复旦大学高分子科学系郭佳

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郭 佳 副教授
上海市杨浦区邯郸路220号 复旦大学高分子科学系
电话：021-51630304
传真：021-65640293
邮箱：guojia@fudan.edu.cn
主页：www.polymer.fudan.edu.cn/polymer/research/wangcc/gj.htm


教育和工作经历
1998-2002 上海大学 高分子学士
2002-2007 复旦大学 高分子博士
2007-2009 日本分子科学研究所 JSPS博士后
2009-2013 复旦大学 讲师
2013-至今        复旦大学        副教授


研究兴趣
共轭微孔聚合物的多尺度制备及其功能化
配位聚合物复合纳米粒子的制备及其功能化
结晶型共价有机框架结构的制备及其功能化


近年代表性论文
Wu KY, Guo Jia*, Wang CC. Gelation of Metalloporphyrin-Based Conjugated Microporous Polymers by Oxidative Homocoupling of Terminal Alkynes, Chem. Mater. 2014, 26 (21), 6241-6250
Guo J, Xu YH, Jin SB, Chen L, Kaj T, Honsho Y, Addicoat MA, Kim J, Saeki A, Ihee A, Seki S, Irle S, Hiramoto M, Gao J, Jiang DL*, Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized π clouds, Nature Communications, 2013, 4: 2736.
Guo J, Yang WL, Wang CC*, Magnetic Colloidal Supraparticles: Design, Fabrication and Biomedical Applications, Advanced Materials, 2013, 25, 5196-5214.
Xu S, Liu J, Li D, Wang LM, Guo J*, Wang CC, Chen CY*, Fe-salphen complexes from intracellular pH-triggered degradation of Fe3O4@Salphen-InIII CPPs for selectively killing cancer cells, Biomaterials, 2014, 35, 1676-1685.
Wu KY, Guo J*, Wang CC, Dispersible and Discrete Metalloporphyrin-Based CMP Nanoparticles Enabling Colorimetric Detection and Quantitation of Gaseous SO2, Chemical Communications, 2014, 50, 695-697.
Xu S, You LJ, Zhang P, Guo J*, Wang CC, Fe3O4@coordination polymer microspheres with self-supported polyoxometalates in shells exhibiting high-performance supercapacitive energy storage, Chemical Communications, 2013, 49, 2427-2429.
Zhang P, Guo J*, Wang CC, Magnetic CMP microspheres: multifunctional poly(phenylene ethynylene) frameworks with covalently built-in Fe3O4 nanocrystals exhibiting pronounced sensitivity for acetaminophen microdetection, Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 21426-21433.
Xu S, Sim CY, Guo J*, Xu K*, Changchun Wang, Biopolymer-directed synthesis of high-surface-area magnetite colloidal nanocrystal clusters for dual drug delivery in prostate cancer, Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 19067-19075.
Ding XS, Guo J, Feng X, Honsho Y, Guo JD, Seki S, Maitarad P, Saeki A, Nagase S, Jiang DL*, Synthesis of Metallophthalocyanine Covalent Organic Frameworks That Exhibit High Carrier Mobility and Photoconductivity, Angew Chem Int Ed, 2011, 50: 1289-1293.

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三元共价有机框架的半导体性质调控及其复合光催化材料的设计
批准号        51973039       
学科分类        光电磁信息功能材料 ( E030901 )
项目负责人        郭佳       
依托单位        复旦大学
资助金额        60.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

