专家介绍:
近年的工作主要围绕非金属硼基催化体系理论计算和锕系计算化学开展,主要学术成绩如下:
1.非金属硼基催化剂催化低碳烷烃氧化脱氢机制:伴随对六方氮化硼高效催化低碳烷烃氧化脱氢的突破性发现的是对其催化机制和活性起源的认知空白。通过与陆安慧课题组的密切合作,基于理论计算,我们提出了硼羟基(B-OH)为催化活性位的观点,并提出了可能的反应途径。这一观点强调B的重要性,不同于美国Hermans组在同期发表在Science的文章中报道的B-OO-N为活性位的观点。在随后的研究中,我们提出的反应模型被包括Hermans组在内的多个课题组确认并接受。进一步我们又基于氧化硼的工作,直观地确认了B-OH的重要性。揭示了硼物种氧化脱氢的活性起源,确定烷烃在硼基催化剂上的活化方式和重组路径,相关工作陆续发表在(ChemCatChem 2017, 9, 1788-1793. Chin. J. Catal. 2017, 38: 389-395. ibid 2018, 39: 908-913. ACS Catal. 2019, 9, 1621-1630. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 8770-8776. J. Phys. Chem. C 2021, 125, 24930−24944)。该工作得到国家自然科学基金委重点项目的支持。
2.锕系计算化学:面向我国核能可持续发展战略对锕系溶液动力学和生物无机化学微观机制的知识需求,主要开展两方面的研究:
2.1 锕系溶液动力学:腐殖酸对环境中包括锕系在内的金属离子的迁移行为有显著影响。近年来迅猛发展的纳米技术增加了环境暴露纳米材料的风险,使金属离子的环境迁移行为更加复杂。为了研究腐殖酸、纳米材料和铀酰离子共存时的动力学行为,我们选择碳纳米管模拟具有曲率的疏水表面,用氧化石墨烯模拟较为平坦的兼具亲水性和疏水性的表面,研究了其与腐殖酸和铀酰离子在水环境中的相互影响,发现材料表面形貌强烈影响铀酰离子的吸附容量, 而材料骨架的刚性会影响铀酰离子的吸附强度。该项工作发表在环境领域知名期刊(Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 11121-11128. Ibid 2019, 53, 5102−5110. Ibid 2022, 56, 917-927)上,受到EST副主编Daniel Giammar教授的好评,并在2017年全国环境化学大会上推荐报告。
2.2 锕系生物物理:掌握锕系生物物理行为对建立完备的核安全应对机制十分重要。我们专注于噬铁素-噬铁蛋白通道,采用噬铁蛋白为靶向体系蛋白,研究了其与关键锕系离子(Th,U,Np,Pu,Am,Cm)的结合机制。有关噬铁素折叠动力学及其与锕系离子的结合部分的工作已发表在Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21, 16017-16031,并被选为PCCP热点文章。该工作明晰了噬铁素的动力学及其与锕系离子的结合机制和配合物的动力学。