相国磊

男， 北京化工大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2004-2008 北京化工大学 本科
2008-2014 清华大学化学系 研究生
2014-2017 剑桥大学化学系 博士后
2017-至今 北京化工大学 化学学院，副教授，教授

研究领域和兴趣

纳米材料表面化学电子结构原理，多相催化、电催化

主要业绩

相国磊近十年潜心探索纳米表界面化学作用的电子结构机理、新原理与表征策略，从实验表征策略发展、理论模型构建与应用体系解析三方面开展研究，提出一系列原创概念与理论模型，解析纳米材料与分子通过化学吸附相互作用的物理化学图像与原理。主要成绩概述如下：
(1) 研究策略发展：基于亚纳米TiO2等模型体系，发展了以NEXAFS技术探测过渡金属L吸收边峰形、宽度及强度变化，结合配位场理论、能带理论和DFT计算，解析纳米表面化学作用电子结构机理的策略，拓展了解析纳米表面化学作用中构效关系机理的研究手段。应用于解析配体与纳米材料表面配位键轨道作用的机制，及配体调控纳米材料能带及物理化学性质的电子结构原理 (Nat. Commun. 2022, 327; Nano Lett. 2018, 7809; Chem. Sci. 2021, 4411; Chem. Comm. 2021, 500; Nano Res. 2022, 3812)。
(2) 理论模型建立：①提出以界面轨道竞争重构为核心物理过程的表面化学作用电子结构图像，定义轨道分布系数(f)概念作为表面化学作用强度的描述符，定义了直接决定表面位点反应活性的本征物理量—轨道势概念。②建立了解析纳米表面化学作用电子结构机理的物理化学和数学模型，阐明纳米材料表面活性与稳定性对立统一辩证关系的物理本质源于电子轨道的归一化属性；揭示出尺寸减小增强纳米材料表面活性遵从表面轨道弱束缚效应与放大效应两种机制(Nano Res. 2022, 3812)。③提出纳米尺度协同化学吸附理论模型，揭示出配体及其覆盖度调控纳米材料能带及物理与化学性质的共性电子结构原理(Nano Lett. 2018, 7809)。
(3) 应用体系解析：①发现一种能在过氧根修饰亚纳米TiO2表面发生的新型非共价π-π作用模式，实验解析其源于过氧根与表面Ti原子形成的表面共轭π中心及π电子分布的纵向极化效应(Chem. Sci. 2021, 4411)。②在多相催化金属-载体相互作用(MSI)研究中，提出界面成键强度与密度是决定金属-载体相互作用模式、催化剂表面构型、电子结构状态及催化性能的根本结构因素(Nat. Commun. 2022, 327)。
基于纳米表界面化学领域的基础与应用研究，在JACS, Nat. Commun., Angew. Chem. In. Ed., Adv. Func. Mater., Nano Lett., Chem. Sci., Nano Res.,等期刊发表论文60余篇，其中一作或通讯作者论文30余篇。

代表成果

(1) Zhou, J.; Jiang, J. N.; Li, Y. Y.; Wu, Y. F.; Jia, W. Y.; Ling, Y. Q.; Wang, X. Y.; Chu, S. Q.; Zheng, L.; Liang, X.; Huang, W. X.; Wang, D. S.; Xiang, G. L. Unveiling Long-Range Wavelike Alternately Competitive and Cooperative Bond Coupling Modes in Single-Atom Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147 (33), 30239–30247. DOI: 10.1021/jacs.5c08955.
(2) Zhao, W.; Jia, W.; Zhou, J.; Zhai, T.; Wu, Y.; Rana, Z.; Sun, P.; Liu, Y.; Zhou, S.; Xiang, G.; Wang, X. Nanoscale Grain Boundary-Weakened Ce–O Covalency and Surface Confinement Intrinsically Boosting Ceria Surface Oxygen Reactivity. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147 (15), 13050–13058. DOI: 10.1021/jacs.5c03536.
(3) Zhou, J.; Gao, Z.; Xiang, G.; Zhai, T.; Liu, Z.; Zhao, W.; Liang, X.; Wang, L. Interfacial compatibility critically controls Ru/TiO2 metal-support interaction modes in CO2 hydrogenation. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 327. DOI: 10.1038/s41467-021-27910-4.
(4) Rafique, M. U.; Cui, P.; Jia, W.; Hussain, Z.; Wang, Y.; Rana, Z.; Xiang, G. Carbon-Aerogel-Confined MoO2 as a Robust Nanocatalyst for the Reverse Water–Gas Shift Reaction. Nano Lett. 2026, 26 (9), 3251−3257. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c00070.
(5) Xu, R.; Fan, Y.; Gu, J.; Cao, W.; Deng, R.; Rana, Z.; Lu, X.; Xu, C.; Xiang, G.; Li, H.; Wang, X. Enhancing Infected Wound Healing Through Scavenging Reactive Oxygen Species Using Synergetic Composites of Sub‐Nanoscale TiO2 with DNA. Adv. Funct. Mater. 2024, 2401307. DOI: 10.1002/adfm.202401307.
(6) Xiang, G. L. The Electronic Principle of Nanomaterial Surface Chemistry. Prog. Chem. 2024, 36 (6), 851–866. DOI: 10.7536/Pc240105.
(7) Cui, A.; Ouyang, Z.; Xu, C.; Wang, C.; Rana, Z.; Liu, R.; Hou, D.; Wang, L.; Li, H.; Xiang, G.; Xu, R. Sub‐Nanoscale Caffeic Acid‐Functionalized TiO2 Composite: Enhancing Mechanical Properties and Odontogenic Differentiation Capacity of Resin‐Based Dental Restoration. Small 2024, 21 (6), 2409447. DOI: 10.1002/smll.202409447.
(8) Ma, S. Q.; Zhao, W. X.; Zhou, J.; Wang, J. O.; Chu, S. Q.; Liu, Z. G.; Xiang, G. L. A new type of noncovalent surface-π stacking interaction occurring on peroxide-modified titania nanosheets driven by vertical π-state polarization. Chem Sci 2021, 12 (12), 4411–4417. DOI: 10.1039/d0sc06601j.
(9) Xiang, G.; Wang, Y.-G. Exploring electronic-level principles how size reduction enhances nanomaterial surface reactivity through experimental probing and mathematical modeling. Nano Res 2022, 15 (4), 3812–3817, Article. DOI: 10.1007/s12274-021-3910-1.
(10) Xiang, G. L.; Tang, Y.; Liu, Z. G.; Zhu, W.; Liu, H. T.; Wang, J.; Zhong, G. M.; Li, J.; Wang, X. Probing Ligand-Induced Cooperative Orbital Redistribution That Dominates Nanoscale Molecule-Surface Interactions with One-Unit-Thin TiO2 Nanosheets. Nano Lett. 2018, 18 (12), 7809–7815. DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03572.

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