JZ; Wang, C; Wang, S; Wang, CR; Wan, LJ; Bai, CL “Evaluation for cell affinity of the composite material containing carbon nanotubes” Chin. Sci. Bull. 2004, 49 (20):2126-2128.
81. Guo, YG; Wan, LJ; Li, CJ; Chen, DM; Wang, C; Wang, CR; Bai, CL; Wang, YG “The effects of annealing on the structures and electrical conductivities of fullerene-derived nanowires” J. Mater. Chem. 2004, 14 (5):914-918.
82. Xie, SY; Gao, F; Lu, X; Huang, RB; Wang, CR; Zhang, X; Liu, ML; Deng, SL; Zheng, LS “Capturing the labile fullerene [50] as C50Cl10” Science 2004, 304 (5671):699.
83. Guo, YG; Li, CJ; Wan, LJ; Chen, DM; Wang, CR; Bai, CL; Wang, YG “Well-defined fullerene nanowire arrays” Adv. Funct. Mater. 2003, 13 (8):626-630.
84. Li, CJ; Zeng, QD; Liu, YH; Wan, LJ; Wang, C; Wang, CR*; Bai, CL “Evidence of a thermal annealing effect on organic molecular assembly” ChemPhysChem 2003, 4 (8):857-859.
85. Wang, CR*; Bai, CL “Novel structure of fullerenes and endohedral fullerenes” Self-Assembled Nanostruct. Mater. 2003, 775, 357-368.
86. Suenaga, K; Okazaki, T; Wang, CR; Bandow, S; Shinohara, H; Iijima, S “Direct imaging of Sc2@C84 molecules encapsulated inside single-wall carbon nanotubes by high resolution electron microscopy with atomic sensitivity” Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 055506.
87. Wang, CR; Kai, T; Tomiyama, T; Yoshida, T; Kobayashi, Y; Nishibori, E; Takata, M; Sakata, M; Shinohara, H “A scandium carbide endohedral metallofullerene: Sc2C2@C84” Angew. Chem. Int. Ed., 2001, 40, 397.
88. Chun-Ru Wang, Tsutomu Kai, Tetsuo Tomiyama, Takuya Yoshida, Yuji Kobayashi, Eiji Nishibori, Masaki, Takata, Makoto Sakata, Hisanori Shinohara “C66 fullerene encages Sc2 dimer” Nature, 2000, 408, 426.
89. Chun-Ru Wang, Toshiki Sugai,Tsutomu Kai, Tetsuo Tomiyama and Hisanori Shinohara “Production, isolation and 13C NMR characterization of a new C80 isomer” Chem. Commun., 2000, 557.
90. Chun-Ru Wang, Masayasu Inakuma, Hisanori Shinohara “Isolation and spectrometry studies of Sc2@C82(I, II) and Sc2@C86(I, II)” Chem. Phys. Lett. 1999, 300, 379.
91. Vivian Wing-Wah Yam, Kenneth Kam-Wing Lo, Wendy Kit-Mai Fung, Chun-Ru Wang “Design of luminescent polynuclear copper(I) and silver(I) complexes with chalcogenides and acetylides as the bridging ligands” Coord. Chem. Rev. 1998, 171, 17.
