刘楠

女， 北京师范大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2002-2006吉林大学本科，2006-2011北京大学直博，2011-2017斯坦福大学博士后，2017至今北京师范大学化学学院教授

研究领域和兴趣

聚合物/纳米碳基生物电子界面材料化学

主要业绩

生物电子界面材料作为生物组织/器官与电子器件的交汇枢纽，为生理生化信息的精准采集、长期监测与智能调制奠定了重要基础，是支撑现代健康医疗理念的关键材料。生物电子界面材料的作用过程涉及电子、离子的输运、分离与耦合，以及信号转化相关的化学反应动力学过程。生物组织/器官表面化学结构复杂，外界环境干扰显著，微弱生物电信号的精准传导、识别与干预极为困难，亟需遵循材料化学的创制思想，从原子/分子 “小尺度” 出发，“立足化学，功能导向”，厘清生物电子界面作用机制，合成高性能生物电子界面材料。
碳材料，比如石墨烯、碳纳米管等，碳原子间以sp2杂化轨道组成紧密堆积的六角形蜂巢晶格，具有优异的光电性质、超高的导热能力和超强的力学强度，在电子信息、能源技术等领域展现了重大的应用价值。它电化学窗口宽，化学性质稳定，能带结构可调，生物相容性优秀，也是理想的生物电子界面候选材料。然而由于生物组织/器官大部分具有低的杨氏模量和大的弹性形变，碳原子的键连方式决定其本征断裂应变小，与生物界面接触自由能高；另一方面，生物电信号以离子传导为主，而碳材料依靠共轭π电子传递电荷，与生物界面的电荷传输效率低接触阻抗高，极大地制约了碳材料在生物电子界面材料体系的性能提升和功能拓展。因此，深入解析生物电子界面的电荷传输机制，从碳材料原子/分子组成调控和碳纳米结构组装出发，设计制备具有高效、稳定电荷传输界面的碳基材料，将为发展碳基智能材料化学提供新思路。其关键科学问题是：如何解析构筑碳基材料-生物组织/器官的高效稳定的电荷传输界面，如何设计制备高性能碳基生物电子界面材料，并进行功能拓展？
针对以上问题，申请人聚焦“生物电子界面材料化学”，取得了如下研究成果：
1. 生物电子界面机制理解：发展了碳基生物电子界面表征方法，提出了“动态自适形”和“电容耦合增强”策略，实现了高效稳定的界面电荷传输效率。
2. 纳米碳材料合成与组装：提出了限域弱关联相互作用的调控方法，实现了碳基材料界面电荷电容增强式排布，发展了高性能碳基生物电子界面材料体系。
3. 生物电信号传感与调制：开发了基于折叠超晶格结构的光电响应生物电信号调制新技术，在心理学实验范式中实现了光-电刺激与诊疗验证。申请人长期从事碳基材料的设计合成与器件应用研究，于2006-2011年在北京大学化学与分子工程学院刘忠范院士指导下攻读博士学位，从事石墨烯偏析生长与褶皱结构研究；于2011-2016年在美国斯坦福大学化工系鲍哲南院士指导下从事博士后研究，开展聚合物/石墨烯基材料合成及柔性电子器件研究。2017年加入北京师范大学化学学院，围绕碳基生物电子界面材料化学，以“机制解析-材料合成-器件应用”为主线，开展碳基智能材料化学研究。申请人已发表论文100余篇，其中ESI高被引论文5篇，被引次数10000余次。近五年作为独立或末位通讯作者发表学术论文50余篇，包含Acc. Chem. Res. 1篇、Nat. Commun.2篇、Adv. Mater. 3篇、ACS Nano 2篇、Adv. Funct. Mater. 12篇等中科院1区的论文23篇，总计申请发明专利9项，已获授权4项，部分专利成果正在产业转化中。担任美国化学会ACS Appl. Nano Mater.副主编，《物理化学学报》、Ionotronics等期刊青年编委，受邀在Nat. Electron、ACS Nano、InfoMat、《中国科学：化学》、《功能材料器件学报》等撰写领域内的评述和综述文章，受邀在国内外重要学术会议上做主旨或邀请报告并担任ICMAT2025（新加坡材料大会）、韩国光电信息大会等分会主席。曾获中组部海外高层次人才青年项目（物理化学领域，2016年）、国家自然科学基金青年基金、面上基金（2项）、北京市杰出青年基金（化学与材料科学领域，2023年）、科技部重点研发青年项目首席（柔性传感器制造基础领域，2024年）、军委科技委重点项目（碳材料专项）、北京市科委石墨烯培育项目等资助。获评Mater. Horiz.青年科学家（2021年）、北京师范大学彭年杰出青年教师（2024年）等。

代表成果

1. L. Yang, M. Chen, J.Y. Qi, W.Y. Hu, S.Y. Wang, Y.J. Wu, D.K. Song, D.J. Xing*, N. Liu* Nat. Commun. 2026, 17, 2249.
2. X.J. Du, H. Wang, Y.F. Wang, Z.Q. Cao, L.Y. Yang, X.H. Shi, X.X. Zhang, C.Z. He, X.D. Gu, N. Liu* Adv. Mater. 2024, 2403411.
3. W.F. Zhang#, M.W. Wu#, Y. Zhang, H.Y. Yan, Y.J. Lee, Z.H. Zhao, H. Hao, X.H. Shi, Z.X. Zhang, K. Kim, N. Liu* Adv. Mater. 2024, 202313267.
4. D.K. Song, X.L. Li, M.J. Jang, Y.J. Lee, Y. Zhai, W.Y. Hu, H.P. Yan, S. Zhang, L.Y. Chen, C.M. Lu, K. Kim, N. Liu* Adv. Mater. 2023, 2304956.
5. Y. Zhao, S. Zhang, T.H. Yu, Y. Zhang, G. Ye, H. Cui, C.Z. He, W.C. Jiang, Y. Zhai, C.M. Lu, X.D. Gu and N. Liu* Nat. Commun. 2021, 12, 1.
6. X.J. Du, L.Y. Yang, X.H. Shi, C.J. Ye, Y.F. Wang, D.K. Song, W. Xiong, X. D. Gu, C.M. Lu, N. Liu* ACS Nano 2024, 18, 34971.
7. D. Song, N. Liu* Nat. Elet. 2024, 7, 432.
8. D. Song, X.Y. Lin, N. Liu* Acc. Chem. Res. 2026, 59, 802.
9. 一种基于导电聚合物转移的石墨烯皮肤电极及其制备方法 ZL202011044091.0
10. 一种制备低维材料堆叠结构的转移方法及装置 ZL202110531727.2

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