北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所郭雪峰

beifaxian

郭雪峰，北京大学教授，杰青，科技部重点研发计划首席科学家和 中组部“万人计划”领军人才。2001年于北京师范大学获得学士和硕士学位，2004年于中国科学院化学研究所获得博士学位。2004~2007年在哥伦比亚大学纳米中心、化学系和物理系从事博士后研究工作。2008年入职北京大学。主要从事分子材料和器件的研究，发展了制备碳基电极的稳定单分子器件的突破性方法，构建了国际首例稳定可控的单分子电子开关器件，发展了单分子电学检测新技术，开拓了单分子科学与技术研究的新领域。已发表包括2篇Science 在内的SCI论文147余篇（IF>10，57篇），引起了科学和工业界的广泛关注，《Scientific American》、《Nature》、《Science》等期刊和媒体以不同的形式亮点报道过25余次，应邀在Chem. Rev. 、Acc. Chem. Res.和Chem. Soc. Rev.等国际权威期刊上撰写邀请综述多篇，表明这些工作处于国际领先地位，是世界上能开展单分子电子学研究为数不多的几个代表性课题组之一。拥有或申请了国际国内专利14项，曾获全国百篇优秀博士论文奖、日本化学会“The Distinguished Lectureship Award”奖、中国化学会青年化学奖、教育部自然科学奖一等奖、中国高等学校十大科技进展和中国科学十大进展等奖励。作为首席科学家承担了科技部重点研发计划，主持了国家自然科学基金仪器项目、重点项目和杰青项目。

郭雪峰

郭雪峰 博士
教授，博士生导师
专业：物理化学和有机化学
研究方向：分子材料与器件
电话：010-62757789 (Office); 010-62753367 (Lab)
传真：010-62757789
电子信箱： guoxf@pku.edu.cn
课题组网站：www.chem.pku.edu.cn/guoxf
________________________________________
学术简历:
1994-2001: 北京师范大学化学系学士和硕士
2001-2004: 中科院化学所博士
2004-2007: 哥伦比亚大学纳米中心、化学系和物理系博士后
2008-2016 北京大学化学学院研究员
2016-至今: 北京大学化学学院教授
获奖情况:
2005年中科院50篇优秀博士论文奖
2006年全国百篇优秀博士论文奖
2009年日本化学年会“The Distinguished Lectureship Award”奖
2009年北京市科技新星奖
2009年霍英东教育基金奖
2010年中国化学会青年化学奖
2012年国家杰出青年基金获得者
2014年日本化学年会“The Distinguished Lectureship Award”奖
2015年药明康德生命科学研究奖学者奖
2015年北京市科学技术奖一等奖(第三获奖人)
2015年入选科技部中青年科技创新领军人才
研究领域和兴趣:
化学的魅力在于创造新的物质，物理的魅力在于研究物质的本质特征，两者的结合便能揭示自然奥秘，并改变自然。我们的小组的研究将聚焦于探索新功能分子材料或低维纳米材料的光电子性质，譬如电子传输性质、光电转换性质以及条件刺激反应的能力等等。这些材料包括功能有机单分子或聚集体，碳纳米管，有机无机纳米线，单分子层石墨烯，生物大分子以及纳米粒子等等。这是一个富有挑战性和前瞻性但充满活力和机遇的具有重要应用前景的强交叉前沿领域。从事这方面研究的研究生或博士后将会在有机合成、自组装技术、器件微纳米加工和测试手段各个方面得到全面的锻炼。具体研究方向主要包括：
1.        纳米/分子电子学
2.        单分子生物检测/生物物理
3.        单分子化学反应动力学
4.        单分子基因测序技术
5.        有机/柔性电子学
近五年代表性论文
1.        Chuancheng Jia, Agostino Migliore, Na Xin, Shaoyun Huang, Jinying Wang, Qi Yang, Shuopei Wang, Hongliang Chen, Duoming Wang, Boyong Feng, Zhirong Liu, Guangyu Zhang, Da-Hui Qu, He Tian, Mark A. Ratner, H. Q. Xu*, Abraham Nitzan* and Xuefeng Guo*, Covalently-bonded Single Molecule Junctions with Stable and Reversible Photoswitched Conductivity, Science 2016, 352, 1443. Highlighted by Science (a perspective article;Science 2016, 352, 1394) in the same issue, Chemical & Engineering News, and Chemistry World.
2.        Dong Xiang, XIaolong Wang, Chuancheng Jia, Takhee Lee* and Xuefeng Guo*, Molecular-Scale Electronics: From Concept to Function, Chem. Rev.2016, 116, 4318.
3.        Chuancheng Jia, Bangjun Ma, Na Xin, and Xuefeng Guo*, Carbon Electrode-Molecule Junctions: A Reliable Platform for Molecular Electronics, Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2565. (Cover of this issue)
4.         Chuancheng Jia and Xuefeng Guo*, Molecule-Electrode Interfaces in Molecular Electronic Devices, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642. (Cover of this issue)
5.        Xuefeng Guo*, Single-Molecule Electrical Biosensors Based on Single-Walled Carbon Nanotubes, Adv. Mater. 2013, 25, 3397. (Cover of this issue)
6.        Chuancheng Jia, Jinying Wang, Chang-Jiang Yao, Yang Cao, Yu-Wu Zhong, Zhirong Liu, Zhongfan Liu* and Xuefeng Guo*, Conductance Switching and Mechanisms in Single-Molecule Junctions, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 8666. Selected as a “hot paper”; Highlighted by Nature.
7.        Yang Cao, Shaohua Dong, Song Liu, Li He, Lin Gan, Xiaoming Yu, Michael L. Steigerwald, Xiaosong Wu, Zhongfan Liu and Xuefeng Guo*, Building High-Throughput Molecular Junctions Using Indented Graphene Point Contacts, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12228.
8.        Song Liu, Xinyue Zhang, Wangxi Luo, Zhenxing Wang, Xuefeng Guo*, Michael L. Steigerwald, and Xiaohong Fang*, Single-Molecule Detection of Proteins Using Aptamer-Functionalized Molecular Electronic Devices, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2496. (Frontispiece of this issue) Highlighted by NPG Asia Mater.
9.        Alina Feldmen, Michael L. Steigerwald, Xuefeng Guo*, and Colin Nuckolls*, Molecular Electronic Devices Based on Single-Walled Carbon Nanotube Electrodes, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1731.
10.        Xuefeng Guo, Joshua P. Small, Jennifer E. Klare, Yiliang Wang, Iris Tam, Meninder S. Purewal, Byung Hee Hong, Robert Caldwell, Limin Huang, Stephen O’Brien, Jiaming Yan, Ronald Breslow, Shalom J. Wind, James Hone, Philip Kim*, Colin Nuckolls*, Covalently Bridging Gaps in Single-Walled Carbon Nanotubes with Conducting Molecules, Science 2006, 311, 356. “Nanotube Hookup”, highlighted by Scientific American, April, 2006.

