山东大学晶体材料研究所刘宏

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刘宏，男，1964年1月生，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国晶体学会理事，中国硅酸盐学会晶体生长分会副秘书长，中国光学学会材料专业委员会会员理事，山东省硅酸盐学会副秘书长，中国硅酸盐学会会员，美国化学会会员。
2001年毕业于山东大学，获得博士学位。1985－2002年在山东轻工业学院材料学科与工程系任教，历任助教，讲师和副教授；2002年起，山东大学晶体材料国家重点实验室任教授；2003年起任博士生导师；2005年－2006年在美国佐治亚理工学院进行访问研究。
主持和参加了国家863、973和国家自然科学基金重大项目等10余项，2009年获得国家杰出青年基金项目资助。主要研究方向：纳米材料、生物材料,功能晶体材料、功能陶瓷材料。在包括Nano Letters,J. Am. Chem.Soc,Adv. Mater. Tissue Engineering等SCI学术期刊上发表文章100余篇，引用次数2700余次，H因子为26；申请发明专利20项，授权12项。
获得的科研奖励：

2009年中国建材科技进步一等奖（第1名），高品质铌酸锂晶体生长、后处理技术研究开发
申请和授权的发明专利：

1.200810237969.5一种用于骨组织工程的支架材料及其制备方法
2.天然高分子－羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料及其籽晶诱导制备方法（2011已经提交）
3.200810013751.1一种贵重金属/一维二氧化钛纳米结构复合材料及其制备方法（已经授权）
4.200410024551.8具有阻尼的晶体旋转提拉装置（已经授权）
5.200410024543.3一种用于近化学计量比铌酸锂晶体生长的悬挂坩埚及生长方法（已经授权）
6.200510042064.9利用液相化学法制备硫族化合物热电薄膜的方法（已经授权）
7.200610044939.3一种含氧金属无机化合物单晶纳米材料的低温碱熔液合成方法（已经授权）
8.200710015808.7以多孔陶瓷为载体的纳米银复合抗菌材料及其制备方法（已经授权）
9.200710015675.3成分均匀的球状掺杂铌酸锂多晶原料的合成方法（已经授权）
10.200710016018.0一种银纳米金属抗菌涂层的制备方法和应用（已经授权）
11.200710016501.9磷酸三镓晶体的助熔剂生长法（已经授权）
12.200710017081.6一种二氧化钛纳米纸及其制备方法（已经授权）
13.200810016855.8部分液相沉淀法制备稀土掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的方法（已经授权）
14.200810016746.6成分均匀的球状掺杂钽酸锂多晶原料的合成方法（已经授权）
15200810237970.8一种掺钕钇铝石榴石透明激光陶瓷的冷冻成型方法（已经授权）
16.200910017339.1一种处理铌酸锂或钽酸锂晶片的方法（已经授权）
17.201010220806.3用于陶瓷坯体制备的多孔陶瓷负压注浆成型装置及方法
18.201010173556.2石墨导电胶在制备检测电极粘结剂中的应用
19.201110066466.8一种利用矿化剂在水热条件下生长氧化锌单晶的方法
20.201110043437.X喷雾冷冻干燥法制备钕掺杂的钇铝石榴石微纳米粉体的方法
21.201110127655.1一种人工晶体自动控制生长连续加料装置
22.201110043181.2天然高分子一羟基磷灰石二级三维网络结构骨组织工程支架材料及其籽晶诱导制备方法
23.201010525714.6一种垂直连续光催化反应装置及其应用
代表性研究论文：
1. Jian Tian , Yuanhua Sang , Guangwei Yu , Huaidong Jiang , Xiaoning Mu , and HongLiu *A Bi2WO6‐Based Hybrid Photocatalyst with Broad Spectrum Photocatalytic Properties under UV, Visible, and Near‐Infrared Irradiation,
Advance Materials,DOI: 10.1002/adma.201302014
2. Liu H,Hu CG, Wang ZL, Composite-hydroxide-mediated approach for the synthesis of nanostructures of complex functional-oxides,Nano Letters, 6, 2006: 1535-1540
3. Y. Wang, G. Du ,Hong Liu*, et. al, Nanostructured sheets of Ti-O nanobelts for gas sensing and antibacterial applications,Adv. Funct. Mater. 18, 2008, 1131-1137 （Highly Cited Papers (last 10 years) , Essential Science Indicators ）
4.Liu H,Wang ZL, Bismuth spheres grown in self-nested cavities in a silicon wafer,J. Am. Chem. Soc.127,2005, 15322-15326: (IF: 7.885)
5. C. G. Hu ,H. Liu,Z. L. Wang., La(OH)(3) and La2O3 nanobelts - Synthesis and physical properties,Adv. Mater,19( 3): 470-474: FEB 5 2007 （Highly Cited Papers (last 10 years) , Essential Science Indicators ）
6. W. Zhou,H. Liu,*et. al., Nanoheterostructures on TiO2 nanobelts achieved by acid hydrothermal method with enhanced photocatalytic and gas sensitive performance”J. Mater. Chem., 2011, 21, 7937 (Hot article)

