裴勇导师主页
基本信息
姓名: 裴勇
职称: 教授
单位电话: 0731-52639780
电子信箱: ypnku78@gmail.com
办公室: 物理化学教研室
个人主页:
http://hxxy.web.xtu.edu.cn:8081/teacher.aspx?id=149
个人简介

 

2001年毕业于湘潭大学化学学院应用化学系,2006年在南京大学获得物理化学博士学位,2006-2010 年在美国内布拉斯加州立大学林肯分校从事博士后研究工作,2010 年9 月起受聘湘潭大学学术带头人、教授、博士生导师。

一、        教学情况和指导研究生情况

1.      每年主讲本科生课程:结构化学(48学时)、物理化学实验(96学时)

2.      目前指导在读硕士研究生7人,在读博士研究生3人,在站博士后1人,毕业研究生中2人获得湘潭大学校长奖特等奖资助,1人获得湖南省优秀硕士毕业论文和湖南省优秀毕业生称号。

二、        承担的主要科研项目

        2011年以来主持了国家自然科学基金项目3项、湖南省自然基金杰出青年基金项目1项和湖南省教育厅重点项目1项,其中2014年获得国家自然科学基金委员会“优秀青年”科学基金项目的资助。 承担与中国石油天然气勘探开发研究院合作的横向研究课题”洗油机理的前期分子模拟研究”1项。

三、主要研究方向

        主要致力于纳米团簇结构和性质的理论计算模拟研究,理论研究紧密结合实验进展,努力创新,旨在采用理论计算化学方法解释实验现象和结果,并通过发展新的研究方法和手段预测实验现象。迄今为止,共发表SCI 收录研究论文70 余篇,其中在影响因子大于10 的化学和材料科学国际一流期刊JACS(16 篇,通讯或第一作者1 1篇)、 Angew Chem. Int. EdACS Nano Nano Lett.上发表26 篇研究论文,论文被他引1390 余次,6 篇通讯或第一作者论文论文入选ESI 前1%高被引用论文(2008-2015年),3 篇研究论文(2012 至2015 年)被美国化学会《化学工程新闻》期刊作为研究亮点报道。主要的学术成绩和贡献有:

I. 配体保护金团簇的结构和光谱性质研究

包含有配体的复杂团簇的结构预测是团簇结构搜索中的一个难点。近年来,针对巯基配体保护金团簇[Aum(SR)n]这一类配体稳定的金团簇体系的结构研究难点,从设计团簇结构搜索算法出发,开展了较为系统的理论计算结构预测和团簇的光学、催化、质谱解离方式及亲核生长机制的研究。提出了巯基配体保护金团簇的基本结构公式,实现了通过理论计算方法模拟和预测复杂配体保护金团簇的正确结构、光学和催化性质等。2008 年至今,发展了基于分子力学参数的“分解-组装”方法,系统地研究了Au38(SR)24 [JACS, 2008]、Au20(SR)16,[JACS, 2009]、金-硫二元团簇AumSn [ACS Nano, 2010]、Au24(SR)20 [JACS, 2012]、Au21(SR)14 [JACS,2013]、Au44(SR)28 [JACS, 2013]、Au36(SR)24 [ACS Nano, 2013]、Au22(SR)18 [JPCL 2015]、Au18(SR)14 [AngewChem. Int. Ed. 2015]、Ag62(SR)30 [JACS, 2014]、Cd@Au24(SR)18 [JACS, 2015]、Au76(SR)44 [JPCC, 2016]以及不同配比小尺寸金团簇Aum(SR)n [JACS, 2015] 等在内的多个配体保护金团簇的结构、光谱、幻数稳定效应及催化、质谱解离方式和成核生长机制等。2012 年应邀担任了英国皇家化学会Nanoscale 期刊 “Metallic Cluster”特期编辑(Guest Editor),并撰写了配体保护金团簇理论研究的专题评论文章 (Review)。

II.纳米金团簇的催化性质研究

       金团簇催化是近年来团簇催化研究领域的一个前沿课题。自2010年起,项目申请人从探讨纳米金团簇催化剂的结构出发,从多视角和尺度采用包括Basin-hopping结构搜索算法、密度泛函理论计算、第一性原理分子动力学模拟等方法研究了配体保护金团簇、气相金团簇、氧化物负载金图簇等体系的催化CO氧化、苯乙烯选择性氧化和O2活化等反应机理。  

