李骥堃 李骥堃

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联系方式

电子邮件:jikunli@iccas.ac.cn

办公电话:010-62627946

 

个人简历

2008:北京大学,元培计划试验班,物理学,学士

2014:伊利诺伊大学香槟分校,生物物理与计算生物学,博士(导师:Eric Oldfield)

2015 – 2020:卡内基梅隆大学,化学系,博士后 (导师:Yisong Guo)

2021至今: 中国科学院化学研究所,项目研究员,博士生导师

 

招生信息

       每年有1-2个研究生招生名额,招收专业物理化学(学硕,可转博)、材料与化工(专硕)。欢迎化学、物理、材料、电子工程、环境、化工、大气科学、地学、分子生物学等相关背景的同学加入我们。尤其欢迎磁共振、光谱学、理论与计算化学等相关方向的经验。

       有意报考研究生或做博士后的同学请发送简历至jikunli@iccas.ac.cn咨询。硕士起点申请考核的普博名额特别稀缺,请尽量在研究生推免工作开始前(7月左右)咨询。

 

科研简介

       主要研究电子顺磁共振及固态核磁、动态核极化等高级磁共振技术,以及这些技术在环境、能源相关的光催化、自由基化学、过渡金属化学中的应用。

       电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,简称EPR、ESR或EMR)是我们研究中采用的核心技术,它是用于观测样品中顺磁性(含有未成对电子)的化学物种,并对其原子—分子层面上进行结构分析的技术。因其对化学物种的选择性,对样品的非破坏性,原位观测能力,以及较高的灵敏度,尤其适合探究氧化还原机制、掺杂与缺陷、表界面相互作用等,应用于自由基化学、过渡金属化学、环境化学、辐照化学、分子磁学、有机半导体、量子信息科学等诸多领域。它主要包括连续波(CW-EPR)、脉冲(pulse EPR)、时间分辨(TR-EPR)、电子—原子核双共振(ENDOR)、电子—电子双共振(ELDOR)等多种子技术。可定性或定量地分析顺磁性物种,并以一定时间分辨率分析其动力学;并可测量顺磁性中心与化学环境之间的耦合相互作用,解析其成键情况和空间结构。

 

       目前具体研究内容包括:

       1. 含第一过渡系金属活性位点的光催化材料的机理研究。光催化材料在环境污染物处理、能源转化等领域有重要意义,近年来光催化与过渡金属催化的融合也受到合成、能源、环境化学等领域越来越多的关注。我们感兴趣的主要包括无机半导体和分子催化剂,尤其是具有过渡金属处于单原子或小团簇形态的催化剂。基于EPR、UV-Vis、FTIR、NMR、XAFS、XPS等多种谱学实验手段,以及光化学理论、配位场理论、量子化学计算等理论模型和数值方法,理论与实验结合,探测过渡金属的价态和配位结构变化,分析反应中过渡金属位点的电子结构,捕捉反应中间体,解析其化学本性与结构,以及电子、空穴的形成和转移途径和动力学。最终目的是阐明催化机理,为催化剂的理性设计提供科学依据。

       2. 有机半导体中的光化学与自由基化学研究。真实环境中存在的颗粒物及其模拟物,以及近年受到重视的石墨烯、氮化碳等碳材料/类碳材料,乃至生物大分子,都属于广义上的有机半导体。其上的化学过程,涉及生态环境中碳、氮、磷、硫等元素的循环,以及光、热、化学能等能量形式的转化。有机结构的多样性,使得有机半导体上的激子和载流子(往往以自由基形式存在)所在的化学环境多种多样,其稳态和动态的行为模式极其丰富。在体相表面和内部的转移与转化过程,及其与环境中的光、水、活性氧、活性氮等要素的相互作用,存在大量尚未厘清的多相化学反应机制。我们面向污染物的演化和治理,以及碳排放相关的异相催化过程,利用高级磁共振手段(主要是EPR和ssNMR)分析化学结构,阐明化学机制,为污染治理、节能减排、绿色能源等领域提供科学信息。

       3. 高级磁共振实验与计算技术的发展。传统上,脉冲EPR、DNP等高级磁共振技术的发展主要得益于分子生物学、医药等应用领域的推动,而在材料科学的研究中的应用相对滞后。我们结合催化材料与环境化学领域的需求进行探索,改进和创造新型磁共振实验方法学,包括样品处理、脉冲序列、波谱测量技术等。同时,磁共振实验和科学计算密不可分,数据处理与模拟,从第一性原理出发计算化学物种的光谱学参数,以及通过合适的统计模型描述半导体中极化子自旋态的演化,这些计算方法的开发和应用,也是磁共振技术发展的重要环节。

科研条件

       目前中科院化学所配备有一台Bruker E500-T型X波段EPR谱仪,可开展室温到液氦温度下的CW-EPR和TR-EPR工作。预期于2022年年底,还将于北京怀柔国家综合性科学中心的分子交叉科学研究平台,部署具备多波段、脉冲、双共振、任意波形发生器等多种实验能力的先进EPR仪器。

       同时,该磁共振子平台还将配备高场液态核磁共振、高场动态核极化等高端磁共振设备。国家综合性科学中心还将建设国内第一台第四代同步光源等先进的大科学装置。

 

论著

2021年至今

4. Wang S, Wu L, Li J*, Deng C, Xue J, Tang D, Ji H, Chen C, Zhang Y*, Zhao J. In Situ Observation of Hot Carrier Transfer at Plasmonic Au/Metal-Organic Frameworks (MOFs) Interfaces. Chem. Eur. J.2022, e202200919.