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报告题目：纳米结构介导的物理信号对干细胞命运的调控

报告人：刘宏 教授

山东大学晶体材料国家重点实验室和济南大学前沿交叉科学研究院（IAIR）教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。

主持人：崔小强 教授

报告时间：2018年05月18日，星期五，10:30

报告地点：吉林大学南区唐敖庆楼D区429报告厅

主办单位：材料科学与工程学院 汽车材料教育部重点实验室

报告摘要：支架材料、生长因子、种子细胞是组织工程的三大要素。组织修复，实际上是利用生长因子对支架材料上的上的种子细胞（干细胞）进行分化调控从而得到新的组织。通常，人们利用各种“生长因子”如蛋白、酶、核酸RNA和有机小分子等对干细胞分化进行调控。近几年，人们发现，材料表面的纳米结构对干细胞命运的调控有着重要的影响，甚至可以代替生物生长因子，诱导干细胞超功能细胞分化。不仅如此，越来越多研究表明，一些物理信号，如，光、电、压力、磁场、振动波等都对干细胞分化和组织修复有调控作用，甚至可以直接用来控制干细胞分化方向。物理信号对干细胞的调控有着调控速度、调控和调控方向可控的的特点，但不幸的是，这些基础研究大都是在体外直接利用外场实现了对干细胞的调控，如何在体内实现干细胞调控是利用物理信号调控干细胞分化，实现具有实用性的组织修复的最关键的问题，更是将物理信号用于组织修复进行实用化的最大的瓶颈。

幸运的是，纳米材料和纳米技术为解决上述问题提供了一个重大的机遇，因此，报告人在近两年提出了“纳米结构介导的物理信号对干细胞命运调控及其在组织工程方面的应用”的这一研究策略，并进行了相关研究。

除了材料表面的纳米结构本身对干细胞分化具有调控作用之外，材料表面的各种物理性质，包括弹性模量、硬度、电磁性、表面电荷、电导率等都对干细胞分化有重要的影响，然而，仅仅依靠材料表面的物理性能对干细胞分化的调控能力非常有限。在材料表面组装了纳米结构后，利用外加物理场作用下在纳米结构中产生的局域物理场，通过细胞外基质对细胞分化进行调控，是干细胞命运的更为有效的手段。报告将利用部分实例对“纳米结构介导的物理信号对干细胞命运的调控”这一研究方向进行介绍，并对其发展方向和应用趋势进行预测。

报告人简介：刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室和济南大学前沿交叉科学研究院（IAIR）教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：人工晶体材料、纳米能源材料、组织工程与干细胞分化，等。主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重大项目、自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci., 等学术期刊上发表SCI文章200余篇，其中，影响因子大于10的30余篇，个人文章总被引次数超过12000次，H因子为30，20余篇文章被Web of Science的ESI（Essential Science Indicators）选为 “过去十年高被引用论文”（Highly Cited Papers (last 10 years))，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文，2015年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利30余项，研究成果已经在相关产业得到应用。

