北京航空航天大学化学与环境学院刘明杰

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刘明杰，博士，博士生导师，北京航空航天大学化学学院教授。国家杰出青年科学基金获得者。先后获国际仿生工程学会杰出青年奖，纳米化学新锐奖，日本理化学研究所研究创新奖等。主要从事仿生高分子复合凝胶的研究，提出基于多相协同与有序结构的高分子网络设计理念，构筑了复杂环境下高力学性能弹性体材料，并开展了其在软体机器人、可穿戴设备及减阻降噪等领域的应用探索。近年来在Nature, Nat. Rev. Mater., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等共发表SCI论文80余篇，SCI总引用4000余次。这些成果被Nature, Physics Today等期刊以News & Views专栏评述报道，同时得到ScienceDaily，AAAS，Nanowerk，PHYS ORG，Yahoo News等专业机构及几十家网络媒体追踪报道等众多网络媒体追踪报道。



姓名：刘明杰
职称：教授联系电话：010-82318888
电子邮箱：liumj@buaa.edu.cn; liumj@iccas.ac.cn
办公地址：
教育背景
2001.9-2005.7     北京化工大学 应用化学系 大学本科
2005.9-2010.7     中国科学院国家纳米科学中心 博士研究生
工作履历
2010.9-2015.2    日本理化学研究所（RIKEN） 博士后
2015. 3-至今      北京航空航天大学化学与环境学院 教授
奖励与荣誉
2010年 中科院院长优秀奖
2014年 日本理化学研究所研究创新奖（RIKEN CEMS Award）
2015年 入选北京航空航天大学卓越百人教授
2016年 中国化学会-Wiley 纳米化学新锐奖
研究领域
仿生高分子凝胶材料，人造肌肉及软骨，海洋防污涂层
学术成果
至今在国际著名学术期刊如 《Nature》, 《Nature Materials》 《Nature Communications》, 《Angew. Chem. Int. Ed.》, 《J. Am. Chem. Soc. 》, 《Adv. Mater.》 等上发表论文40余篇，获邀为国际著名学术刊物《Acc. Chem. Res.》撰写综述1篇，总引用2500余次。申请专利3项，已授权3项。 作为客座编辑在国际知名学术期刊Small上组织超浸润专刊。这些成果被《Nature》, 《Physics Today》等期刊以New & View专栏评述报道，同时得到ScienceDaily，AAAS，Nanowerk，PHYS ORG，Yahoo News等专业机构及几十家网络媒体追踪报道。
(1) Mingjie Liu, Yasuhiro Ishida, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Takaaki Hikima, Masaki Takata & Takuzo Aida* 
An anisotropic hydrogel with electrostatic repulsion between cofacially aligned nanosheets. Nature 2015, 517, 68-72.
(2) Mingjie Liu, Yasuhiro Ishida, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki & Takuzo Aida* Photolatently modulable hydrogels using unilamellar titania nanosheets as photocatalytic crosslinkers. Nature Communications 2013, 4:2029.

(3) Youn Soo Kim, Mingjie Liu, Yasuhiro Ishida*, Yasuo Ebina, Minoru Osada, Takayoshi Sasaki, Takaaki Hikima, Masaki Takata and Takuzo Aida* Thermoresponsive actuation enabled by permittivity switching in an electrostatically anisotropic hydrogel Nature Materials 2015, 10, 1002-1007
(4) Pengchao Zhang, Feilong Zhang, Chuangqi Zhao, Shutao Wang, Mingjie Liu,* and Lei Jiang*
Superspreading on Immersed Gel Surfaces for the Confined Synthesis of Thin Polymer Films. Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 3615-3619
(5) Xi Yao, Lie Chen, Jie Ju, Changhua Li, Ye Tian, Lei Jiang, and Mingjie Liu* Superhydrophobic Diffusion Barriers for Hydrogels via Confined Interfacial Modification. Adv. Mater. 2016,28, 7383-7389.
(6) Dongmian Zang, Hui Yi, Zhandong Gu, Lie Chen, Dong Han, Xinglin Guo, Shutao Wang, Mingjie Liu* and Lei Jiang Interfacial Engineering of Hierarchically Porous NiTi/Hydrogels Nanocomposites with Exceptional Anti-biofouling Surfaces
 Adv. Mater. 2017, 29, 1602869.
(7) Pengchao Zhang, Ling Lin, Dongmian Zang, Xinglin Guo, and Mingjie Liu*
Designing Bioinspired Anti-Biofouling Surfaces based on a Superwettability Strategy
Small, 2016, DOI: 10.1002/smll.201503334.
(8) Mingjie Liu, Yongmei Zheng, Jin Zhai, and Lei Jiang*
Bio-inspired superantiwetting interfaces with special liquid-solid adhesion. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 368-377.
(9) Mingjie Liu, Zhongxin Xue, Huan Liu, and Lei Jiang*,
Surface Wetting in Liquid-Liquid-Solid Triphase Systems: Solid-Phase-Independent Transition at the Liquid-Liquid Interface by Lewis Acid-Base Interactions.
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8348-8351.
(10) Mingjie Liu, Shutao Wang, Zhixiang Wei, Yanlin Song, and Lei Jiang* Bio-inspired design of a superoleophobic and low adhesive water/solid interface. Adv. Mater. 2009, 21, 665-669.