更多论文目录


欢迎校内外具有化学和物理背景的本科生、研究生和博士后加入本研究小组。

wuqi

郭雪峰

lianpihou

北大郭雪峰Angew.：芳香环化合物单分子晶体管

北大郭雪峰教授等用离子液体作为闸极介电层，首次构筑了芳香环化合物单分子晶体管。理论计算和实验结果充分证实了离子液体可以有效的调控石墨烯电极的前线分子轨道和费米能级，从而改变分子结的电荷输运能力。该研究为构建高性能的单分子晶体管提供了新的思路。

芳香环化合物单分子晶体管

XinN, Yang J, Guo X, et al. Tuning Charge Transport in Aromatic-Ring Single-Molecule Junctions via Ionic Liquid Gating[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201807465

https://doi.org/10.1002/anie.201807465

jidianqi

题  目:

单分子电子器件的机遇和挑战

Challenges and Opportunities in Single-Molecule   Electronics

讲座人:

郭雪峰  教授 （国家杰出青年基金获得者）

北京大学

时间:

12月18日（周二）下午14:00-16:00

地点:

厦门大学卢嘉锡楼202报告厅

讲座摘要：

    This talk will exemplify our on-going interest and great effort in developing   efficient lithographic methodologies capable of creating molecular electronic   devices through the combination of top-down micro/nanofabrication with   bottom-up molecular assembly. These devices use nanogapped carbon   nanomaterials (such as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and graphene)   as point contacts formed by electron beam lithography and precise oxygen   plasma etching. Through robust amide linkages, functional molecular bridges   terminated with diamine moieties are covalently wired into the carboxylic   acid-functionalized nanogaps to form stable carbon electrode-molecule   junctions with desired functionalities. We have used these approaches to   reveal the dependence of the charge transport of individual metallo-DNA   duplexes on π-stacking integrity, and fabricate molecular devices capable of   realizing label-free, real-time electrical detection of biological   interactions at the single-event level, or switching their molecular   conductance upon exposure to external stimuli, such as ion, pH and light.

