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张希,吉林大学校长,清华大学教授。1965年12月出生于辽宁本溪,籍贯湖南长沙,1987年3月加入中国共产党,1992年12月参加工作,理学博士,高分子化学家,中国科学院院士,清华大学化学系教授、博士生导师 ,第八届国家自然科学基金委员会副主任 ,高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)奖励委员会副主任 ,现任吉林大学党委副书记、校长(副部长级)。
张希 院士
技术职称:教授 博士生导师
xi@mail.tsinghua.edu.cn
欢迎访问课题组主页:http://zhangxigroup.com/
教育背景
1982.9 - 1986.7 吉林大学化学系分析化学 理学学士学位
1986.9 - 1989.7 吉林大学化学系高分子化学与物理 理学硕士学位
1989.9 - 1992.12 吉林大学化学系高分子化学与物理 理学博士学位(导师:沈家骢院士、H. Ringsdorf教授)
工作履历
1993.1 - 1994.12 吉林大学超硬材料国家重点实验室 博士后(导师:邹广田院士)
1992.12 - 1994.10 吉林大学化学系 讲师
1994.10 - 2003.12 吉林大学化学系 教授
1996.10 - 2003.12 吉林大学化学系 博士生导师
1999.3 - 教育部“长江学者奖励计划” 特聘教授
1997.5 - 2004.3 超分子结构与材料教育部重点实验室 主任
2004 - 清华大学化学系 教授、博士生导师
2008 - 2014 清华大学化学系 主任
2014.7- 国家自然科学基金委员会 化学部主任
2014.12- 清华大学学术委员会 主任
学术兼职
Langmuir (ACS) 副主编(Senior Editor)
高分子学报 主编
Chemical Communications (RSC) 编委
Chemistry - A European Journal (Wiley-VCH) 编委
Small (Wiley-VCH) 编委
ACS Applied Materials and Interfaces (ACS) 编委
Polymer Chemistry (RSC) 编委
Polymer (Elsevier) 编委
Polymer International (Wiley-VCH) 编委
Advances in Polymer Science (Springer) 编委
Macromolecular Chemistry and Physics (Wiley-VCH) 编委
Macromolecular Rapid Communications (Wiley-VCH) 编委
Polymer Journal (NPG) 编委
中国化学会副理事长
中国化学会高分子学科委员会副主任
环太平洋高分子联合会(Pacific Polymer Federation)主席
研究领域
超分子组装;有序分子薄膜;单分子力谱。
研究概况
超分子聚合新方法
超分子聚合物是一类由单体通过非共价键连接而成的,有别于传统共价键连接的聚合物。由于其具备动态可逆,自修复,易降解等独特的性质,近年来日益引起广泛地关注,并已逐渐发展成为高分子科学的重要分支。我们致力于发展新的超分子聚合驱动力以及可控超分子聚合的新方法。近年来,我们引入主体增强相互作用作为新的聚合推动力,报道了一系列基于葫芦脲 [8] 的超分子聚合物。通过合理并巧妙地设计客体分子结构,例如设计ABBA型单体,引入大位阻连接基元等,有效抑制了二聚和环化效应,成功实现在稀溶液中制备高聚合度的超分子聚合物。在此基础上,我们提出了可控多步自组装的策略实现超分子聚合物的可控制备。例如采用可控自分类识别的方法,实现超分子聚合物分子量的有效调控。同时我们还发展了超分子单体的可控共价聚合的策略,将难以控制的非共价键聚合转换为可控的共价键聚合,从而实现超分子聚合物的可控制备。
自组装的构筑基元:从两亲分子到超两亲分子
超两亲分子是指通过静电相互作用、π-π相互作用、电荷转移相互作用、氢键以及主客体相互作用等非共价键构筑的两亲分子。一些能够在特定条件下进行可逆断裂和形成、与非共价键性质相似的动态共价键,例如亚胺键和二硫键,也可被用于构建超两亲分子。
根据构筑基元结构的不同,超两亲分子的构筑策略可主要分为两类。其一是“创造两亲性”,即通过非共价键或动态共价键将亲水组分和疏水组分直接相连。另一类策略是“调控两亲性”,即通过非共价合成的方法对传统的完全通过共价键构筑的两亲分子进行修饰。
两亲分子的拓扑结构往往决定了其物理化学性质和功能。目前已有多种拓扑结构的超两亲分子被设计并合成出来,其中包括单头单尾型、多头单尾型、单头多尾型、多头多尾型以及 bola 型等。由于非共价合成方法本身固有的简易性,制备某些特定拓扑结构的超两亲分子往往能够比制备同样拓扑结构的传统两亲分子更省工时以及更简单。
得益于非共价键和动态共价键固有的动态性,通过理性设计,向体系中引入对pH、紫外-可见光、竞争性组分、酶以及温度等外界刺激敏感的基团,可以使超两亲分子在特定条件下改变自身的结构和性质,即赋予其刺激响应性能,这也使超两亲分子在智能纳米载体和化学分析等领域具有一定的应用潜力。
从常规的层状组装到非常规的层状组装