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有鉴于此，山东大学晶体材料国家重点实验室桑元华副教授，刘宏教授联合济南大学前沿交叉研究院周伟家教授提出了一种通过洛伦兹力辅助载流子分离的策略，利用外加磁场作用于光催化系统，从而提高光催化效率。在正常的光催化系统下放置一个永磁体，不需要额外的电源，光催化效率可以提高26%。基于洛伦兹力对光生电子和空穴产生相反作用力的机理，从而抑制光生载流子的重结合。这项工作提供了在初始光激发状态下洛伦兹力在抑制“电子-空穴”对重结合过程中独特作用的见解。这种抑制作用会使光生载流子数量的增加，并随后在半导体中输运。相关成果以题为“Suppressing Photoinduced Charge Recombination via the Lorentz Force in a Photocatalytic System”发表在国际著名期刊Advanced Science（Adv. Sci. 2019, 1901244）上。山东大学硕博连读博士生高文强和中国科学院深圳先进技术研究院鲁济豹副研究院为本文的共同第一作者。

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/advs.201901244

keepup

近日，山东省科技创新大会在济南举行，隆重表彰在创新型省份建设、助推经济高质量发展中涌现的优秀科技工作者及科技成果，共授予245个项目（人选）2019年度山东省科学技术奖。晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队完成的成果“二氧化钛纳米带表面微观结构调控与界面效应的研究”获山东省自然科学一等奖，山东大学为独立完成单位。
针对光催化材料光谱吸收范围窄及其在实际应用中难回收的问题，刘宏教授团队自2006年起就致力于相关研究，历经十余年的不断探索，发现了TiO2纳米带生长机制，完成了批量化制备技术，实现了TiO2纳米纸张的制备，设计并构建了过滤式连续光催化水处理专利装置；首次提出了TiO2纳米带表面异质结构的概念，利用能带工程实现了光生载流子界面输运过程的调控，并通过将不同带隙的半导体材料与TiO2纳米带进行表面组装，实现了系列高效宽谱光催化剂；提出半导体缺陷态引起的中间态能级与窄带隙半导体对红外光的吸收可以实现红外光催化的假设，结合异质结构实现了全太阳光谱光催化剂，获得了高效宽光谱响应的光催化材料的批量化制备，设计制备了一体化光催化工业级水处理设备，并在企业进行了转化。相关成果在Adv. Mater.,等重要刊物上发表，获得学术界广泛的认可。
第一完成人刘宏教授是国家杰出青年科学基金获得者。在包括Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc,Environ. Eng. Sci.,等学术期刊上发表SCI文章500余篇，引用近20000次，H因子为65，22篇文章被Web of Science的ESI高被引论文，入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文，2015年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1%高被引中国作者”榜单，2018、2019年科睿唯安全球高被引作者。授权专利30余项，研究成果已经在相关产业得到应用。团队在光催化材料研究相关的延续性工作中，关注外场对粉体光催化材料的载流子分离的影响，并且注重开展光催化有机合成相关研究，将光催化在能源转化上的应用向绿色化学方向推进。相关研究得到了国家自然基金重点项目、面上项目、国家重点研发—政府间国际科技合作项目、山东省杰出青年基金和晶体材料国家重点实验室的大力支持。

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贵金属Pt基催化剂是目前最有效的电解水析氢催化剂，但是由于其稀缺性和高昂的价格限制了其大规模应用，可以通过利用过渡金属电催化剂进行替代，但是过渡金属基催化剂动力学相对缓慢的问题没有解决，另外的解决方案为采用廉价的贵金属进行替代。目前过渡金属磷化物到贵金属磷化物在较宽的PH条件下都表现出非常优异的产氢性能，因此采用仅有4%Pt价格的Ru基磷化物作为Pt基电催化剂替代同时保持贵金属基良好的动力学优势具有非常重要的意义。金属化合物相对于单一金属而言，由于金属与杂原子（N，P，S）之间的适当键合可以优化电荷分布和物相组成，从而可以起到对电催化剂的产氢性能的调谐协作用。选择合适的模型研究不同元素与金属成键反应过程和机理非常重要，同时，具有可控键合和电荷分布的电催化剂的合成仍然是艰巨的挑战。