讲座人简历：

郭雪峰，北京大学教授，杰青，科技部重点研发计划首席科学家和中组部“万人计划”领军人才。2001年于北京师范大学获得学士和硕士学位，2004年于中国科学院化学研究所获得博士学位。2004~2007年在哥伦比亚大学纳米中心、化学系和物理系从事博士后研究工作。2008年入职北京大学。主要从事分子材料和器件的研究，发展了制备碳基电极的稳定单分子器件的突破性方法，构建了国际首例稳定可控的单分子电子开关器件，发展了单分子电学检测新技术，开拓了单分子科学与技术研究的新领域。已发表包括2篇Science 在内的SCI论文147余篇（IF>10，57篇），引起了科学和工业界的广泛关注，《Scientific American》、《Nature》、《Science》等期刊和媒体以不同的形式亮点报道过25余次，应邀在Chem. Rev. 、Acc. Chem. Res.和Chem. Soc. Rev.等国际权威期刊上撰写邀请综述多篇，表明这些工作处于国际领先地位，是世界上能开展单分子电子学研究为数不多的几个代表性课题组之一。拥有或申请了国际国内专利14项，曾获全国百篇优秀博士论文奖、日本化学会“The Distinguished Lectureship Award”奖、中国化学会青年化学奖、教育部自然科学奖一等奖、中国高等学校十大科技进展和中国科学十大进展等奖励。作为首席科学家承担了科技部重点研发计划，主持了国家自然科学基金仪器项目、重点项目和杰青项目。

各位老师同学如有意愿与郭雪峰教授讨论，请联系洪文晶老师（whong@xmu.edu.cn）。

lianghui

郭雪峰课题组在Nature Reviews Physics和Chem上发表重要综述

北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组长期致力于构建性能稳定可控的单分子电子器件。他们和合作者发展了国际上单分子电子学研究的新技术和新方向，开发了碳基单分子器件的研究平台：利用电子束曝光和氧等离子体刻蚀等微纳加工工艺制备了边缘羧基修饰的两代碳基纳米间隙点电极，通过与末端为氨基的分子发生反应，形成酰胺共价键为接触界面的“石墨烯-分子-石墨烯”异质结，解决了器件稳定性差、制备困难的核心问题（Science 2006, 311, 356；Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12228；Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3906）。基于这一可靠的器件平台，该课题组和合作者在构建功能化分子器件方面取得了一系列原创性的研究成果，包括单分子开关（Science 2016, 352, 1443；Nat. Commun.2019, accepted for publication； Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 125, 8666；Nano Lett. 2017, 17, 856；J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 2849）、单分子化学/生物传感器（Adv. Mater. 2013, 25, 3397；Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 163；Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2496；Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8886；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5038；Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9036；Chem. Sci. 2015, 6, 2469）和单分子场效应晶体管（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 14026；Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 11452；Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 691；Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2743；Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6319；Adv. Mater. 2010, 22, 20）；发展了单分子电学检测的关键性技术，并且在单分子化学反应动力学方面进行了一系列的创新探索，包括分子间主客体相互作用（Sci. Adv. 2016, 2, e1601113）、亲核加成反应（Sci. Adv. 2018, 4, eaar2177）、氢键相互作用（Nat. Commun. 2018, 9, 807）和亲核取代反应（Nano Lett. 2018, 18, 4156），证实了利用单分子电学检测新方法研究单分子反应动力学的可行性，为实现单分子化学反应动态过程的可视化研究迈出了重要的一步。这些结果为揭示物质转换规律和生命本征现象提供了独特的研究方法，有可能产生颠覆性的芯片核心技术和精准分子诊断技术。经过十几年的潜心专研，郭雪峰课题组已成为世界上能够开展碳基单分子器件研究的代表性课题组之一，其研究工作处于国际领先地位（Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1731；Acc. Chem. Res.2015, 48, 2565；Chem. Rev. 2016, 116, 4318；Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642）。

    基于上述研究工作基础，该课题组于2017年应邀在Chem上撰写了评论性综述，题为“The Renaissance of Molecular Electronics”，总结了近年来在构筑功能化单分子器件方面所取得的重大进展，探讨了单分子电子器件面向未来发展所面临的挑战和机遇（Chem 2017, 3, 373），积极推动了单分子电子学领域的发展。最近，该课题组与美国西北大学J.Fraser Stoddart组合作，于2019年2月25号在Nature Reviews Physics上在线发表了长篇综述，题为“Concepts in the Design and Engineering of Single-Molecule Electronic Devices”，结合近年来单分子电子学领域的研究进展，首次从工程学的角度系统地探讨了如何依据构效关系构建性能可控的稳定单分子器件的理念（Nat. Rev. Phys. 2019, DOI:10.1038/s42254-019-0022-x）（图1）。具体要点如下：1）将单分子异质结分成三个相互关联的单元—电极、界面和分子骨架/功能中心；2）选择电极材料需要考虑的因素—对空气化学惰性、易加工性、合适的功函以及与分子材料良好的兼容性；3）界面的稳定性和电子耦合强度与电极-锚定基团的结合能成正相关，而通过在分子骨架和锚定基团之间引入间隔基团可以实现这二者对分子本征性能影响的有效控制；4）分子骨架的调控因素有分子长度、主链的几何构型、功能中心的响应性和侧链基团，这为探索分子材料本征的物理性质和实现功能化提供了机遇；5）在面向未来工业化应用方面，单分子电子器件需要改善的方面有器件的均一性、稳定性、集成性以及理论模型的精确性。此外，单分子电子学的研究为分析化学的终极目标—单分子检测—提供了技术基础。而该领域由于其跨学科的特点，需要化学、材料、物理、电子工程、生物等领域的科学家的强强合作来推动其快速发展。相信这篇综述将为单分子电子学的研究提供独特的视角，推动该领域的健康发展。

