主要研究方向:
理論化學、計算化學、計算材料學、計算生物學、理論催化
承擔科研項目情況:
1、2013年1月-2017年12月 國家自然科學基金面上項目:關于金屬/金屬氧化物納米材料在水解氫氣反應中原理和作用的理論研究, 78 萬 項目負責人
2、2012年1月-2017年1月 中國科學院知識工程創新領域前沿項目:納米材料表面水及溶液的行為特征及其對材料在物理、化學和生物過程中作用的理論性研究 所科研啟動基金,70 萬 項目負責人
3、2013年9月-2015年8月 上海市浦江人才項目:水-金屬氧化物界面物理化學性質的理論性研究
4、2013年1月-2015年12月 中國科學院**計劃
5、水-固界面作用新機制的理論研究 2015 面上項目
主要學術成就、科技成果及創新點:
從事10 余年理論與計算化學工作,在研究納米材料、化學反應機 理和材料自組裝及表面性質方面具有豐富的實踐經驗。
近年來,金屬納米團簇由于其在生物醫藥、新能源、環境保護等方面的廣泛應用而逐漸成為研究熱點。目前大量實驗結果層出不窮,但是其相應的理論發展嚴重 滯后于實驗,特別是對團簇構成、尺寸大小、結構性質、生長過程及功能之間相互 關系的理論機制仍不明晰,成為制約該領域快速發展的瓶頸。高嶷的研究工作正是著眼于這一點,以熱門的金團簇作為研究重心和模板,通過理論模擬系統研 究其團簇從小到大的生長規律,尋找具有高對稱性及穩定性的納米團簇,并進而 研究其物理化學性質、結構及功能之間的相互關系,從而一方面為實現納米團簇 的可控合成與生長提供理論支持,另一方面也為改進現有的納米體系尋找新的思路。在過去數年中,(1)總結了如何構造具有高對稱性及穩定性團簇的基 本規律,并且理論設計了數個有應用價值的穩定的團簇備選體系:如可用于輸送 藥物分子的正二十面體Au 42 殼層超分子結構(J. Am. Chem. Soc., 2005),具有可調電 子結構性質的Zr@Au 14 超原子體系(J. Am. Chem. Soc., 2005),具有正二十面體結 構的低成本合金催化劑Au 43 Cu 12 (Nano Lett.,2010)等。(2)成功運用理論模擬工具 系統研究了一系列金及其合金團簇的結構演化規律,并進而運用密度泛函方法研 究了團簇催化性能的演化規律,為尋找最佳的納米催化體系提供了理論依據。如系統研究了Au 16 -Au 35 陰離子團簇的結構位點與催化性能之間的關系,理論 解釋了金納米催化劑催化機制的演變過程(ACS Nano,2011),為解決燃料電池 中去除 CO 雜質的難題提供了理論模板。(3)總結了有機配體在金屬團簇 表面的自組裝規律,為可控合成高對稱性的金屬團簇結構提供了初步的理論機制。 如 Reimer 在 2010 的 J. Am. Chem. Soc.上提到申請人 2008 年的工作時指出 “Significant insight into the valence rules used to predict superatom-shell filling is provided by the optimized structure of Gao et al.’s Au 104 (RS) 46 structure (高嶷等的 Au 104 (RS) 46 結構在根據價鍵規則預測超原子結構顯示了驚人洞察力)”。 (4)積極與實驗小組合作,研究了水及有機分子的自組裝結構,有力的支 持了實驗結果。相關工作發表在J. Am. Chem. Soc.(2005)、J. Phys. Chem. C(2010)、 J. Am. Chem. Soc. (2011)、Nature Comm.(2012)等雜志上。
至今,共發表學術論文49 篇,其中SCI 論文47 篇,包括J. Am. Chem. Soc.9 篇, Nano Lett 1 篇, ACS Nano 4 篇, Acc. Chem. Res.1 篇,Nature Comm.1 篇, 總引用超過840 次,H 因子18。
這些研究工作對于今后研究納米團簇-基底表面水的性質行為及其在表面催化反應的作用等方面提供了寶貴的經驗。同時,在水科學研究室工作,可 以充分利用水科學研究室在過去數年內積累的在水研究方面的寶貴經驗,結合組內太赫茲等實驗儀器,并且加強和所內生物物理及核能方向的合作,促進國際合 作,把水研究進一步推向深入。
發表論文:
1、 第一作者及 通訊作者 [CTi7 2+ ]: Heptacoordinate Carbon Motif? J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2264
2、 第一作者 Catalytic Activities of Subnanometer Gold Clusters (Au16-Au18 , Au20 and Au27-Au35) for CO Oxidation. ACS Nano 2011, 5, 7818
3、第一作者 Icosahedral Crown Gold Nanocluster Au43Cu12 with High Catalytic Activities Nano Letters 2010, 10, 1055
4、第一作者及 通訊作者 Reexamine Low-Energy Structures of Au4-and Au4 J. Theor. Comput. Chem 2010, 9, 1
5、第一作者 Detecting Weak Interactions between Au-and Gas Molecules: A Photoelectron Spectroscopic and Ab Initio Study J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9484
6、第一作者 Ab initio study of thiolate-protected Au102 nanocluster ACS Nano 2008, 2,1497
7、 第一作者 Effective CO oxidation on endohedral gold-cage nanoclusters J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8234
8、 第一作者 Medium-Sized Double Magic Metal Clusters: Al@Cu54‾ and Al@Ag54‾ J. Chem. Phys. 2008, 129, 084703
9、 第一作者 Gold-caged metal clusters with large HOMO-LUMO gap and high electron affinity. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15680.