       在本文中，山东大学刘宏教授和济南大学周伟家教授等选择聚合物(PZS)作为研究对象，聚合物本身既作为碳源又含有N、P、S元素，可以作为研究不同元素与金属成键反应过程的理想模型。除此之外，PZS含有丰富的P元素可以作为固态磷源用于制备磷化物，与传统的气相磷化相比不产生可燃、剧毒的PH3气体，可以作为一种绿色制备电催化剂的新途径。本文中通过煅烧温度调节Ru与N，P，S元素之间的键合，可以实现控制N，P，S共掺杂碳基底上RuS2（800℃）和S掺杂RuP（900℃和1000℃）的相组成，研究表明，与N相比，Ru更倾向与S和P进行成键。DFT计算证实，纯的RuS2或RuP与H*的结合强度过弱或者过强，本文得到的S掺杂后RuP电催化剂中具有相反电负性的S、P元素协同调谐Ru的电荷分配和产氢性能，结果表明表面Ru原子（-0.18 eV）和P原子（0.05 eV）的ΔGH*值显着降低至接近于零，主要作为催化剂的催化位点。
       本文制备的S掺杂RuP电催化剂在Ru负载量仅为0.8wt%的条件下获得媲美20%商业Pt/C的产氢性能（450 mV 过电位下，本文电催化剂电流密度为320.09 mA cm−2 超过 20% Pt/C 310.34 mA cm−2），催化剂具有更高的Ru金属利用率，250 mV过电位下相应的质量催化活性是20 wt％Pt/C的22.88倍，并且在不同过电位下表现出良好的循环稳定性，同时实现S、P协同调谐Ru的电荷分配调谐电催化剂产氢性能。
       这项工作为通过使聚合物中C、N、S、P多种元素与Ru反应提供一种合理的方法通过键合调谐电荷分配可控制备高性能Ru基电催化剂。相关论文在线发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202001526）上。

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纵观世界发展史，每一次科学技术的进步和社会生产力的飞跃都与能源问题密切相关。由于绿色和安全的特性，水系金属离子电池作为能源存储设备表现出很高的应用前景。在不同的水系金属离子电池中，锌离子电池是一种低成本、无毒、高安全性的能量存储系统，近年来受到了广泛的关注。然而，理论容量高的锌负极在沉积/剥离过程中往往会出现产氢、腐蚀等副反应和枝晶生长问题，产生严重的极化，缩短了循环寿命。这些棘手的问题严重阻碍了锌离子电池的进一步商业应用。

       针对这些问题，近日，山东大学刘宏教授团队通过简单的原位取代反应在Zn负极表面构建具有3D纳米通道的锡 (Sn) 层。通过多尺度研究技术，特别是Micro-CT，研究锡层对锌枝晶的抑制。此外，还详细研究了Sn层对Zn的诱导机制。制备的 Sn-Zn 负极表现出极低的电压滞后（27mV），缓解了锌的枝晶生长并确保了长循环（800h，1mA cm-2）稳定性。这项工作为水系锌离子电池锌金属负极的沉积提供了新的见解。本工作亮点如下：
       1.通过简单的原位取代反应构建具有3D纳米通道的锡 (Sn) 层，用来抑制锌枝晶的生长。
       2.利用原位光学显微镜和Micro-CT技术对锌的枝晶进行了观察。
       3.证实了Sn层加速了(Zn(OH2)6)2+脱溶剂化过程，缓解了表面电场的不均匀性；此外，Sn层与Zn2+的吸附密切相关，可抑制Zn2+表面扩散，避免电荷积聚，减少锌枝晶的形成。
       4.制备的锌负极(Sn-Zn)的过电位(28mV)远远小于纯锌片的过电位（57mV），并且在800h内表现出良好的循环稳定性，大大缓解了枝晶的生长和副反应的发生。


       论文信息：
      Constructing nano-channeled tin layer on metal zinc for high-performance zinc-ion batteries anode
Zhenyu Miao, Min Du, Houzhen Li, Feng Zhang, Hechun Jiang, Yuanhua Sang, Qinfei Li*, Hong Liu*, Shuhua Wang*
      EcoMat
      OI: 10.1002/eom2.12125
      原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eom2.12125