代表性中文论文:
1 C60富勒醇高效催化合成环碳酸酯 孙永宾; 曹昌燕; 王春儒; 宋卫国 中国化学会第29届学术年会摘要集——第34分会:纳米催化 2014-08-04
2 一种绿色简便制备富勒醇的方法 陈曲; 蒋礼; 葛春华; 王春儒 精细化工 2014-01-15
3 聚合物太阳能电池中富勒烯受体材料研究进展 孟祥悦; 蒋礼; 舒春英; 王春儒 科学通报 2012-12-30
4 钆基富勒烯磁共振成像分子影像探针的研究进展 郑俊鹏; 甄明明; 王春儒; 舒春英 分析化学 2012-10-15
5 基于钆基富勒烯的双模态分子影像探针 舒春英; 郑俊鹏; 王春儒 中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集 2012-04-13
6 26岁的“纳米王子”——富勒烯纳米功能材料 王春儒 高科技与产业化 2011-12-08
7 n型金刚石薄膜催化生长碳纳米管 王宝; 江凤; 舒春英; 蒋礼; 王春儒 中国科学:化学 2011-08-20
8 以碳纳米材料为载体的磁共振成像造影剂的研究进展 郑俊鹏; 舒春英; 王春儒 2011中国材料研讨会论文摘要集 2011-05-17
9 几种碳纳米材料的转化研究 王宝; 蒋礼; 王春儒 2011中国材料研讨会论文摘要集 2011-05-17
10 内嵌富勒烯的研究进展 蒋礼; 王太山; 舒春英; 王春儒 中国科学:化学 2011-04-20
11 碳纳米材料在生物医学领域的应用基础研究 郑俊鹏; 王春儒; 舒春英 中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集 2010-06-20
12 银-四氰基对苯二醌二甲烷纳米线阵列的制备及其场发射性能 田飞; 李苞; 王春儒 高等学校化学学报 2009-05-10
13 水溶性C60化合物与蛋白质相互作用的光谱研究 张秀凤; 舒春英; 王春儒; 向俊峰; 唐亚林 第十五届全国分子光谱学术报告会论文集 2008-10-01
14 新型含有机磷的水溶性富勒烯纳米颗粒诱导蛋白质构象的变化 张秀凤; 舒春英; 王春儒; 向俊峰; 唐亚林 中国化学会第26届学术年会化学生物分会场论文集 2008-07-01
15 打破富勒烯的独立五元环规则 王春儒 中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册) 2006-07-01
16 富勒烯结构Si60的从头算研究 甘利华; 舒春英; 王春儒 高等学校化学学报 2006-06-10
17 基于Gelius模型计算的C60和C70的紫外光电子能谱 高斌; 钟俊; 刘蕾; 李宏年; 罗毅; 王春儒; 吴自玉 高能物理与核物理 2006-04-30
18 含有碳纳米管复合材料的细胞亲和性 唐诗钊; 万玉青; 严会娟; 贝建中; 王琛; 王身国; 王春儒; 万立骏; 白春礼 科学通报 2004-08-30
19 内嵌富勒烯纳米材料的制备与分离 王春儒; 白春礼 2003年中国纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集 2003-09-01
学术交流:
申请并组织的国内会议有:
1. 第229次香山科学会议:富勒烯科学的发展与应用研究,北京,2004年
2. 第一届生物纳米交叉科学研讨会,青岛,2005年
3. 第三届生物纳米交叉科学研讨会,汕头,2007年
4. 第一届全国富勒烯应用研究讨论会,绵阳,2007年
作为会议主席组织的国际会议有:
1. The 1st Indo-China Symposium on Designing Materials through Nano-technology, Beijing 2007
2. International symposium on fullerene related research and applications, Hohhot, 2008
3. The Sino-UK workshop on Quantum Computing, London, UK, 2008
