中国科学院化学研究所绿色印刷实验室王健君

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王健君,中国科学院化学研究所研究员。2006年10月在德国美因茨大学获得博士学位。2007年5月起，在德国马普高分子所担任课题组长。2010年2月回中国科学院化学研究所工作,任研究员/课题组长。研究兴趣是控冰高分子材料。近五年控冰高分子材料研究工作的通讯作者论文包括 Adv.Mater.、Angew.Chem.Int.Ed.、PNAS、J.Am.Chem.Soc.、Nat.Commun.、Sci. Adv.等。研究工作受到了国内外同行的重视，得到了2014年美国物理学会三月年会的亮点报道，被认为是该年会最具有市场化潜力的三个成果之一（9000多个报告中选出）,并安排召开了网络新闻发布会。Nature、Nat.Rev.Mater.及英国广播公司（BBC）先后亮点报道了控冰高分子材料的研究成果。

王健君 研究员，博士，博士生导师  
地址：北京市海淀区中关村北一街2号中国科学院化学研究所
邮编：100190
Tel：010-62529284
Fax：010-62529284
Email: wangj220@iccas.ac.cn
2006年10月在德国马普高分子研究所获得博士学位。
2007年5月开始在德国马普高分子所担任课题组长。  
2010年2月参加“引进国外杰出青年人才计划”回中国科学院绿色印刷重点实验室工作，聘为研究员。
在过去几年中，在高分子材料方面展开了系列的研究工作，并取得了一些结果。在《Nature Materials》、《Journal of the American Chemical Society》、《Advanced Materials》、《Physical Review Letters》等重要国际学术期刊上发表了多篇研究论文。回国后开展的防覆冰界面材料的研究已取得了初步进展，在国际知名期刊上已发表近20篇研究论文，并申请了多项国际国内专利。


研究领域
冷凝微米水滴黏附可控表面
冷凝水滴在一些表面上合并后能跳离表面，从而使冷凝水在结冰之前移离表面，实现表面无冰可结。冷凝水跳离材料表面的阻力主要来源于固体表面对水的黏附力，我们通过研究冷凝微米水滴与材料表面的黏附力的作用机理，构筑冷凝水合并后自发弹离表面，使落到或冷凝在该表面上过冷水能在成核变冰之前低能耗或自动移走。
冰黏附可控表面 冰黏附可控表面
当过冷度较大时，如零下40 度或更低的温度，冷表面上结冰不可避免。我们研究冰与基底黏附作用机理，构筑冰黏附可控表面，实现表面上的冰在自重或风力等自然因素的作用下滑落。
仿生防覆冰表面 仿生防覆冰表面
在极地地区和沙漠地区，温度可低达零下50 度甚至更低。但是即使在这种酷寒地区仍然有生命的存在，如极地鱼和生活于我国东北地区的冬尺蛾。我们研究这些生物耐寒机制，并用于防覆冰涂层中。

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中科院化学所王健君研究员在冰晶形成控制领域取得系列进展

冰晶形成机制是大气科学、低温生物学等领域的核心科学问题之一；冰晶的可控形成是表面防覆冰、人工降雨、低温细胞/器官保存等应用领域的关键。尽管对冰晶的形成机制研究已有100多年的历史，但是人们对冰晶形成分子机制的理解不尽如人意。抗冻蛋白（AFPs）是生活在寒冷区域的生物经过长期自然选择进化产生的、可以控制生物体内冰晶形成使生物体免受冰冻伤害的功能性蛋白质。对于抗冻蛋白控冻机制的研究无疑是揭开冰晶形成分子层面机制的切入点。

在国家自然科学基金委和中科院的大力支持下，中科院化学所的王健君研究员课题组根据抗冻蛋白具有截然不同两个面的特性，将抗冻蛋白定向固定于固体基底，选择性地研究了抗冻蛋白两个面对冰核形成的影响；首次发现了抗冻蛋白的不同面对冰核的形成呈现出完全相反的效应，解决了40多年来关于抗冻蛋白是促冰还是抑冰的争议（Proc. Natl. Acad. Sci.USA.2016, 113, 14739）。

图1. 抗冻蛋白的冰结合面 (ice-bindingface)和非冰结合面 (non-ice-binding face)对冰晶形成的“Janus”效应

受抗冻蛋白启发，他们在控制冰晶成核（Sci. Adv. 2016, 2, e1600345; Adv.Mater. 2016, 28, 5008）、修饰冰晶形貌（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 997; J. Am.Chem. Soc. 2017, 139, 12517；）、调控冰晶生长（Proc.Natl. Acad. Sci. USA. 2017, 114, 11285; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11436）和抑制冰重结晶（Nat. Commun.2017, 8,15154; Adv.Mater. 2017, 29, 1606843）等方面仿生制备了一系列控冰材料，并大大增加了对冰晶形成分子机制的理解。