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自20世纪50年代首次报道水杨酸的激发态分子内质子转移（Excited state intramolecular proton transfer, ESIPT）以来，ESIPT荧光团已被广泛应用于化学传感和荧光探针。EISPT的过程涉及到分子内氢键相互作用的存在，从而可以在光激发下发生异构，在荧光发射上表现出明显的斯托克斯位移。在某些情况下，这种异构化可以重新构建电子给体-受体体系，改变材料的电子结构，这对于光催化剂来说是一种理想的调控手段，但相关研究鲜有报道。
        二维共价有机框架（2D COFs）是一类多孔有机晶态材料，得益于其可设计的构筑基元以及有序规整的排列方式，COF材料是一个探索光催化材料机理的理想平台。基于分子工程，建立结构与性能的构效关系，研究者们已开发出了一系列光催化性能优异的COF材料。然而，从光物理角度来看，COF框架中相邻构筑基元之间光生电子的转移效率会受到酮烯胺、酰亚胺和1，4-二恶英等非共轭共价键的限制。因此，研究COF的光激发态结构下的电子流向以及电荷再分配具有重要意义。
近日，复旦大学郭佳教授团队以具有ESIPT效应的酮烯胺结构COF为研究对象，通过两项工作分别揭示了激发态COF光催化材料的给体-受体重构机理，以及光激发诱导对称破缺对COF光催化剂电子结构的影响。
         在第一项工作中，作者通过荧光光谱、原位XPS等技术在一系列酮烯胺键连接的COFs中首次证明了ESIPT诱导光异构化现象的发生。在激发态下，COF结点处的酮烯胺结构会发生部分的结构转变，形成由酮烯胺和醇亚胺键混合组成的部分醇化结构。这些光诱导异构体能够展现出一系列优异的光物理性质，如更窄的能带结构、扩展的π电子共轭以及延长的电荷分离寿命。

图1. a.荧光发射光谱 b. ESIPT转变能级示意图 c. 原位XPS

         进一步将不同构筑单元的酮烯胺COF光催化剂进行水中的光催化制氢反应，构效关系的研究结果显示，ESIPT诱导的光异构化局部生成了醇亚胺键连接的支链，其π电子密度相应增加，重构了与酮烯胺键支链的新的供体-受体体系。这种激发态下空间分离的给体-受体对有利于延长电荷分离寿命。当结构中包含亲电性的联吡啶单元时，材料表现出最长的电荷分离态寿命和增强的光催化活性。
        在前一项工作的基础上，作者在框架上引入了强亲电的苯并噻二唑基团，进一步强化了COF体系中ESIPT转变，得到激发态下更加稳定的部分醇化异构体，形成了激发态下的对称破缺结构。通过瞬态吸收光谱，成功观测到了COF体系中的ESIPT转变的动力学过程。这种光激发的对称破缺结构极大地增强了电子-空穴对的分离，并抑制了激子效应的发生。
         为了深入研究ESIPT转变程度对COF光催化活性的影响，作者比较了混合键结构的COF（含有一个亚胺键和两个酮烯胺键）和纯酮烯胺键结构的COF。激发态下混合键结构的COF具有更高的亚胺和烯胺比例，且其光催化活性相比原COF高出了6.1倍。通过DFT理论计算模拟比较了两种材料的电子结构，作者发现高度混合的激发态结构使得光生电子和空穴的质心距离更远，提高了两支链之间传递的光生电子数目，从而能够加速光催化反应进程。
        该系列工作揭示了COF材料中的ESIPT效应，强调了激发态结构调控对抑制激子效应以及提高载流子密度以增强光化学反应活性的重要性，为发展高活性的光催化材料提供了新的设计思路。
         第一项成果近期发表于JACS Au, 2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00554, 复旦大学为唯一完成单位，高分子科学系博士生翁炜竣和博士生林铮为共同第一作者，复旦大学高分子科学系郭佳教授和化学系胡可教授为共同通讯作者。详见：Weijun Weng, Zheng Lin, Hualei Zhang, Fushuang Niu, Changchun Wang, Ke Hu,* and Jia Guo*. Effect of ESIPT-Induced Photoisomerization of Keto−Enamine Linkages on the Photocatalytic Hydrogen Evolution Performance of Covalent Organic Frameworks. JACS Au, 2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00554
         第二项成果近期发表于Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202307138, 复旦大学为唯一完成单位，高分子科学系博士生林铮为第一作者，复旦大学高分子科学系郭佳教授为通讯作者。详见：Zheng Lin, Shujing Liu, Weijun Weng, Changchun Wang and Jia Guo*. Photo-stimulated Covalent Linkage Transformation Isomerizing Covalent Organic Frameworks for Improved Photocatalytic Performances. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202307138