        揭示了纳米金团簇催化CO氧化的三分子自加速氧化机理。采用从头算分子动力学模拟和密度泛函理论计算的手段揭示纳米金团簇催化CO氧化反应中,除了传统认为的双分子反应路径以外,还存在一条CO自加速氧化的三分子竞争反应通道,即活性位点附近共吸附的CO分子能够充当反应促进剂,通过亲电进攻反应中间体,缩短反应步骤加速反应进行[JACS2013, 135, 2583 – 2593], 该研究工作被《化学化工新闻》作为研究亮点报道。采用从头算分子动力学模拟的方法揭示了Au16-Au20团簇在TiO2(110)表面上“软着陆”(Soft-Landing)行为、结构和催化CO氧化的反应路径,建立了微观反应动力学模型并揭示了金团簇和表面Ti原子协同催化的“双活性位点” [JACS2013, 135, 19336-19346] 等。研究了配体对金团簇催化效应的影响,揭示了Au55(PPh3)12Cl6团簇高效选择性催化苯乙烯氧化的反应机理以及它的反应活性位点[ACS Nano 2010, 4, 2009-2020]。与美国布朗大学王来生和内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授的合作研究揭示了金团簇催化O2活化的尺寸效应及电子结构本质。采用改进的分子/原子混合Basin-Hopping算法结合密度泛函理论计算从理论角度阐述了光电子能谱实验中观测到的金团簇阴离子催化O2活化的奇偶效应以及O2活化从“超氧”到“过氧”状态的转变,完美地解释了实验结果[JACS2012, 134, 9438-9441。 这部分研究成果对理解金团簇催化反应机理具有积极的理论和实际指导意义。

 III.平面超配位碳原子团簇的理论研究 

         探索原子的新成键方式是化学研究中的一个重要内容。碳原子是构成诸多有机和无机化合物的一个基本元素,其空间sp3 杂化方式已深入人心。近四十年来研究者一直在探索是否碳原子还存在其它特殊的成键方式?结合势能面搜索算法(Basin-Hopping)和高精度理论计算化学方法(CCSD(T)等)计算,我们系统地研究了具有不同比例组成的硼/碳二元团簇的全局能量极小结构(global minima),发现在硼/碳二元团簇中,碳原子倾向于形成低配位结构,而不是平面超配位结构[Pei et al. JACS 2008, 130, 2580-2592]。这一理论结果否定了之前理论报道的包含五或六配位平面碳原子分子的稳定性 [Exner et al. Science 2000, 290,1937-1940]。在此基础上,首次预测平面五配位碳原子能够在CAl5+ 团簇中稳定存在[Pei et al. JACS 2008, 130, 10394-10400]。该研究成果将平面超配位碳原子的研究由平面四配位推进到平面五配位结构。在研究包含单中心平面超配位碳原子团簇的基础上,进一步将平面超配位碳原子的概念推广至一维[JACS 2010]和二维[Nano Letters 2010]周期结构体系。其中B2C 二维平面碳超结构的理论预测工作被NatureNanotechnology 作为研究亮点报道。

IV. 功能材料的理论模拟和材料设计

         与国内和国际诸多课题组在新能源材料领域如有机小分子光伏材料设计和模拟、锂离子动力电池正极、负极材料设计等方面开展了卓有成效的实验-理论合作研究工作。通过理论-实验的合作研究,实现了对有机光伏分子的性能模拟和和分子设计;实现对锂离子阳极金属氟化物材料的性能预测和充放电过程的理论模拟。相关合作研究成果发表在JACS, JPCC, J. Mater. Chem A/B/C, RSC Adv., Compt. Mater. Chem.等研究期刊上。 

四、人才称号、主要奖励和学术兼职

1. 湖南省学科带头人培养对象(2015年)

2. 湘潭大学学术发展与规划委员会副主任委员 (2015年至今)

3. 湖南科技大学“理论有机化学与功能分子”教育部重点实验兼职教授(2015年至今)

4. 国家自然科学基金优秀青年基金项目(人才性项目,2014年)

5. 湘潭市青年科技奖(2015年)

6. 湖南省优秀硕士毕业论文指导教师 (2015年)

7. 湘潭大学优秀科技工作者(2015年)

8. 湘潭大学校长奖特等奖指导教师(2, 2013-2014年)

9. 获评湘潭大学优秀共产党员两次(2013和2015年)

10. 获评湘潭大学优秀本科生班主任两次 (2013和2015年)

11. 湖南省青年骨干教师培养对象(2012年)

12. 湘潭大学青年教师讲课比赛二等奖(2015年)