鉴于该课题组在控制冰晶形成方面创新性和系统性的研究工作，最近美国化学会旗下的《Acc. Chem. Res.》期刊邀请他们总结了该领域的现状和存在的问题；特别是他们针对冰晶形成相关问题所采用的研究思路：以自然界能够有效控制冰晶形成的抗冻蛋白为学习对象、以界面水调控为研究核心、揭示冰晶形成的分子机制，并探索系列控冰材料在防覆冰及细胞/器官低温保存等领域的应用。（Acc.Chem.Res. 2018, DOI 10.1021/acs.accounts.7b00528）

图2. 仿生控冰材料可以有效控制冰晶成核、修饰冰晶形貌、调控冰晶生长和抑制冰重结晶。

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报告题目：仿生控冰材料
报 告 人：中国科学院化学研究所王健君研究员
报告时间：2019年1月9日下午15：00 (星期三)
报告地点：吉林大学无机超分子楼一楼圆形报告厅

报告摘要：
结冰现象普遍存在,有时给生产与生活带来极大的不便：降低设备运行效率，造成能源浪费，导致安全隐患甚至灾难性事故等。虽然冰晶的形成与人们日常生活密切相关,但是人们对冰晶形成的分子机制所知甚少。我们从研究沙漠甲虫体内抗冻蛋白的控冰机制出发：1）揭示了抗冻蛋白的对冰晶形成的两面性机制，并提出界面水是控制冰晶形成的关键因素；2） 制备了界面水可调的控制冰晶成核、生长及重结晶的材料，进一步证实了界面水对冰晶形成的重要作用；3）将控冰材料应用于防覆冰、深低温细胞保存等领域。

报告人简介：
2006年10月在德国美因茨大学获得博士学位。2007年5月起，在德国马普高分子所担任课题组长。2010年2月回中国科学院化学研究所工作,任研究员/课题组长。研究兴趣是控冰高分子材料。近五年控冰高分子材料研究工作的通讯作者论文包括 Adv.Mater.、Angew.Chem.Int.Ed.、PNAS、J.Am.Chem.Soc.、Nat.Commun.、Sci. Adv.等。研究工作受到了国内外同行的重视，得到了2014年美国物理学会三月年会的亮点报道，被认为是该年会最具有市场化潜力的三个成果之一（9000多个报告中选出）,并安排召开了网络新闻发布会。Nature、Nat.Rev.Mater.及英国广播公司（BBC）先后亮点报道了控冰高分子材料的研究成果。
代表性论著：
1）S. Wu, C. Zhu, Z. He, H. Xue, Q. Fan, Y. Song, J. S. Francisco, X. Zeng, J. Wang, Nat. Commun., 8, 15154, doi: 10.1038/ncomms15154 (2017), "Ion-specific ice recrystallization provides a facile approach for the fabrication of porous materials"
2）G. Bai, Z. Song, H. Geng, D. Gao, K. Liu, S. Wu, W. Rao, L. Guo, J. Wang, Adv. Mater., doi:10.1002/adma.201606843 (2017), "Oxidized quasi-carbon nitride quantum dots inhibit ice growth"
3）H. Geng, X. Liu, G. Shi, G. Bai, J. Ma, J. Chen, Z. Wu, Y. Song, H. Fang, J. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 56, 997 –1001 (2017), "Graphene oxide restricts growth and recrystallization of ice crystals"
4）Z. He, W. Xie, Z. Liu, G. Liu, Z. Wang, Y. Gao, J. Wang, Sci. Adv., e1600345 (2016), "Tuning ice nucleation with counterions on polyelectrolyte brush surfaces"
5）K. Liu, C. Wang, J. Ma, G. Shi, X. Yao, H. Fang, Y. Song, J. Wang, Proc. Natl Acad. Sci. U. S. A., 113, 14739-14744 (2016), "Janus effect of antifreeze proteins on ice nucleation" 9103-9107.

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　“冰晶形成机制研究与应用”研究成果(第一完成单位：化学研究所；完成人:王健君、周昕、白国英、刘杰、贺志远)荣获北京市科学技术奖自然科学一等奖。该项目利用纳米粒子的边界效应，首次实验测得瞬间存在的纳米临界冰核，证实了百年前吉布斯提出的存在临界冰核的预言，揭示了诱导冰成核的尺寸效应、离子效应、电荷效应的分子机制；实验证明了抗冻蛋白两面性控冰机制，建立了控冰材料界面性质与其控冰性能及效率的相互关系；进一步创制了系列仿抗冻蛋白的高效控冰材料和防覆冰新材料。