4. The 2nd Indo-China Symposium on Designing Materials through Nano-technology, Kolkada, India, 2009
中国科学院化学研究所王春儒教授学术报告成功举办
2015年4月15日下午,应材料电化学过程与技术北京市重点实验室邀请,中国科学院化学研究所王春儒教授作客北京化工大学,为我校200余名师生带来题为“富勒烯的基础和应用研究”的学术报告。重点实验室主任、北京化工大学副校长王峰教授主持了报告会。
王春儒教授结合自身科研经历,详细阐述了富勒烯材料的发展历程和应用现状,介绍了中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室的相关研究工作,并重点介绍了该实验室通过改进富勒烯和内嵌金属富勒烯合成及分离手段,在新型结构富勒烯设计、工业化制备等方面取得的研究进展,尤其是在有机太阳能电池、面向肿瘤的靶向磁共振造影剂、富勒烯分子陀螺、富勒烯在化妆品、工业润滑油添加剂等应用方面的研究进展。
王春儒教授作报告
“富勒烯的研究方向很明确,主要是两个”,王春儒教授对富勒烯的未来充满信心,“一个是富勒烯的基础研究,另一个就是富勒烯的应用开发,尤其是富勒烯和金属富勒烯的产业化。”报告会上,王春儒教授还就富勒烯在高效吸附、光吸收、自由基捕捉、生物医学、延寿保健、基因运载等方面的广泛应用作了详细介绍。
报告现场
报告激发了我校师生对相关研究的强烈反响。王春儒教授在报告现场与听众就富勒烯的结构稳定性、富勒烯分子陀螺的动力与定向排列、富勒烯枝化的方法、分离方法、表征及识别方法等前沿科学问题进行了深入的互动交流,还回答了听众关于富勒烯对细胞、肿瘤的影响机制及其生物医学应用等方面的问题。
来源:材料电化学过程与技术北京市重点实验室 2015-04-15
中科院王春儒研究员作客优宝惠 畅谈富勒烯与润滑
今天,深圳市优宝惠新材料科技有限公司迎来了一位学识渊博的客人。他,头上有无数的光环。年仅20岁的他便已获得学士学位,继而师从楼南泉院士、何国钟院士,获中国科学院大连化物所硕士及博士学位,又先后跟随郑兰荪院士、任咏华院士从事博士后工作。此后,相继在香港大学、日本名古屋大学和德国德累斯顿固体研究所先后做博士后和客座研究员。2002年1月入选中科院“**计划”加入中科院化学所,同年获得国家自然科学基金委杰出青年基金资助。
他,就是王春儒,中国科学院化学研究所研究员,博士生导师,科技部973首席科学家,中国科学院分子纳米结构与纳米技术院重点实验室副主任。此次来访,王春儒研究员主要畅谈富勒烯以及其在润滑领域的应用。
富勒烯(Fullerene) 是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成,以球状、椭圆状或管状结构存在的物质,都可以被叫做富勒烯。C60是典型的富勒烯,它的发现极大地促进了纳米技术的发展,是纳米技术一个标志性的进展。在纳米级,发现非常稳定的材料很不容易,因此,C60一直被称为“纳米王子”。其发现者获1996年若贝尔化学奖。
富勒烯C60具有特殊的球形结构,是所有分子中最圆的分子;同时C60的结构使其具有特殊的稳定性。所以,C60一出世,就有人提议用它来作“分子滚珠”,做润滑剂用。目前的研究工作表明纳米粒子作为润滑油添加剂能明显改善润滑油的摩擦学特性,与传统的硫磷氮添加剂相比具有明显的抗磨减摩性能。纳米粒子综合了流体动压润滑和固体润滑添加剂的优点,但又不同于传统的固体润滑添加剂,适合在重载、高温、低速的条件下工作。
图1、右2为王春儒研究员,左2为优宝惠岳总
图2、王春儒研究员主要畅谈富勒烯以及其在润滑领域的应用
图3、王春儒研究员参观优宝惠实验室,研发部李工作相关介绍
来源:EUBO 2013-08-14
中科院化学所王春儒研究员作客固体所“青年联合会”学术论坛
7月18日,应固体所青年联合会和中科院青年创新促进会合肥研究院小组的共同邀请,国家“杰出青年基金”获得者、科技部973首席科学家、中科院化学所王春儒研究员访问固体所,并作了题为“富勒烯的结构、应用与制备研究”的学术报告。固体所所长蔡伟平主持报告会,相关专业的科研人员和研究生参加了报告会。