 

代表论文  

1.      Ma, Zhongyun; Wang, Pu; Zhou, Guang; Tang, Jian; Li, Hengfeng; Pei ,Yong* Correlating the Structure and Optical Absorption Properties of Au76(SR)44 ClusterJ. Phys. Chem., 2016, DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b04212. (影响因子: 4.772

2.      Zeng, Wenping; Tang, Jian; Wang Pu; Pei, Yong* Density Functional Theory (DFT) Studies of CO Oxidation Reaction on M13 and Au18M Clusters (M = Au, Ag, Cu, Pt and Pd): The Role of Co-adsorbed CO Molecule RSC Advances, 20166, 55867 – 55877. (影响因子: 3.84

 3.      Yong Pei*, Jian Tang, Xianqiong Tang, Yunqing Huang, and Xiao Cheng ZengNew Structure Model of Au22(SR)18: Bitetrahederon Golden Kernel Enclosed by [Au6(SR)6] Au(I) Complex J. Phys. Chem. Lett., 20156 (8), 1390–1395. (影响因子:7.458

 4.     Pu Wang, Xianqiong Tang, Jian Tang, and Yong Pei* Density Functional Theory (DFT) Studies of CO Oxidation over Nanoporous Gold: Effects of Residual Ag and CO Self-Promoting Oxidation J. Phys. Chem. C, 2015119, 10345–10354. (影响因子: 4.772

 5.      Chunyan Liu, Yong Pei*, Hui Sun, and Jing Ma*The Nucleation and Growth Mechanism of Thiolate-Protected Au Nanoclusters J. Am. Chem. Soc.2015137 (50), pp 15809–15816. (影响因子: 12.113

 6.      Juan Zhong, Xianqiong Tang, Jian Tang, Jingcang Su, Yong Pei* Density Functional Theory Studies on Structure, Ligand Exchange, and Optical Properties of Ligand-Protected Gold Nanoclusters: Thiolate versus Selenolate J. Phys. Chem. C, 2015119 (17), 9205–9214. (影响因子: 4.772

 7.      Meng Zhou, Juan Zhong, Shuxin Wang, Qianjin Guo, Manzhou Zhu, Yong Pei*, and Andong Xia*Ultrafast Relaxation Dynamics of Luminescent Rod-Shaped, Silver-Doped AgxAu25–x Clusters J. Phys. Chem. C2015119 (32), 18790–18797. (影响因子: 4.772) 

8.      Ji Xiang,  Peng Li,* Yongbo Song,  Xia Liu,  Hanbao Chong,  Shan Jin,  Yong Pei*,  Xiaoyou Yuan and  Manzhou Zhu*  X-Ray crystal structure, and optical and electrochemical properties of the Au15Ag3(SC6H11)14 nanocluster with a core–shell structure Nanoscale, 2015, 7, 18278-18283. (影响因子:7.394) 

9.      Xia Liu, Yingzi Tan, Xiuling Li, Xiaojun Wu, and Yong Pei* Electronic and magnetic properties of silicon supported organometallic molecular wires: a density functional theory (DFT) study Nanoscale 2015, 7, 13734-13746. (影响因子: 7.394

10.   Chen, Shuang; Wang, Shuxin; Zhong, Juan; Song, Yongbo; Zhang, Jun; Sheng, Hongting; Pei, Yong* and Zhu, Manzhou* The Structure and Optical Properties of the [Au18(SR)14] Nanocluster Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 127, 1 – 6. (影响因子:11.261) 

11.   Lin, Sisi; Pei, Yong* Mechanistic Insight into the Styrene-Selective Oxidation on Subnanometer Gold Clusters (Au16?Au20, Au27, Au28, Au30, and Au32?Au35): A Density Functional Theory Study J. Phys. Chem. C2014, 118, 20346?20356. (影响因子: 4.772) 

12.  Song, Yongbo; Zhong, Juan; Yang, Sha; Wang, Shuxin; Cao, Tiantian; Zhang, Jun; Li, Peng; Hu, Daqiao; Pei, Yong*; Zhu, Manzhou* Nanoscale 2014, 6, 13977-13985. (影响因子: 7.394

13.  Pei, Yong*; Lin, Sisi; Su, Jingcang; Liu, Chunyan Structure Prediction of Au-44(SR)(28): A Chiral Superatom Cluster J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 19060-19063. (影响因子: 12.113) 

