中国科学院率先行动百人计划青年俊才（C类）候选人

《中国科学院率先行动百人计划青年俊才（C类）候选人》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国科学院率先行动百人计划青年俊才（C类）候选人（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、中国科学院 率先行动 “百人计划 ” 青年俊才 （ C 类） 候选人备案表 单位 名称： 中国 科学院 金属研究所 联系人： 刘宇翔 联系电话： 024-23971503 电子邮件： 候选人姓名 张莉莉 性别 女 出生 年月 1985 年 10 月 年龄 32 证件名称 身份证 证件号码 220681198510030161 联系电话 0045-52696573 电子邮件 全职 到岗 工作时间 2017 年 9 月 执行年限 2017 年 9 月至 2022 年 8 月 获博士学位单位 中文 中国 科学院 金属研究所 博士学位专业 中文 材料学 获博士学 位 国别 中国 英文 Institu

2、te of Metal Research, Chinese Academy of Sciences 英文 Materials Science 获博士学 位 时间 2014年 7月 招聘前工作单位 中文 丹麦 技术大学 招聘前 岗位 中文 博士后 英文 Technical University of Denmark 英文 Postdoc 招聘岗位 项目研究员 学习 、 工作经历 起止时间 学习 、 工作单位 职务 2004.09-2008.07 湖南大学 本科生 2008.09-2014.07 中国科学院 金属研究所 博士研究生 2014.08-至今 丹麦 技术大学 / Technical Un

3、iversity of Denmark 博士后 /postdoc 学习、 工作经历不连续的原因 无。 主要学术成果 （列举 1-3 项具有突出创新思想的研究成果，可扩展） 申请人主要从事纳米碳材料的可控制备及其 生长 机理的原位 透射电镜 研究。单壁碳纳米管具有纳米尺度 直径和大长径比 、 可调的 带隙、 高载流子迁移率等 独特 结构和性能特点，因而被认为是构建纳电子器件和光电子器件的理想材料。然而通常制备得到的样品 均为 不同 原子 结构和导电属性 碳纳米管 的混合体，这极大地限制了其在 电子器件中 的实际应用。因此，发展可控生长单壁碳纳米管的有效方法，深入理解相关控制生长机理对碳纳米管的基

4、础研究和 实际 应用具有重要意义。 针对以上问题 ，申请人 利用 化学气相沉积（ CVD）法和原位透射电子显微镜（ TEM）研究平台 ，以设计 调控催化剂 的组分、结构、 状态 等为 出发点， 结合 生长 动力学 因素 的调节 ， 揭示了催化剂形核碳纳米管的活性及碳纳 米管生长终结的机制，提出了碳纳米管连续生长的必要条件；首次实现 了 利用 非金属 催化剂可控 制备金属性 及 半导体性单壁 碳纳米管 ； 原位调控贵金属 Pt 在 氧化镁载体上的原子排列 ， 制备得到 了 新 型 单原子层量子点，及其与 石墨烯 量子点 的 复合结构 。 取得的 具体 成果如下： 1. 通过对非金属催化剂的结构和

5、成分调控，实现了金属性和半导体性单壁碳纳米管的控制制备，并构建出无金属残留的全碳晶体管器件 。 近期研究发现，高温稳定性好 的 非金属及低碳溶解度 的 金属催化剂 也 具有催化生长碳纳米管的活性，且具有 可控性好的 优点。非金属催化剂生长碳纳米管的机制不 同于传统的金属催化剂，因而有必要探索、设计可有效控制生长碳纳米管的非金属催化剂并研究相关机理。申请人 以 二氧化钛 纳米颗粒、 氮化硼纳米纤维 为 催化 剂 ，实现了对碳纳米管形貌、直径 等的调控，进一步验 证 了其 气 -固 -固催化机理 。相关 工作 发表 在 Carbon 55: 253-259 (2013)及 Sci. Rep. 2:

6、 971 (2013)上 。 在此基础上，通过调控非金属 SiOx 纳米颗粒的大小及氧 /硅比等，实现了高纯度、无金属杂质金属性 /半导体性单壁碳纳米管的可控制备，进而分别以 半导体性和金属性单壁碳纳米管为晶体管的沟道材 料和源漏电极制备出全碳纳米管薄膜晶体管器件。该工作通过调控 SiOx 催化剂的化学组分以改变其表 面 能，进而实现金属性 /半导体碳纳米管的选择性生长，为结构和性能可控的单壁碳纳米管制备提供了新思路。所构建的全碳纳米管薄膜场效应晶体管具有较高的开关比及载流子迁移率；同时，因为该器件中不含有任何金属杂质，有效提高了器件在苛刻条件下（如高温、高湿等）工作的稳定性和持久性。该工作已