王春儒研究员从碳纳米材料的发展历程出发,阐述了富勒烯在高效吸附、能色能源、光吸收、自由基捕捉、生物医学、长寿保健、运载基因等领域的广泛应用情况;他着重介绍了富勒烯产业化中,金属富勒烯制备装置的发展及其年产量。报告会上,王教授结合自身科研工作,详细地阐述了他们通过改进富勒烯和内嵌金属富勒烯合成及分离手段,在新型结构富勒烯设计、制备等方面取得的研究进展,以及实验室在富勒烯的工业化生产、有机光伏、分子器件、生物医学等应用方面开展的工作。会后,大家就富勒烯的结构表征及识别方法、分离方法、金属特性、稳定性等问题与王春儒研究员进行了深入的交流。
王春儒,中国科学院化学研究所研究员。曾先后在厦门大学、香港大学、日本名古屋大学,以及德国德累斯顿固体研究所从事博士后和访问学者研究。2011年任科技部纳米重大研究计划“纳米结构材料在先进能源器件应用中的表界面问题研究”首席科学家。近20年来一直从事富勒烯等纳米材料的制备、表征和应用研究,首次发现并表征了多种新型富勒烯和金属富勒烯材料,并研究其在有机太阳能电池等方面的应用,2007年以来还在国际上率先开展金属富勒烯工业化生产工作。在《自然》、《科学》等杂志上发表文章100多篇,同行引用2000多次。
王春儒教授作报告
来源:中科院合肥物质科学研究院 2012-07-20
荣誉奖励:
1. 2002年,入选中科院“**计划”。
2. 2002年,获得国家自然科学基金委杰出青年基金资助。
3. 2005年,中科院**计划结题获优秀,获追加经费1百万。
4. 2006年,获得政府特殊津贴。
5. 2007年,入选“新世纪百千万人才工程国家级人选”。
王春儒:让“纳米王子”走向大众
1985年,当美国Rice大学的R. E. Smalley等人利用激光第一次人工产生并观察到C60分子时,他们可能不会想到,这个自然界中除金刚石和石墨之外碳元素的第三种同分异构体会具有如此广泛而极富价值的应用前景,当然他们也许更没有想到,这一成果能够“创立一个崭新的化学分支,对于天体化学、超导、材料化学和物理学等不同领域具有重要意义”,从而让他们在11年后获得诺贝尔奖化学奖。
C60分子因为外形结构很像美国建筑师巴克明斯特•富勒(Buckminster Fuller)设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑,因此得名“富勒烯”。后来,许多类似C60的分子也被相继发现,具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等,这些由五元环和六元环组成的全碳分子被统称之为富勒烯(Fullerene)。因其稳定的结构和许多奇异的物理化学性质,堪称纳米材料的代表,因此富勒烯在科学界被称作是“纳米王子”。
“纳米王子”缘何珍贵
富勒烯最显著的特点是它的高稳定性和奇异的电子特性,这使得它成为一类重要的多功能分子材料。以前文所提的C60为例,它具有近似球形的高对称的稳定结构和抗氧化特性,所以在工业上用作润滑油添加剂可提高润滑油的使用寿命达30%以上,美国著名的润滑油生产厂家Bardahl公司在远洋货轮上率先使用富勒烯润滑油添加剂,取得了极好的经济和社会效益。不仅如此,C60及其衍生物具有卓越的电子接受能力,每个分子可容纳多达6个电子,因此在光电、超导、催化等多方面应用广泛。例如富勒烯是有机太阳能电池的关键材料,目前基于富勒烯的有机太阳能电池能量转换效率已高达10%,而且具有制备成本低和柔性的优点;利用富勒烯和环糊精复合物作为催化剂,可在很低的温度下实现合成氨。此外,富勒烯作为高分子和橡胶添加剂能够大大提升原来材料的寿命和耐磨性能,据报道,日本丰田公司利用掺富勒烯的碳黑制作汽车轮胎,发现其耐磨性增加了20%等等。
此外,王春儒还介绍,富勒烯还可通过内嵌金属离子达到新的性质,并带来新的应用,这就是所谓的内嵌金属富勒烯。常规富勒烯笼内空间在0.5~1.0纳米之间,可以容纳从单个原子到多达六个原子构成的团簇,由此便构成内嵌金属富勒烯的庞大家族。内嵌金属富勒烯的特性由富勒烯碳笼和内嵌的原子或分子基团共同决定, 更加丰富了这类分子材料的功能,并极大地拓展了富勒烯的应用范围。例如内嵌放射性金属元素的富勒烯可用作生物化疗药剂,毒副作用小、效率高;内嵌Lu等重金属离子的富勒烯具有较大的X射线吸收截面,可用作X射线造影剂;内嵌Gd金属离子的内嵌金属富勒烯具有极强的顺磁特性,是下一代高性能磁共振造影剂的有力竞争者等等。
