加强无机复合功能材料的设计与调控

    科学技术大学的熊宇杰教授早在攻读博士期间，就师从长江学者谢毅教授开展了“特征结构导向构筑无机纳米功能材料”工作，提出利用特殊配位结构和特征晶体结构的高度各向异性可控定向构筑低维无机功能纳米材料的新策略，系统总结理论机制并建立了普适性制备路线，为功能材料的性能优化及应用推广奠定了基础。该工作荣获2012年自然科学奖二等奖（熊教授为第三完成人）。
    熊教授在美国游学和工作多年，于2011年作为“青年千人计划”和科学院“百人计划”入选者引进回到科学技术大学。在美期间，曾发明上个柔性可拉伸的无机发光二极管显示器并建立金属纳米结构可控合成的普适方法学。回国后，在和学校的资助下，结合在美国的经验，提出了“复合材料体系表界面的无机化学调控”课题。
    熊教授的想法主要针对功能材料的开发及应用发展到当前阶段的瓶颈。从理论上来说，材料的复合是一种突破单一材料性能上瓶颈的有效途径，并可以通过协同作用增强各自的性能。然而复合材料的性能通常很难真正实现材料各自优秀性能的叠加。从材料设计角度来看，关键问题是，在实现材料复合的同时，很难做到组成单元各自的表面调控，并且其界面的结构调控极为困难。因此，熊教授提出从无机化学领域角度，通过不同学科的交叉与合作，对无机复合材料体系的构筑原理开展系统深入的研究工作，从而应用到以缓解能源与环境危机为目标的光催化和太阳能转换器件领域。
    目前，熊教授领导的课题组已初步获得了一些进展。例如：通过分子探针技术、同步辐射表征和理论模拟相结合，次揭示了分子氧在不同金属晶面的吸附与活化行为。通过合理的晶面选择，在吸附过程中金属表面可以给氧分子提供部分电子，引发氧分子电子自旋态的改变，从而促使氧分子自发地产生氧分子活化的过程。基于该晶面选择性的发现，其课题组实现了有机氧化反应催化效率及癌症治疗性能的优化，揭示了在有机氧化催化剂以及癌症治疗剂的设计中晶面选择的重要性。基于此，还进一步研究了银纳米晶体对于产生活性氧物种的晶面效应，揭示了银纳米材料的表面晶面等表面状态相关参数是影响活性氧物种产生的关键因素，从而为纳米材料的安全设计及生态控制提供了准则。熊宇杰教授课题组发表在化学领域顶级期刊《美国化学会志》上的科研成果，于2013年2月25日被美国著名学术媒体《化学与工程新闻》进行了题为“SELECT NANOCRYSTAL FACETS ACTIVATE O2”的报道。