单分子电子器件

图1：单分子器件的精准构筑及其功能化示意图

   该系列工作得到了来自国家自然科学基金委、科技部、北京市科委和北京大学等项目的支持。北京大学郭雪峰是Chem的通讯作者，北京大学郭雪峰和美国西北大学J. Fraser Stoddart是Nature Reviews Physics的共同通讯作者，两篇文章的第一作者均为北京大学已毕业博士辛娜。感谢Mark A. Ratner和Abraham Nitzan在文章撰写过程中的帮助。

链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2451929417303534

链接：https://www.nature.com/articles/s42254-019-0022-x

naoanao

单分子操作技术主要是指应用一定的实验仪器和方法，对单个分子进行操作，它包括原子力显微镜技术、光镊技术、单分子荧光光谱技术等。生命单元的基本功能主要取决于单个大分子，单分子操纵方法在研究单个生物分子的性质上具有直接，准确，实时等独特的优势。

单分子检测技术

近日，北京大学郭雪峰课题组总结了单分子检测技术方面的重大突破，探讨了单分子检测技术的机遇与挑战，基于可靠的GMG-SMJ或SiNW-FET单分子电学检测平台，实现了对化学/生物事件的单分子动态过程的直接、免标签、实时原位测量，为单分子科学技术领域开辟了新的方向。
Yu Li, Chen Yang, Xuefeng Guo.Single-Molecule Electrical Detection: A Promising Route toward the FundamentalLimits of Chemistry and Life Science. Accounts of Chemical Research, 2019.
DOI:10.1021/acs.accounts.9b00347
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00347

jiajie

2019自然科学基金重点项目-单分子化学反应动态过程的原位精准测量
批准号        21933001       
项目负责人        郭雪峰       
依托单位        北京大学
资助金额        300.00万元       
项目类别        重点项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2024 年 12 月 31 日

boing

分子是构成物质世界的基本单元，单分子科学与技术有助于解决物理、化学和生命科学等领域存在的许多关键科学问题，开展相关研究具有重要意义。
        前不久，北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授和南开大学贾传成教授在物理领域顶级期刊《Reports on Progress in Physics》上发表了题为“Single-molecule nano-optoelectronics: Insights from physics” 的长篇综述。该综述从物理学的角度系统地介绍了单分子器件的基本原理、单分子电荷效应、单分子自旋效应、单分子激子效应、单分子振动效应和单分子结构和轨道性质等方面的最新进展、机遇和挑战，展示了单分子光电子器件可为硅基微电子电路的微型化和功能化提供一个潜在的解决方案。这是郭雪峰团队继2019年在《Nature Reviews Physics》发表文章以来再次在物理期刊上发表单分子科学的邀请综述。该工作的共同通讯作者为北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授和南开大学贾传成教授，共同第一作者分别是南开大学博士生李佩慧、周丽和赵璁。
         最近，郭雪峰教授、浙江大学陈洪亮教授和美国西北大学J. Fraser Stoddart教授在《Nature Reviews Materials》上发表了题为“Reactions in single-molecule junctions” 的长篇综述。该综述从方法学的角度系统地归纳总结了不同单分子检测技术（包括单分子荧光光谱技术、单分子拉曼光谱技术、超高真空扫描隧道显微技术、原子力显微技术、基于扫描隧道显微技术的和基于碳基单分子器件的单分子电学检测技术等）的优势和互补性，着重介绍了新兴发展起来的独特的单分子电学检测技术及其在单分子化学反应动力学方面应用的最新进展和机遇，比如电极诱导的反应、环境诱导的反应、电子催化反应和电场催化反应。该方法具有单分子、单化学键、单电子和单光子的极限灵敏度，具有微秒纳秒的时间分辨率，可以捕获系统实验掩盖的中间体，揭示反应过程中物种的变化路径、溶剂效应和同位素效应，实现单分子反应动态过程的可视化，全面统计定量分析反应动力学和热力学的不同参数，为揭示单分子光电转化规律和基元化学反应的本质机理提供可能，发展书本上没有的新化学。该工作的共同通讯作者为北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授、浙江大学陈洪亮教授和美国西北大学J. Fraser Stoddart教授。陈洪亮教授同时为该文章的第一作者。
        这些研究得到了国家自然科学基金委、科技部和北京分子科学国家研究中心的联合资助。
        论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ac7401
        论文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-022-00506-0