尽管基于静电、氢键、配位键等相互作用的层状组装技术(LbL)是构筑层状超分子结构的一种有效方法,但还有许多功能分子无法利用这些常规LbL方法进行组装。我们提出了非常规的层状组装方法来解决这一问题,即先利用体相中的超分子组装使功能分子具有自组装能力,再以溶液中形成的超分子组装体为构筑基元,结合液/固界面的交替沉积的常规LbL方法实现有序层状结构的制备。例如,以嵌段高分子胶束为超分子容器来包覆非水溶性和不带电荷的分子,再以此高分子胶束为构筑基元,实现了不带电荷的疏水功能分子的组装,并在一定条件下可以实现其可控的释放。在此基础上,我们还利用静电复合作用实现了带寡电荷的功能分子组装,并将此概念应用于表面分子印迹领域的研究。应邀,在Chem.Commun.(2007, 1395)上撰写了一篇评述性的文章,比较系统地阐述了交替层状组装技术从常规LbL组装发展到非常规LbL组装的思想、方法、及展望。
界面分子组装与浸润性质的调控
界面分子自组装是构筑具有特异物理化学性质表面的一种有效方法。我们利用聚电解质多层膜具有离子通透性的特点,将静电交替层状组装技术与电化学沉积相结合,建立了一种在聚电解质多层膜修饰的电极表面制备金属微-纳米结构的方法。通过控制电沉积的动力学过程,使得金微-纳米薄膜具有微米级的树枝状分形结构,在经过十二烷基硫醇修饰后,其表现出了超疏水的特性。这种制备超疏水涂层方法的优点之一在于其不依赖于基底的大小和形状。利用这一优点,我们将此超疏水涂层修饰于圆柱状的金丝表面,成功地模拟了其漂浮于气/液表面的减重和减阻性质。另外,我们通过将一些具有刺激响应性的功能分子引入到金表面,成功地制备了表面浸润性质可调控的智能响应表面。
基于超分子相互作用的自组装聚集体
两亲性分子自组装形成不同尺寸和形态的胶束状结构,并可用作制备纳米结构材料的模板或模拟生物矿化过程,但胶束状结构具有本征性的动态和流动性,而实际的应用要求它具有一定程度的工程稳定性。我们提出了通过增强分子间相互作用和温和条件下的聚合两种方法以获得干态条件下稳定的表面胶束,从而为表面图案化和稳定的超分子材料的制备提供新途径。
两亲性是分子自组织的基础之一。如果我们能控制分子的两亲性,就有可能提供调控分子自组装和解组装的方法。我们将光敏基团引入构筑基元的设计,合成与组装了两亲性超分子。基于在溶液中和表面的分子自组织,这些具有光响应基团的两亲性超分子可以自组织形成分子聚集体,通过紫外光等外界条件的改变,可以实现分子两亲性的可逆调控,从而实现对聚集体的形貌结构和性质的调控。基于以上研究成果,我们应邀在Adv. Mater.(2009,21,2849)上发表一篇评述性文章,比较系统地论述了改变分子的两亲性对其形成的聚集体进行结构调控的一些方法,并提出了基于超分子相互作用来构筑“超分子表面活性剂”的思想,从而进一步拓展了可控、可逆的超分子自组装体系的应用范围。
分子内与分子间相互作用的单分子力谱研究
分子内及分子间相互作用是高分子和超分子科学中的基本问题,对其深入的认识可以提供关于分子结构、界面结构、超分子结构及组装推动力方面的重要信息。利用基于原子力显微镜的单分子力谱方法,我们曾研究了一系列聚合物体系,从单分子水平揭示了聚合物力诱导下的构象转变,建立了力谱特征与界面吸附结构间的关联,直接测量了一些体系的界面吸附能或分子间相互作用力,为认识界面结构和分子组装推动力提供了依据。近来,为实现分子间相互作用力的直接测量,我们以柔性高分子PEG为间隔基,将构筑基元通过此间隔基化学修饰于AFM的针尖,将另一相互作用的基元修饰于基底。利用此方法,我们直接测量了芘与石墨基底之间的π-π相互作用约为55 pN,而且实验表明此相互作用不具有明显的速度依赖性。类似的方法还可用于研究树枝状分子之间的相互作用、小分子与DNA间的嵌入作用等,从而可能有助于揭示分子识别和分子组装的本质。
奖励与荣誉
1994 入选原国家教委“优秀跨世纪人才计划”
1994 霍英东青年基金
1997 国家自然科学基金委“杰出青年基金”
1997 宝钢教育基金会“优秀教师特等奖”
1997 中国化学会“青年化学奖”
1997 入选国家人事部“百千万人才工程”
1998 香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”
1998 吉林省“十大杰出青年”
2001 全国师德先进个人
2004 国家自然科学二等奖(第二获奖人)
2004 科技部“973”计划先进个人
2004 北京市茅以升青年科技奖
2005 中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖
2006 中国青年科技奖
2007 中国科学院院士
2008 英国皇家化学会(RSC) Fellow
2009 中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖
2010 中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖
2013 日本东京大学工学部Fellow
2013 香港浸会大学杰出客座教授
学术成果
发表论文:
1. Supramolecular Polymers: Historical Development, Preparation, Characterization and Functions, Liulin Yang, Xinxin Tan, Zhiqiang Wang and Xi Zhang, Chem. Rev., 2015, 115, 7196-7239.
