王太山

男， 北京理工大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2001.9-2005.8 陕西师范大学 获学士学位
2005.9-2010.6 中国科学院化学研究所 获博士学位
2010.6-2012.2 中国科学院化学研究所 博士后
2012.2-2014.2 香港大学 博士后
2014.2-2015.3 中国科学院化学研究所 助理研究员
2015.3-2021.4 中国科学院化学研究所 副研究员
2021.4-2023.12 中国科学院化学研究所 研究员
2023.12-今 北京理工大学 教授

研究领域和兴趣

内嵌稀土富勒烯的电子自旋材料研究

主要业绩

致力于内嵌稀土富勒烯的合成、结构表征、电子自旋特性和功能应用等研究。近年来，围绕内嵌稀土富勒烯中电子自旋的超高稳定性和纳米限域特性，系统开展了基于内嵌稀土富勒烯的分子自旋材料创制、自旋调控、自旋感知功能创建、自旋传感和测量应用研究。以第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commum.等期刊发表论文50余篇，共同编写《金属富勒烯—从基础到应用》中文专著1部，相关研究取得授权专利9件。2011年入选全国博管会香江学者计划；2015年入选厦门市第七批“双百计划”；2015年入选中国科学院青年创新促进会；2019年获评中国科学院青年创新促进会优秀会员；2020年获国家基金委优青青年科学基金资助。曾获中国科学院院长优秀奖、中科院北京分院科技成果转化奖二等奖、中科院化学所青年科学奖特别优秀奖、香江学者奖、徐元植顺磁共振波谱学优秀青年奖等奖励。
代表性工作包括：
1）内嵌稀土富勒烯分子自旋材料的合成和物性研究
利用稀土和碳笼的特点，开发了多种基于内嵌稀土富勒烯的新型分子自旋材料。如筛选和高效制备单自旋体系Sc3C2@C80和Y2@C79N，设计合成基于镧系元素的高自旋体系。利用电子顺磁共振波谱（EPR）技术表征了单自旋体系的EPR波谱和顺磁性质，利用磁学测量系统表征了高自旋体系的单分子磁体性质。
基于内嵌稀土富勒烯设计实现了自旋和荧光性质的集成。该设计将具有光学和磁学特性的两种稀土元素集成到单个富勒烯笼内，构建了一类发光的内嵌稀土富勒烯单分子磁体。如将稀土元素镝和铒集成到富勒烯笼内，构筑了兼具近红外荧光性质的内嵌稀土富勒烯单分子磁体DyErScN@C80（Nano Res., 2019）。进一步地，将稀土元素镝和钇集成到富勒烯笼内，构筑了兼具热致延迟荧光效应的单分子磁体DyY2N@C80（ACS Nano, 2021）。
基于内嵌稀土富勒烯设计实现了自旋和电导性质的集成。该设计将具有磁学特性的稀土元素内嵌到管状富勒烯笼内，构建了兼具高电导的分子自旋体系。例如我们合成分离得到了内嵌富勒管Ce2@C100，并对其分子磁性、单分子电导性质、超分子组装行为做了系统的研究（Angew Chem. Int. Ed., 2022）。
2）内嵌稀土富勒烯的电子自旋调控研究
电子自旋科学技术的应用取决于自旋调控技术的发展程度。基于内嵌稀土富勒烯探索电子自旋态的变化规律，发展可行有效的调控技术，将推动内嵌稀土富勒烯电子自旋材料的创新性应用。
化学方法调控内嵌稀土富勒烯的电子自旋。以单自旋体系的Sc3C2@C80和Y2@C79N为研究对象，发现笼上的加成反应可以调控笼内的电子自旋分布以及影响自旋与金属核的耦合，最终显著改变分子的EPR信号（Angew. Chem. Int. Ed., 2010；Chem. Commun., 2012）。
MOF孔道的纳米限域调控内嵌稀土富勒烯的电子自旋。提出利用纳米限域效应调控内嵌稀土富勒烯的电子自旋。我们将Y2@C79N填充到金属有机骨架化合物MOF-177晶体的孔笼中，发现碳笼上N原子会诱导Y2@C79N在孔笼内取向，自旋向各向异性转变（J. Am. Chem. Soc., 2015）。另外，还利用AZOMOF骨架中偶氮基团的光致异构来调控孔内Sc3C2@C80的自旋信号以及DySc2N@C80单分子磁体性能，实现了自旋光致调变(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018）。
分子环空腔的纳米限域调控内嵌稀土富勒烯的电子自旋。利用碳纳米环作为主体构筑超分子体系，利用主客体作用调控自旋。例如在Y2@C79N与碳纳米环4[CHBC]的超分子体系中，发现碳笼上N原子会诱导Y2@C79N在空腔内取向，自旋展现出轴对称EPR信号（Chem. Commun., 2019）。
设计具有双自旋中心的内嵌稀土富勒烯二聚体实现自旋可控调变。我们设计合成了Sc3C2@C80的自旋二聚体，发现了两个电子自旋中心的自旋-自旋相互作用对二聚体运动状态的依赖性，进一步地，在氯萘中通过控制温度和相变实现了自旋二聚体EPR信号的动态可控调变（Nano Res., 2021）。
3）内嵌稀土富勒烯的电子自旋感知功能创建与传感应用
在电子自旋调控研究基础上，发现了富勒烯笼内的电子自旋对笼外环境的灵敏响应性。基于此特性，首次提出和发展了基于内嵌稀土富勒烯的自旋感知技术。相继设计了多种感知体系。
内嵌稀土富勒烯电子自旋对局域弱磁场的感知功能。设计了Sc3C2@C80和氮氧自由基的双自旋体系，发现了Sc3C2@C80的电子自旋对氮氧自由基顺磁体的灵敏感应，利用这种较强的自旋-自旋相互作用进而实现了Sc3C2@C80的EPR信号开关状态的转换（Nat. Commun., 2015）。
内嵌稀土富勒烯电子自旋对分子机器转动的感知功能。我们设计了内嵌稀土富勒烯自旋对运动的感知体系，将两种转动速度不同的三蝶烯分子转子连接到Sc3C2@C80笼上，发现Sc3C2@C80的电子自旋对三蝶烯转子的运动速度具有响应性（Nanoscale, 2018）。
发现了内嵌稀土富勒烯的电子自旋对超分子主客体作用的感知。利用碳纳米环作主体与内嵌富勒烯构筑超分子体系，基于主客体作用，发现了自旋信号对纳米环尺寸、骨架基团等物化性质的响应。如研究了Sc3C2@C80与碳纳米环TB[12]CPP所形成的超分子体系中自旋与荧光性质的协同响应（Nano Res., 2023）。
实现了内嵌稀土富勒烯的电子自旋对多孔材料气体吸附性的传感应用。将内嵌稀土富勒烯植入到有机多孔材料孔道中，发现了自旋信号对多孔材料气体吸附性的感知。如将Sc3C2@C80植入到多孔材料MOF-177的纳米孔道中，基于自旋-晶格相互作用，发现Sc3C2@C80自旋信号可对气体的吸脱附过程进行感知（Nanoscale, 2018）。