正因富勒烯和金属富勒烯广阔的应用前景,1991年,美国《科学》杂志评选富勒烯为“年度分子”,并做出了如下评论:“富勒烯的发现展现了所有科学突破的特性,在研究完全不同的问题时科学家们发现了富勒烯,然后他们坚韧不拔的进行着探索,直到使其成为一个现实的研究领域。如今,富勒烯的研究者们正在享受着飞速发展阶段,在这个阶段中不可思议将变为现实,从而使研究集中在富有成果的和实际应用领域的工作上。”
随着富勒烯和内嵌金属富勒烯基础和应用研究的逐步深入以及工业应用的展开,近年来国际上对于这类分子材料的应用研究逐步升温。但是,这时富勒烯和内嵌富勒烯材料的产量和成本却成为制约其广泛开发和应用的瓶颈。1990年,Krätschmer和Huffmann等发明了石墨高温蒸发法,使人们第一次可以得到克量级的富勒烯。1992年,MIT的科学家又发明了苯燃烧法制备富勒烯,进一步使人们看到大规模合成富勒烯的曙光。但是一直到2000年,全世界富勒烯的年产量不过区区几千克,而每克富勒烯价格保持在上千美元。
应用的迫切需求加快了富勒烯工业化生产的步伐。2001年,日本三菱公司成立先锋碳材料研究所,利用MIT的专利技术建立了首套工业化富勒烯生产装置,2004终于实现了吨级富勒烯材料的产能。随后,美国、俄罗斯、德国等国家也纷纷实现了工业化富勒烯生产,极大地加快了富勒烯应用研究的进程。但是,同国际上蓬勃发展的富勒烯应用研究相比,我国在这方面的研究总体上却落后了五年左右。直到2007年,由于缺少自己的富勒烯工业化生产企业,我国还鲜有人从事富勒烯的应用研究,而富勒烯的价格也比国际市场高一倍左右,这与我国在纳米科技的大国地位极不匹配。
而王春儒,便是立志死磕这一难题,解决我国富勒烯产业化难题的那个人。他以及他带领的团队首先发明了利用煤或石墨制备富勒烯技术,解决了富勒烯材料的国内生产;紧接着,又发明了磁控电弧生产金属富勒烯,在国际上率先实现了金属富勒烯的规模生产,达到了国际领先水平。
王春儒,中科院“**计划”入选者,现任中科院化学所研究员、博士导师、中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室副主任。主要研究方向为新型富勒烯和碳纳米材料的合成和研究,以及纳米器件的研制。
力破垄断,让中国用上自己的富勒烯
王春儒的学习科研经历可谓非常丰富,1992年中科院大连化物所博士毕业后,他于1993年加入厦门大学郑兰荪院士小组从事富勒烯研究;1997年,他来到了国际著名的日本名古屋大学富勒烯实验室,第一次从事富勒烯和金属富勒烯的合成,做出了许多国际水平的工作,例如合成了第一例打破“独立五元环”规则的金属富勒烯,第一个金属碳化物内嵌富勒烯等,研究工作发表在国际著名的Nature,Angew. Chem. Int. Ed.等杂志上;2000年,他又到了德国德累斯顿固体研究所继续从事金属富勒烯研究工作。
2002年,一直心系祖国的王春儒入选中科院“**计划”,回到了中科院化学研究所,建立了自己的富勒烯实验室,从那时起,他和他的团队便一直致力于富勒烯的应用基础研究,并力图在成果转化方面做出自己的贡献。
2007年,看到国际上富勒烯的应用开始起飞,而在中国却面临富勒烯材料短缺的窘境。于是,王春儒团队尝试与西南科技大学、中橡集团炭黑研究院合作,在科技部“863”计划的支持下,进行了艰苦的富勒烯工业化制备研究,历时一年,终于复制了MIT的专利技术,实现了苯燃烧法制备富勒烯。
2008年,王春儒又与内蒙古京蒙碳纳米材料有限公司合作,开发了中国自主知识产权的煤制富勒烯,利用太西煤作为原料,高产率地实现了百公斤级富勒烯的生产。2012年,煤制富勒烯的面世,一下子将富勒烯的市场价格从300多元打到100多元,有力地推动了富勒烯的应用。王春儒说:“今后根据需求还可以进一步提高产量,这将使富勒烯生产成本进一步降低,预期几年之后可以降到每克只需花费几十元。”
另外一方面,王春儒把目光投到技术含量更高、价值更大的内嵌金属富勒烯产业化上。每克富勒烯的价格只有100多元人民币,而金属富勒烯在国际市场上每克一万美元还找不到货源,但是,这种材料在许多方面却有不可替代的作用。例如,中科院高能所的科学家研究利用金属富勒烯作为抗肿瘤药物,不但能够高效地治疗肝癌、肺癌等各种肿瘤,而且还没有通常化疗的副作用;而利用金属富勒烯作为高效低毒靶向磁共振造影剂的应用也已经到了临床前阶段。