2. Self-assembling 1D core/shell microrods by the introduction of additives: a one-pot and shell-tunable method, Jun Xu, Hongde Yu, Liulin Yang, Guanglu Wu, Zhiqiang Wang, Dong Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 4907-4911.
3. Supramolecular Free Radicals: Near-infrared Organic Materials with Enhanced Photothermal Conversion, Yang Jiao, Kai Liu, Guangtong Wang, Yapei Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 3975-3980.
4. A Supramolecular Strategy for Tuning the Energy Level of Naphthalenediimide: Promoted Formation of Radical Anions with Extraordinary Stability, Qiao Song, Fei Li, Zhiqiang Wang and Xi Zhang, Chem. Sci., 2015, 6, 3342-3346.
5. Controlling the self-assembly of cationic bolaamphiphiles: hydrotropic counteranions determine aggregated structures, Guanglu Wu, Joice Thomas, Mario Smet, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang, Chem. Sci., 2014, 5, 3267-3274.
6. Supramolecular chemistry at interfaces: host–guest interactions for fabricating multifunctional biointerfaces
Hui Yang, Bin Yuan, and Xi Zhang, Oren A. Scherman
Acc. Chem. Res., 2014, 47, 2106-2115.
7. Supramolecular polymerization promoted and controlled through self-sorting
Zehuan Huang, Liulin Yang, Yiliu Liu, Zhiqiang Wang, Oren A. Scherman, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5351-5355.
8. Reversible and adaptive functional supramolecular materials: “noncovalent interaction” matters
Kai Liu, Yuetong Kang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Adv.Mater., 2013, 25, 5530-5548.
9. Supramolecular photosensitizers with enhanced antibacterial efficiency
Kai Liu, Yiliu Liu, Yuxing Yao, Huanxiang Yuan, Shu Wang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 8285–8289.
10. A new dynamic covalent bond of Se-N: towards controlled self-assembly and disassembly
Yu Yi, Huaping Xu, Lu Wang, Wei Cao, and Xi Zhang
Chem. Eur. J., 2013, 19, 9506-9510.
11. Characterization of supramolecular polymers
Yiliu Liu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 5922-5932.
12. Generation of 2D Organic Microsheets from Protonated Melamine Derivatives: Suppression of the Self Assembly of a Particular Dimension by Introduction of Alkyl Chains
Jun Xu, Guanglu Wu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Chem. Sci ., 2012, 3, 3227-3230.
13. Amphiphilic Building Blocks for Self-Assembly: From Amphiphiles to Supra-amphiphiles
Chao Wang, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Acc. Chem. Res., 2012, 45, 608-618.
14. Supramolecular amphiphiles. Xi Zhang, and Chao Wang. Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 94-101.
15. Superamphiphiles Based on Directional Charge-Transfer Interactions: From Supramolecular Engineering to Well-Defined Nanostructures
Kai Liu, Chao Wang, Zhibo Li, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 4952-4956.
16. Extracting a Single Polyethylene Oxide Chain from a Single Crystal by a Combination of Atomic Force Microscopy Imaging and Single-Molecule Force Spectroscopy: Toward the Investigation of Molecular Interactions in Their Condensed States
Kai Liu, Yu Song, Wei Feng, Ningning Liu, Wenke Zhang, and Xi Zhang
J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 3226-3229
17. An Enzyme-Responsive Polymeric Superamphiphile
Chao Wang, Qishui Chen, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 8612-8615
18. Water-soluble supramolecular polymerization driven by multiple host-stabilized charge-transfer interactions
Yiliu Liu, Ying Yu, Jian Gao, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 6576-6579
19. Supramolecular amphiphiles based on water-soluble charge transfer complex: fabrication of ultra-long nanofiber with tunable straightness
Chao Wang, Yinsheng Guo, Yapei Wang, Huaping Xu, Ruji Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 8962-8965.