3. Xie S, Li Y, Sheng B, Zhang W, Wang W, Chen C, Li J*, Sheng H*, Zhao J. Self-reconstruction of paddle-wheel copper-node to facilitate the photocatalytic CO2 reduction to ethane. Applied Catalysis B: Environmental2022; 310:121320.

2. Zhao H, Zhang C, Liu G, Li J, Yang B, Ma H, Zhang X, Wang D. Crosslinking of Trans-1,4-polyisoprene by γ-ray radiation. Polymer Degradation and Stability2022, 197:109869.

1. Wang L, Li J, Xiang J, Cui J, Tang Y. Kinetic characterization of a slow chemical exchange between two sites in N,N-dimethylacetylamide by CEST NMR spectroscopy. Chinese Chemical Letters2022, 33:4335.

 

2021年之前代表性论著

1. Li J#, Liao HJ#, Tang Y, Huang JL, Cha L, Lin TS, Lee JL, Kurnikov I, Kurnikova M*, Chang WC*, Chan NL*, Guo Y*. Epoxidation Catalyzed by the Non-Heme Iron- and 2-Oxoglutarate-Dependent Oxygenase AsqJ: Mechanistic Elucidation of Oxygen Atom Transfer by a Ferryl Intermediate.J. Am. Chem. Soc. 2020, 142(13):6268-6284

2. Liao HJ#, Li J#, Huang JL, Davidson M, Kurnikov I, Lin TS, Lee JL, Kurnikova M*, Guo Y*, Chan NL*, Chang WC*. Insights into the Desaturation of Cyclopeptin and Its C3 Epimer Catalyzed by a Non-Heme Iron Enzyme: Structural Characterization and Mechanism Elucidation. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57(7):1831-1835

3. Guo Y*, Chang W-C*, Li J, Davidson M. Non-Heme Mono-Iron Enzymes: Co-Substrate-Independent Dioxygen Activation, in Que L. et al (Eds.), Comprehensive Coordination Chemistry III. 2020, Elsevier Ltd., DOI: 10.1016/B978-0-12-409547-2.14905-4

4. Guo Y*, Li J. Bioinorganic Spectroscopy of Iron Sulfur Proteins – an Overview, in Ronault T. (Ed.), Iron-Sulfur Clusters in Chemistry and Biology: Characterization, Properties and Applications. 2017, Walter de Gruyter GmbH, DOI: 10.1515/9783110480436-004

5. Chang WC*, Li J, Lee JL, Cronican AA, Guo Y*. Mechanistic Investigation of a Non-Heme Iron Enzyme Catalyzed Epoxidation in (-)-4′-Methoxycyclopenin Biosynthesis. J. Am. Chem. Soc.2016, 138(33):10390-10393

6. Li J, Feng X, Zhu W, Oskolkov N, Zhou T, Kim BK, Baig N, McMahon MT*, Oldfield E*. Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) Agents: Quantum Chemistry and MRI. Chem. Eur. J.2016, 22(1):264-271

7. Guerra F, Wang K, Li J, Wang W, Liu YL, Amin S, Oldfield E*. Inhibition of the 4Fe–4S Proteins IspG and IspH: an EPR, ENDOR and HYSCORE Investigation. Chem. Sci.2014, 5(4):1642-1649

8. Li J#, Wang K#, Smirnova TI, Khade RL, Zhang Y, Oldfield E*. Isoprenoid Biosynthesis: Ferraoxetane or Allyl Anion Mechanism for IspH Catalysis? Angew. Chem. Int. Ed.2013, 52(25):6522-6525

9. Wang W, Li J, Wang K, Smirnova TI, Oldfield E*. Pyridine Inhibitor Binding to the 4Fe-4S Protein A. aeolicus IspH (LytB): a HYSCORE Investigation. J. Am. Chem. Soc.2011, 133(17):6525-6528

10. Wang W, Li J, Wang K, Huang C, Zhang Y, Oldfield E*. Organometallic Mechanism of Action and Inhibition of the 4Fe-4S Isoprenoid Biosynthesis Protein GcpE (IspG). Proc. Natl. Acad. Sci.2010, 107(10):11189-11193