“从回国开始,我就对金属富勒烯的合成方法感兴趣。”王春儒说,2002年回国伊始,他总结了国外多个富勒烯实验室生产金属富勒烯的经验后,很快设计了国际上最先进的半自动金属富勒烯实验室制备装置,能够日产金属富勒烯2毫克,基本满足了金属富勒烯的实验室研究需求。这套装置现在已经在中国科技大学、浙江大学、厦门大学、黑龙江大学,香港科技大学等多个科研机构广泛使用。为进一步推动金属富勒烯的应用,王春儒在中科院仪器研制基金的支持下,2007年又研制了更为先进的第二代金属富勒烯制备装置,采用石墨粉与稀土金属混合、双电极放电技术,能够日产金属富勒烯8毫克。
利用以上内嵌金属富勒烯制备设备,王春儒尝试在富勒烯的分子结构中,嵌入稀土金属原子或分子,产生的新结构被称为金属富勒烯。金属富勒烯呈现出更多优异特性。比如在富勒烯中加入金属钆,所得到的钆内嵌富勒烯会保留金属钆的超顺磁特性,利用这个特性可以开发核磁共振造影剂。“我们在实验室中,通过将钆原子嵌入到富勒烯分子笼的内部,获得的核磁共振造影剂比现在临床所用的造影剂效率高出10~60倍。我们还尝试在富勒烯表面接枝叶酸等肿瘤过表达物质,能够实现面向肿瘤的靶向造影。”王春儒说,“但是,一进入实际应用,毫克量级的金属富勒烯就远远不够了,所以我们下决心解决这个问题。”2011年,王春儒与厦门福纳新材料科技有限公司合作,在厦门“双百计划”的支持下,历经两年努力,克服种种困难,终于发明了磁控电弧法生产内嵌金属富勒烯技术,能够年产金属富勒烯500克左右。
近年来,由于具有了中国自己的原料,国内富勒烯和金属富勒烯的各种应用也开展起来,2012年,王春儒团队与深圳一家公司合作,已经开发出了具有高效抗衰老效果的富勒烯化妆品,现正与企业合作开发富勒烯塑料抗老化添加剂,以及高稳定的太阳能电池专用富勒烯材料。他们开发的金属富勒烯磁共振造影剂已经申请了多个专利,也有望近期进入临床试验。
王春儒预计,今后10年富勒烯和金属富勒烯的市场将以大于100%的年增长率增长。他告诉我们,历史的经验结合世界产业发展的规律表明,任何一个产业的发展,都离不开基础原材料的供应。我国作为一个世界上重要的产业大国,不可能在未来的现代化建设过程中依赖进口来满足我们对富勒烯这样基础核心材料的需求,因此,面对蓬勃发展的富勒烯工业化应用,以及庞大的市场,发展具有自主知识产权的富勒烯生产产业具有特殊的战略性意义。
我们欣喜地看到,在王春儒及无数辛勤付出的科学家的努力下,中国富勒烯的产业化发展正一步步走向现实。
来源:科学中国人 2014年第3期
中国科技创新人物云平台暨“互联网+”科技创新人物开放共享平台(简称:中国科技创新人物云平台)免责声明:
1、中国科技创新人物云平台是:“互联网+科技创新人物”的大型云平台,平台主要发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,将互联网与科技创新人物的创新成果深度融合于经济社会各领域之中,提升实体经济的创新力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态,实现融合创新,为大众创业,万众创新提供智力支持,为产业智能化提供支撑,加快形成经济发展新动能,促进国民经济提质增效升级。
2、中国科技创新人物云平台暨“互联网+”科技创新人物开放共享平台内容来源于互联网,信息都是采用计算机手段与相关数据库信息自动匹配提取数据生成,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性,如果发现信息存在错误或者偏差,欢迎随时与我们联系,以便进行更新完善。
3、如果您认为本词条还有待完善,请编辑词条。
4、如果发现中国科技创新人物云平台提供的内容有误或转载稿涉及版权等问题,请及时向本站反馈,网站编辑部邮箱:kjcxac@126.com。
5、中国科技创新人物云平台建设中尽最大努力保证数据的真实可靠,但由于一些信息难于确认不可避免产生错误。因此,平台信息仅供参考,对于使用平台信息而引起的任何争议,平台概不承担任何责任。