7、 申请专利一项 （ 中国发明专利，申请号： 201310233507.7） ， 主要 内容发表在 Adv. Mater. 1605719 (2017)上。 图 1 以半导体性单壁碳纳米管为沟道材料、金属性碳纳米管为电极的全碳纳米管薄膜晶体管。 2. 利用环境电子显微镜技术，原位 研究了催化生长碳纳米管的动态过程。 首次提出了催化剂以切向生长模式为前提，多次形核碳纳米管的活性机 理 。直接验证了催化生长碳纳米管的形核与生长终结模式。 长期以来 ， 碳纳米管 的 生长 终结机制 鲜 被研究 报道 ， 通过 后续 显微 观察 等表征 方法， 研究者通常 将碳纳米管 的 生长终结 归因于碳包覆 引起的

8、催化剂中毒 或熟化团聚 引起的 催化剂长大 。尽管原位显微 观察 为 纳米 材料研究 提供 了 有力手段 ，但目前在 TEM 下生长特定结 构的单壁碳纳米管仍未能实现，尤其对小尺寸碳纳米管、催化剂及其结构关联的同步表征更为困难。环境 电子显微镜 的腔体可以作为纳米材料合成的 化学反应器， 而且 该反应过程 中的物质 结构变化 可被高分辨率地 表征和记录。 近年来，申请人利用环境 TEM 开展了碳纳米管生长机理的原位研究。 为揭示催化剂 以及碳源 等 对 所生长 碳纳米管结构的 影响 ，申请人以催化剂 -碳纳米管界面为主要 研究对象 ， 以一氧化碳及 一氧化碳 /氢气混合 气 为 对比 碳源，

9、开展了系列 原位 实验研究 。 结果表明在低压 （ 10 mbar） 下 一氧化碳歧化反应 为 限制 步骤 ，制备得到 的单壁 碳纳米管 多 为 长度在 5nm 以下 的 短管， 揭示 出缩颈 、 拓宽 直径 等弱催化剂 -碳纳米管 相互作用 为 生长 终结方式； 而更换 混合碳源 后制备出较 长的单壁碳纳米管 ， 进一步 证 明 了 碳源 是影响碳纳米管生长的重要因素 。 此外，碳纳米管 顶端 因 受基底应力而生长终结 ，但催化剂仍能够进行多次形核 碳层， 进一步证实了催化剂的高活性 以及应力对碳纳米管生长 终结的 影响 。 本质上，以上两种限制生长因素均影响了活性碳原子或片段在催化剂周围的

10、供给和组装碳纳米管的平衡，基于此，申请者 提出 保证碳纳米管高效 连续生长 的重要前提是，活性 碳源供给变化与组装 碳纳米管的速度相平衡。 任何破 坏该平衡的因素，例如碳在催化剂内的低扩散速率；外界应力；外界碳源气压的波动等，均易导致碳纳米管的生长终止。以上结果 可解释 本 领域的诸多 实验现象，比如 ，表面 生长 碳纳米管 受基底应力影响改变方向后 直径 大小 发生改变等。同时为宏观 及微观加工制备特定形貌的碳纳米管提供了 实验依据 。 该工作 发表在 ACS Nano, 11, 4483-4493 (2017)上。此外，申请人直接实验证实了同一催化剂多次形核碳纳米管的特性，基于以上 机 理

11、的 理解， 申请者进一步建立了 结构相似性 的 比较方法 ，提出 利用 多次 形核碳纳米管 控制微观 结构的新思路 ，相关 工作 正 在 整理中 。 图 2 由于活性碳供给速率与碳纳米管生长速率失衡，单壁碳纳米管以缩颈 /直径宽化等方式终结生长，此后多次形核石墨化层 碳帽 也体现了催化剂的高反应活性（右下），不同于传统碳包覆终结机理。 3. 利用环境电子显微镜技术原位调控了纳米金属催化剂的原子排列形式，制备得到了 一种新颖的单原子层 金属 Pt 量子点， 以此为催化剂模板，制备出石墨烯量子点。与颗粒结构催化效果进行对比，进一步说明了边缘台阶位原子为催化活性位。 近年研究发现 高温稳定 性好 的