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自修复或者自愈合水凝胶材料在一些领域中具有特殊的应用价值，比如电极材料、传感器以及可穿戴装置等。目前通过在水凝胶材料中引入非共价交联或者动态共价键是一种获得具有自修复性质水凝胶的有效方法。

北京航空航天大学的刘明杰教授课题组在Angew. Chem.上发表了题为“Anti-freezing, Conductive Self-healing Organohydrogels with Stable Strain-Sensitivity at Subzero Temperatures”的文章。他们发展了一种抗冻导电油水凝胶体系，而且水凝胶具有良好的自愈合性质。利用PVA以及导电聚合物PEDOT: PSS在H2O/EG二元溶剂体系中即可得到该水凝胶材料，其中EG能够产生氢键和致密结晶畴并赋予水凝胶材料比较高的机械强度。值得注意的是，氢键和结晶区的物理交联使得该种水凝胶具有热塑性和自愈性。结合上述性质，该种水凝胶有望在柔性电极、传感器和可穿戴装置等领域中得到应用。

自修复水凝胶的组成和制备方法示意图

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北京航空航天大学的刘明杰教授和刘克松教授（共同通讯作者）报道了在凝胶形成过程中直接在相容性聚合物扩散层中构建微纳米结构水凝胶表面的一般策略，其依赖于聚合物链扩散和随后的冷冻诱导凝胶化和微相分离的相互作用。所提出的方法利用两个可混溶聚合物的界面，其中一个需要进行凝胶化过程。这一策略是通过两个连续的过程来实现的，即扩散驱动混合过程，然后是冷冻诱导凝胶化和微相分离的过程。前者形成扩散层，而后者在扩散层中产生结构。凝胶化与微相分离结合，最终决定了凝胶表面上的微/纳米结构。同时，水凝胶表面的梯度结构和图案的表面结构可通过控制凝胶化温度和扩散区域来控制。相关成果以Diffusion–Freezing‐Induced Microphase Separation for Constructing Large‐Area Multiscale Structures on Hydrogel Surfaces为题发表在国际著名期刊Adv. Mater. 上。

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报告人：刘明杰
报告人单位：北京航空航天大学
报告地点：东北师范大学化三教室
报告时间：9月23日（星期一） 下午2:00
举办单位：吉林省先进能源材料重点实验室
报告人简介：
刘明杰，博士，博士生导师，北京航空航天大学化学学院教授。国家杰出青年科学基金获得者。先后获国际仿生工程学会杰出青年奖，纳米化学新锐奖，日本理化学研究所研究创新奖等。主要从事仿生高分子复合凝胶的研究，提出基于多相协同与有序结构的高分子网络设计理念，构筑了复杂环境下高力学性能弹性体材料，并开展了其在软体机器人、可穿戴设备及减阻降噪等领域的应用探索。近年来在Nature, Nat. Rev. Mater., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等共发表SCI论文80余篇，SCI总引用4000余次。这些成果被Nature, Physics Today等期刊以News & Views专栏评述报道，同时得到ScienceDaily，AAAS，Nanowerk，PHYS ORG，Yahoo News等专业机构及几十家网络媒体追踪报道等众多网络媒体追踪报道。