20. Tuning the amphiphilicity of building blocks: controlled self-assembly and disassembly for functional supramolecular materials
Yapei Wang, Huaping Xu, and Xi Zhang
Adv. Mater., 2009, 21, 2849-2864.
21. Controlled self-assembly manipulated by charge transfer interaction: from tubes to vesicles
Chao Wang, Shouchun Yin, Senlin Chen, Huaping Xu, Zhiqiang Wang, and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9049-9052.
22. Tuning surface wettability through photocontrolled reversible molecular shuttle
Pengbo Wan, Yugui Jiang, Yapei Wang, Zhiqiang Wang, Xi Zhang
Chem. Commun., 2008, 44, 5710-5712.
23. Towards understanding why a superhydrophobic coating is needed by water striders
Feng Shi, Jia Niu, Jianlin Liu, Fang Liu, Zhiqiang Wang, Xiqiao Feng and Xi Zhang
Adv. Mater., 2007, 19, 2257-2261
24. Photo-controlled reversible supramolecular assembly of an azobenzene-containing surfactant with α-cyclodextrin
Yapei Wang, Ning Ma, Zhiqiang Wang and Xi Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 2823-2826.
25. The introduction pi-pi stacking moieties for fabricating stable micellarstructure: formation and dynamics of disklikemicelles
Bo Song, Zhiqiang Wang, Senlin Chen, Xi Zhang, Yu Fu, Mario Smet and Wim Dehaen Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 4731-4735.
26. Combining a layer-by-layer assembling technique with electrochemical deposition of gold aggregates to mimic the legs of water striders
Feng Shi, Zhiqiang Wang and Xi Zhang
Adv. Mater., 2005, 17, 1005-1009.
27. Polyelectrolyte multilayer as matrix for electrochemical deposition of gold clusters: toward super-hydrophobic surface
Xi Zhang, Feng Shi, Xi Yu, Huan Liu, Yu Fu, Zhiqiang Wang, Lei Jiang and Xiaoyuan Li
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 3064-3065.
28. In situ gamma ray-initiated polymerization to stabilize surface Micelles
Xi Zhang, Mingfeng Wang, Tao Wu, Shichun Jiang and Zhiqiang Wang
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 6572-6573.
29. Highly efficient dendrimer-based mimic of glutathione peroxidase
Xi Zhang, Huaping Xu, Zeyuan Dong, Yapei Wang, Junqiu Liu and Jiacong Shen
J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 10556-10557.
30. Single molecule mechanochemistry of macromolecules. Wenke Zhang and Xi Zhang. Progress in Polymer Science, 2003, 28, 1271-1295.
31. Simple method to isolate single polymer chains for the direct measurement of the desorption force. Shuxun Cui, Chuanjun Liu and Xi Zhang. Nano Letters, 2003, 3, 245-248.
32. Force spectroscopy study on poly(acrylamide) derivatives: effects of substitutes and buffers on single-chain elasticity. Chi Wang, Weiqing Shi, Wenke Zhang, Xi Zhang, Yukiteru Katsumoto and Yukihiro Ozaki. Nano Letters, 2002, 2, 1169-1172.
33. Supramolecular chemistry: functional structures on the mesoscale. Son Bin, T Nguyen, Douglas L. Gin, Joseph T. Hupp and Xi Zhang. Prog. Natl. Acad. Sci. USA (PNAS), 2001, 98, 11849-11850.
34. Hydrogen bonding governs the elastic properties of poly(vinyl alcohol) in water:single-molecule force spectroscopic studies of PVA by AFM. Hongbin Li, Wenke Zhang, Weiqing Xu and Xi Zhang. Macromolecules, 2000, 33, 465-469.
35. Fabrication of a covalently attached multilayer via photolysis of layer-by-layer self-assembled film containing diazo-resins. Junqi Sun, Tao Wu, Yipeng Sun, Zhiqiang Wang, Xi Zhang, Jiacong Shen and Weixiao Cao. Chem. Commun., 1998, 1853-1854.
36. Self-assembled ultrathin films: from layered nanoarchitectures to functional assemblies. Xi Zhang, Jiacong Shen. Adv. Mater., 1999, 11, 1139-1143.
37. A new approach for fabrication of a self-organizing film of heterostructured polymer/Cu2S Nanoparticles. Huiming Xiong, Minghua Chen, Zhen Zhou, Xi Zhang, and Jiacong Shen. Adv. Mater., 1998, 10, 529-534.
38. A new approach for the fabrication of an alternating multilayer film of poly(4-vinylpyridine) and poly(acrylic acid) based on hydrogen bonding. Liyan Wang, Zhiqiang Wang, Xi Zhang, Jiacong Shen, Lifeng Chi, and Harald Fuchs. Macromol. Rapid Commun., 1997, 18, 509-514.
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