14.  Li, Lei; Gao, Yi; Li, Hui; Zhao, Yu; Pei, Yong*; Chen, Zhongfang; Zeng, Xiao Cheng* CO Oxidation on TiO2 (110) Supported Subnanometer Gold Clusters: Size and Shape Effects J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 19060-19063. (影响因子: 12.113

15.  Liu, Chunyan; Lin, Sisi; Pei, Yong*; Zeng, Xiao Cheng Semiring Chemistry of Au-25(SR)(18): Fragmentation Pathway and Catalytic Active site J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18067-18079. (影响因子: 12.113 

16.  Pei, Y.*; Pal, R.; Liu, C. ; Gao, Y.; Shao, N.; Zeng, X. C.* 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, 9438-9441.  

17.  Pei, Y.*; Zeng, X. C.* Investigating Structural Evolution of Thiolate Protected Gold Clusters from the First-Principles Nanoscale 2012, 4, 4054-4074. ( Invited Review)

18.  Pei, Y.* Shao, N.; Gao, Y.; Zeng, X. C.* Hollow polyhedron cluster in binary gold-sulfide cluster anions ACS Nano 2011, 5, 1441-1449.(该工作被美国化学会Chemical & Engineering News作为研究亮点报道

19.  Pei, Y.; Gao, Y.; Shao, N.; Zeng, X. C.*Thiolate-protected Au20(SR)16 cluster: prolate Au8 core with new [Au3(SR)4] staple motif J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13619-13621.  

20.  Pei, Y.; Gao, Y.; Zeng, X. C.* Structural prediction of thiolate-protected Au-38: A face-fused bi-icosahedral Au core J. Am. Chem. Soc.2008, 130, 7830-7832.

21.  Li, L.; Gao, Y.; Li, H.; Zhao, Y.; Pei, Y.*; Chen. Z.; Zeng, X. C.* CO Oxidation on TiO2 (110) Supported Subnanometer Gold Clusters: Size and Shape Effects J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 19336-19346.

22.  Liu, C.; Tan, Y.; Lin, S.; Li, H.; Wu, X.; Li, L.; Pei, Y.*; Zeng, X. C.* CO Self-Promoting Oxidation on Nanosized Gold Clusters: Triangular Au3 Active Site and CO Induced O–O Scission J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2583-2595. (被美国化学会Chemical & Engineering News作为研究亮点报道)

23.  Pei, Y.; Shao, N.; Gao, Y.; Zeng, X. C.* Investigating Active Site of Gold Nanoparticle Au55(PPh3)12Cl6 in Selective Oxidation ACS Nano 2010, 4, 2009-2020.

24.  Wang, L.; Pal, R.; Pei, Y.; Wang, L. S. *; Zeng, X. C.* Unraveling the Mechanisms of O2 Activation by Size-Selected Gold Clusters: Transition from Superoxo to Peroxo Chemisorption J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9438-9441. (该工作被美国化学会Chemical & Engineering News作为研究亮点报道)

25.  An, W.; Pei, Y.; Zeng, X. C.* CO oxidation catalyzed by single-walled helical gold nanotube Nano Lett. 2008, 8, 195-201.

26.  Gao, Y.; Shao, N.; Pei, Y.; Zeng, X. C.* Icosahedral crown gold nanocluster Au43Cu12 with high catalytic activityNano Lett. 2010, 10, 1055-1062.  

27.  Gao, Y.; Shao, N.; Pei, Y.; Zeng, X. C.*Catalytic activities of subnanometer gold Clusters (Au16-Au18,Au20,andAu27-Au35) for CO oxidation ACS Nano 2011, 5, 7818-7828.

28.  Pei, Y.; Zeng, X. C.* Probing the planar tetra-, penta-, and hexacoordinate carbon in carbon-boron mixed clusters J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2580-2592.

29.  Pei, Y.; Zeng, X. C.* Planar pentacoordinate carbon in CAl5+: A global minimum J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10394-10400.

30.  Wu, M; Pei, Y.; Zeng, X. C.*Planar Tetracoordinate Carbon Strips in Edge Decorated Graphene Nanoribbon J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5554-5555.

31.  Wu, X.; Pei, Y.; Zeng, X. C.* B2C Graphene, Nanotubes, and Nanoribbons Nano Lett. 2010, 9, 1577-1582.(Nature Nanotechnology 作为研究亮点报道

32. Pei, Y.; Ma, J.* Electric field induced switching behaviors of monolayer-modified silicon surfaces: Surface designs and molecular dynamics simulations J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6802-6813.