报告摘要：
自然界中的生物凝胶利用多组分生物大分子的协同作用实现多种生命学功能。聚合物的多组分复合已经成为发展高性能高分子水凝胶的一种卓有成效的途径。我们围绕“凝胶网络中不相容高分子体系的可控微相分离与结构取向” 设计制备了一系列功能力学一体化凝胶材料：（1）提出亲水/亲油高分子协同网络的设计理念，利用分步互穿技术构筑了均匀稳定异质网络，制备了自适应性且极端温度下力学性能稳定的油水凝胶。（2）利用界面接枝与界面聚合，构筑了微观界面牢固的异相高分子复合网络，制备了可控微相分离结构的油水凝胶，并实现了其响应性及功能化。（3）利用强磁场诱导高分子网络中掺杂的纳米片层层取向，实现了水凝胶力学及光学性能的各向异性调控；进而发展了一种取向纳米片的普适性方法，实现了高强度层状结构水凝胶的大面积可控制备。

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在自然界中，表面润湿性对生物有机体在严苛环境中的生存至关重要。例如，经过进化的荷叶超疏水表面赋予了它自我清洁的能力，潜水钟蜘蛛依靠它的疏水毛发捕捉气泡来进行水下呼吸。在多相催化领域，催化剂的表面浸润性对催化性能同样具有极大的影响。利用催化剂的表面润湿性来调节反应底物和催化位点之间的相互作用可以提供不同的反应活性或选择性。

       水凝胶是一类可保持大量水溶剂的三维网络结构。近年来，基于水凝胶为载体的多相催化剂已被广泛应用于催化各类有机反应。由于凝胶结构介于固体和液体之间，使其在催化过程中兼具均相催化和多相催化的特点。然而，由于传统水凝胶结构一般由单一的亲水高分子网络构成，对于疏水性有机反应底物的亲和力极弱，这往往限制了催化剂的催化效率和应用范围。
       北京航空航天大学刘明杰教授课题组通过表面接枝的方式对亲水性微凝胶进行疏水化改性，制备得到了一系列具有不同润湿性的微凝胶材料，然后以微凝胶作为载体通过原位还原的方式负载贵金属Pd纳米粒子制备得到了凝胶-金属纳米粒子催化剂并考察了其在加氢反应中的催化性能。结果显示，经过疏水化修饰的两亲性微凝胶基催化剂的催化效率是单一亲水性微凝胶基催化剂的4.5倍。通过对催化剂在水下气泡与油滴的粘附行为并结合DFT理论计算研究发现，两亲性催化剂由于具有亲水-亲油的异质结构的存在，可以形成固-液-气三相反应界面，这是相比单一亲水催化剂，其催化活性显著提高的根本所在。本项研究为多相催化剂的设计制备提供了一个新的视角，即可以通过对催化剂表面浸润性合理的设计，可以实现催化剂的高效催化活性。
       文章信息：
       Minghui Zhang, Tianyi Zhao*, Cunming Yu, Qian Liu, Guangyan Wang, Hui Yang, Ming Yang, Lei Jiang & Mingjie Liu*. Amphiphilic Pd@micro-organohydrogels with controlled wettability for enhancing gas-liquid-solid triphasic catalytic performance. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3520-y.

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根据《中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖条例》，经组织同行专家评议、中国化学会奖励工作委员会决议，学院刘明杰教授因为提出并利用高分子限域新技术制备系列高力学性能弹性体及纳米复合材料，被授予“第八届中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖”
        刘明杰教授作为高分子科学领域的知名学者，主要从事仿生功能力学高分子材料研究，通过纳米限域空间内高分子聚合、结晶及链运动调控，制备了一系列高力学性能弹性体及纳米复合材料。创新性的提出了基于流体超铺展组装策略的高强韧仿生层状纳米复合材料规模化制备新技术，并揭示了无机纳米限域空间内高分子界面层的临界尺寸效应是导致超高力学性能的科学机理，该工作为仿生材料的结构设计及大规模生产提供了新的解决途径。模仿肌肉组织，利用高分子网络的软受限效应对多元凝胶相行为及力学性能进行调控，制备了油水凝胶互穿网络，实现了宽温域下高强韧、高阻尼、形状可编辑等特性，并应用于减振减阻、柔性传感、自适应软体机器人等领域。
        中国化学会与英国皇家化学会于2007年共同设立“中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖”，表彰年龄40周岁以下，在化学基础研究、应用基础研究和应用研究诸领域取得突破性、原创性或重要创新性的优秀青年科学家。奖励每两年为一届，每届奖励不超过4人。截止至2021年共授予32位获奖者。