10、 第一作者 Au 42 : An alternative icosahedral golden fullerene cage. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3898
11、 第一作者 Ab initio study of hydrogen adsorption on benzenoid linkers in metal-organic framework materials J. Phys.: Conden. Matt. 2007, 19, 386220
12、Interplay between Water and TiO2 Anatase (101) Surface with subsurface Oxygen Vacancy
13、CO Oxidation on TiO2(110) Supported Subnanometer Gold Clusters: Size and Shape Effects.
14、非第一作者 Self-assembling Subnanometer Pores with Unusual Mass-Transport Properties. Nature Comm. 2012, 3, 949
15、非第一作者 Interlocked Catenane-Like Structure Predicted in Au24(SR)20: Implication to Structural Evolution of Thiolated Gold Clusters from Homoleptic Gold(I) Thiolates to Core-Stacked Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3015
16、非第一作者 Edge-decorated Graphene Nanoribbons by Scandium as Hydrogen Storage Media. Nanoscale 2012, 4, 915
17、非第一作者 Silicon-Containging Multidecker Organometallic Complexes and Nanowires: A Density Functional Theory Study J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 151
18、非第一作者 Strong Aggregation and Directional Assembly of Aromatic Oligoamide macrocycles. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18590
19、非第一作者 Covalent Reinforcement of Hydrogen-Bonded Discs into Stably Folded Helical Structures. Org. Lett. 2011, 13, 4008
20、非第一作者 Excitations of Precursor Molecules by Different Laser Powers in Laser-Assisted Growth of Diamond Films. Cryst. Growth & Design 2010, 10, 4928
21、非第一作者 Self-Assembly and Properties of Nonmetalated Tetraphenyl-Prophyrin on Metal Substrates. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9408
22、非第一作者 Probing the Structure Evolution of Medium-Sized Gold Clusters: Aun- (n=27to35). J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6596
23、非第一作者 Investigating Active Site of Gold Nanoparticle Au55(PPh3) 12 Cl6in Selective Oxidation. ACS Nano 2010, 4, 2009
24、非第一作者 Patterned Hydrogenation of Graphene: Magnetic Quantum Dot Array J. Phys. Chem. C 2010, 114, 139
25、非第一作者 Thiolate-Protected Au20 (SR)16 Cluster: Prolate Au8 Core with New [Au3 (SR)4 ] Staple Motif J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13619
26、非第一作者 Search for Lowest-Energy Nonclassical Fullerene III: C22 J. Phys. Chem. A 2009, 113, 8839
27、非第一作者 Materials Design of Half Metallic Graphene and Graphene Nanoribbons Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 223111
28、非第一作者 Ab Initio Study of Structural and Magnetic Properties of TMn(ferrocene)n+1 (TM = Sc, Ti, V, Mn) Sandwich Clusters and Nanowires (n = infinity) ACS Nano 2009, 3, 537
29、非第一作者 Onset of Double Helical Structure in Small-Sized Homoleptic Gold Thiolate Clusters J. Phys. Chem. A 2009, 113, 629
30、非第一作者 Theoretical Optical Absorption and Photoelectron Spectra of Small Endohedral Gold Clusters J. Comp. Theo. Nanosci. 2009, 6, 359
31、非第一作者 Structural Prediction of Thiolate-Protected Au38 : A face-Fused Bi-icosahedral Au Core J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7830
32、非第一作者 Theoretical Analysis of Secondary Structures of α-aminosy peptides and β-peptides Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1418
33、非第一作者 Hydrogen storage on Li-dispersed boron carbide nanotube array J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8458
34、非第一作者 Correlation effects and electronic structure of Gd@C60 J. Phys: Conden. Matt. 2007, 19, 082201
35、非第一作者 Search for Lowest-Energy Fullerenes 2: C38 to C80 and C112 to C120 J. Phys. Chem. C 2007, 111, 17671
36、非第一作者 Exohedral silicon fullerene: Si N Ptn/2 (20 ≤ N ≤ 60) J. Chem. Phys. 2007, 127, 044704