12、 固态 催化剂 有利于实现碳纳米管的可控生长 ， 而原位 TEM 具有高的时间和空间分辨率，能够实时记录催化剂与碳纳米管的微观结构随外界条件变化的过程和规律，可以更加直观地研究纳米尺度催化剂在碳纳米管形核和生长过程的物理、化学状态及演变情况、碳源的扩散方式、催化剂与碳纳米管结构的对应关系等，因此是研究碳纳米管生长机制的重要手段。申请人 利用 Pt/MgO 催化剂 ， 原位调控 化学反应气氛和热力学条件， 制备了 Pt 纳米晶颗粒及 单原子层量子点结构 ，后者为 典型的催化剂模型结构 。通过对比两者 形核纳米碳 材料的 结构特点， 提出 并验证了原子级台阶 作为 催化活性位的重要作用 。 目前

13、， 该 新颖石墨烯 与 Pt 量子点 复合结构 的性能 及应用仍在 探索中 ，相关论文在整理中。 图 3 氧化镁载体上的 Pt 纳米颗粒（左）及 Pt 单原子层量子点 (右 )，以此为催化剂，分别原 位形成了单壁碳纳米管 及 碳帽结构或石墨烯纳米晶 。 此外 ，申请人 利用 原位 透射电子显微镜 研究平台设计纳米反应器 ， 原位 研究 了硫 辅助铁催化剂生长碳纳米管的 形核 机制 ， 为 硫生长促进剂的作用 提供了直接的实验证据 ，相关 工作发表在 J.Phys.Chem.Lett 5:1427-1432 (2014)上。 申请人长期 致力于纳米碳材料的 可控性 制备 及催化生长机理研究。在

14、碳纳米管 的结构和导电属性控制生长及其 催化形核 、生长终结 机制 等方面取得 了创 新 性 成果 。 申请人在 博士研究 期间 ， 主要从事 纳米碳材料的 制备研究 ， 并掌握 了透射电子显微镜的 原位表征 手段。 在丹麦技术 大学纳米电镜中心工作期间， 进一步 积累了 使用环境球差矫正 环境电子显微镜 的技术及分析方法， 作为 主要 成员之一参与完成了有关“ 碳纳米管可控制备及 薄膜 晶体管 应用”的欧盟 -日本联合项目，与 四个国家的六个不同研究组开展了广泛 的理论与实验 合作，多次 在国际学术 会议和 联合项目会议 上做学术 报告 及进行 工作 交流 。 截止目前 ，申请人在国际学术期

15、刊发表学术论文 24 篇，被引用 1349 次， 其中第一作者 论文 5 篇 ，包括 Advanced Materials （ 1），ACS Nano（ 1）， Scientific Reports（ 1）， Journal of Physical Chemistry Letters（ 1）， Carbon（ 1）。还有数 篇论文 正在整理和 准备 投稿中 。 拟开展的工作 申请人将以 碳纳米管 生长 机理 的原位透射电镜 研究 为 主要研究 方向， 基于透射 电子显微技术，构建碳纳米管的 原位 生长 平台， 揭示 催化剂与碳纳米管的 界面结合 关系及 动态 演变 过程；研究纳米催化剂的物理结

16、构、组分、理化特性等对催化生长碳纳米管的影响；探索碳纳米管微观结构的原位表征及结构依赖的 生长动力学 机制等关键问题 ，致力于 深入理解 碳纳米管 的生长机理的并为其结构控制制备提供依据和指导 。 在 前期 工作的 基础 上 ，结合金属所 及先进炭材料 研究部的科研平台 ， 以碳纳米管在气氛环境下的高效催化 生长 及催化剂 -碳纳米管的界面观察为 切入点 ，探索催化剂的结构设计、碳纳米管结构稳定性及两者界面结构的动态表征，揭示决定碳纳米管结构的关键因素及机理（形核、 生长终结 、生长 动力学 及 选择性刻蚀 等） ， 最终实现具有特定直径 、 导电属性和 手性 结构碳纳米管的可控制备。具体 研究内容主要 有 以 下 三 个方面： 1. 纳米催化剂的热力学特性研究及碳纳米管的形核机理 如前所述 ， 对 碳纳米