代表成果

1.Wang Li, Fayu Qu, Linshan Liu, Zhuxia Zhang, Jiayi Liang, Yuxi Lu, Jie Zhang, Lin Wang*, Chunru Wang, Taishan Wang*, A Metallofullertube of Ce2@C100 with Carbon Nanotube Segment: Synthesis, Single-Molecule Conductance and Supramolecular Assembly, Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202116854. https://doi.org/10.1002/anie.202116854.
2.Mingzhe Nie, Jiayi Liang, Chong Zhao, Yuxi Lu, Jie Zhang, Wang Li, Chunru Wang, and Taishan Wang*, Single-Molecule Magnet with Thermally Activated Delayed Fluorescence Based on a Metallofullerene Integrated by Dysprosium and Yttrium Ions, ACS Nano, 2021, 15, 19080–19088. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05105.
3.Jie Zhang, Zhenlin Qiu, Chong Zhao, Yuxi Lu, Wang Li, Linshan Liu, Chunru Wang, Yuanzhi Tan, and Taishan Wang*, Synergistic modulation of spin and fluorescence signals in a nano-Saturn assembled by a metallofullerene and cycloparaphenylene nanohoop, Nano Res., 2023, 16, 3372–3378. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5158-9.
4.Haibing Meng, Yongqiang Chai, Chong Zhao, Mingzhe Nie, Chunru Wang and Taishan Wang*, Covalently bonded two spin centers of paramagnetic metallofullerene dimer, Nano Res., 2021, 14, 4658–4663. https://doi.org/10.1007/s12274-021-3398-8.
5.Yuxi Lu, Chong Zhao, Jie Zhang, Wang Li, Jiayi Liang, Linshan Liu, Yongguang Li, Chunru Wang, Taishan Wang*, A Molecular Brake Hoop for the Motion of Metal Atoms inside Fullerene Cage, Sci. China Chem., 2022, 65, 1607–1614. https://doi.org/10.1007/s11426-022-1302-9.
6.Wang Li, Chunru Wang and Taishan Wang*, Molecular Structures and Magnetic Properties of Endohedral Metallofullerenes, Chem. Commun., 2021, 57, 10317-10326.
7.Chong Zhao, Fupin Liu, Lai Feng, Mingzhe Nie, Yuxi Lu, Jie Zhang, Chunru Wang, and Taishan Wang*, Construction of A Double-Walled Carbon Nanoring, Nanoscale, 2021, 13, 4880-4886. https://doi.org/10.1039/D0NR08931A.
8.Jie Zhang, Chong Zhao, Haibing Meng, Mingzhe Nie, Qian Li, Junfeng Xiang, Zhuxia Zhang*, Chunru Wang, Taishan Wang*, Size-selective encapsulation of metallofullerenes by [12]Cycloparaphenylene and dissociation using metal-organic framework, Carbon, 2020, 161, 694-701. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.01.096.
9.Haibing Meng, Chong Zhao, Mingzhe Nie, Chunru Wang,* and Taishan Wang*, Optically Controlled Molecular Metallofullerene Magnetism via an Azobenzene-Functionalized Metal−Organic Framework, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 32607–32612. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b11098.
10.Chong Zhao, Haibing Meng, Mingzhe Nie, Qiang Huang, Pingwu Du*, Chunru Wang*, and Taishan Wang*, Construction of a short metallofullerene-peapod with a spin probe, Chem. Commun., 2019, 55, 11511-11514. https://doi.org/10.1039/C9CC05220H.

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