乔波涛

男， 中科院大连化学物理研究所， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1996.9-2000.7 山西大学化学系材料化学专业。
2000.8-2001.8 山西省进出口检验检疫局，临时工作人员。
2001.9-2008.3 中科院兰州化物所攻读硕博连读博士学位。
2008.4-2011.5 中科院大连化物所，博士后
2011.6-2012.2 中科院大连化物所，副研究员
2012.3-2015.2 美国亚利桑那州立大学物理系，合作研究
2015.3-2017.5 中科院大连化物所，副研究员
2017.6-现在 中科院大连化物所，研究员

研究领域和兴趣

多相催化，纳米催化

主要业绩

成功创制了首例负载单原子催化剂Pt1/FeOx，采用球差校正扫描透射电子显微技术+X-射线吸收光谱+CO 吸附红外光谱+理论计算的综合表征模式，从原子尺度阐明单原子在载体上的结构特征和稳定机制，揭示了单原子和载体协同催化的新机理。据此，所在课题组在国际上提出了“单原子催化（Single-Atom Catalysis）”概念，受到催化学界的广泛关注和认可，现已发展成为国际催化领域最活跃的研究前沿之一。迄今以第一和通讯作者（含共同）在Nat. Chem.（1）、Chem. Rev.（1）、Sci. Adv.（1）、Account Chem Res (1)、Joule (1)、Chem (3)、Nat. Commun.(8)、J. Am. Chem. Soc.(5)、Angew. Chem. Int. Ed.(10)、ACS Catal.(6)、Chin. J. Catal.(10)等国际顶级与催化主流刊物身份表论文90余篇，引用20 000余次，单篇最高引用6000余次，连续几年入选科睿唯安高被引科学家。由于在单原子催化领域的创新性研究成果，获首届《中国催化新秀奖》、辽宁省自然科学学术成果特等奖和纳米研究青年科学家奖（2022）；入选首届“兴辽英才青年拔尖”人才，获首届辽宁省杰青支持。担任《物理化学学报》等三个期刊的编委和《催化学报》等多个期刊青年编委。
长期围绕“单原子催化”开展应用基础研究，在单原子催化剂1）独特几何结构与催化性能、2）中心原子配位结构与电子性质调控以及3）稳定机制等方面取得系列创新性研究成果：
1） 证明单原子催化剂有望作为沟通均多相催化的桥梁，推动均多相催化融合
选取氢甲酰化这一工业均相催化过程为探针反应，通过构筑活性位均一的铑单原子催化剂，实现了与均相催化剂相当甚至更高的催化活性，且具有重复使用性能，率先证明上单原子催化有望成为沟通均多相催化的桥梁（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 16054，“Hot Paper”，后封面文章，引用500余次，ESI高引论文）。之后将单原子催化的氢甲酰化与水汽变换反应耦合，通过产生的原位氢配合物与底物相结合，可选择性地得到直链产物，实现单原子催化剂上氢甲酰化反应的区域选择性调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7430）。
2） 发现单原子催化剂的金属载体强相互作用（SMSI），实现单原子配位结构和电子性质的精细调控
金属-载体强相互作用（strong metal-support interaction, SMSI）是多相催化领域的一个重要概念，对于负载型催化剂的稳定性意义重大。自2015年起，对SMSI进行了较为系统的研究，先后发现系列新型金属载体强相互作用 （J Am Chem Soc 2016, 138, 56，引用400余次；Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10606；Sci Adv 2017, 3 (10), e1700231，引用500余次，Chem Sci 2018, 9, 6679）。特别是金属粒径尺寸依赖SMSI的发现（Nat Commun 2020, 11, 5811，引用250余次）为单原子催化剂的SMSI发现奠定了基础。首次揭示铂单原子也能发生SMSI，但其发生温度远高于铂纳米粒子。另外，与纳米粒子不同的是，单原子发生强相互作用不会被载体包裹，但原子配位结构发生改变，同时引起电子性质的改变（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11824，“Hot Paper”，引用500余次，ESI高引论文）。利用此发现，实现了催化剂的活性/选择性调控（Nat Commun, 2022, 13, 4244，Editor Highlighted；Nat. Commun., 2022, 13, 2648，Editor Highlighted；Nano Res 2022, 15, 10037, Small 2022, 18, e2204490）。
3） 提出单原子共价强相互作用，实现高载量、高稳定单原子催化剂制备。
单原子催化剂的热稳定性是单原子催化剂走向实用化的主要制约因素之一，也是单原子催化领域最具挑战性的难题。提出“金属-载体共价相互作用(strong covalent metal-support interaction, CMSI)”的概念（Nano Res. 2015, 8, 2913，引用500余次，ESI高引论文）。利用Pt与氧化铁之间的CMSI，成功制备负载量提升十倍以上的Pt单原子催化剂，且在800 oC高温焙烧后保持稳定，为高载量、高热稳定单原子催化剂的制备提供通用且简易的方法（Nat. Commun. 2019, 10, 234，引用600余次，ESI高引论文）。利用该策略可以实现系列单原子催化剂的简易和规模化制备（Nat. Commun. 2020, 11, 1263，引用300余次，ESI高引论文；J. Chem. Phy. 2021, 154, 131105; ChemNanoMat 2021, 7, 526, 封面文章；Sci. Chin. Mater., 2020, 63, 949，封面文章）。还成功构筑了高稳定性镍（Ni）基单原子催化剂并应用于甲烷干整反应，首次证明单原子催化剂在该反应中具有本征抗积炭性质并揭示原因（Nat. Commun. 2019, 10, 5181，引用560余次，ESI高引论文），并受邀撰写相关综述论文（Cell Rep Phys Sci 2023, 101310）。
由于上述系统性研究工作，近期受邀在《Accounts of Chemical Research》期刊撰写题为“Covalent and strong metal-support interactions for robust single-atom catalysts”综述文章（接收）。

代表成果

1 Qiao, B., Wang, A., Yang, X., Allard, L. F., Jiang, Z., Cui, Y., Liu, J., Li, J. & Zhang, T. Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx. Nat Chem 3, 634-641, doi:10.1038/nchem.1095 (2011).
2 Qiao, B., Liang, J.-X., Wang, A., Xu, C.-Q., Li, J., Zhang, T. & Liu, J. J. Ultrastable single-atom gold catalysts with strong covalent metal-support interaction (CMSI). Nano Research 8, 2913-2924, doi:10.1007/s12274-015-0796-9 (2015).
3 Tang, H., Wei, J., Liu, F., Qiao, B., Pan, X., Li, L., Liu, J., Wang, J. & Zhang, T. Strong Metal–Support Interactions between Gold Nanoparticles and Nonoxides. Journal of the American Chemical Society 138, 56-59, doi:10.1021/jacs.5b11306 (2016).
4 Lang, R., Li, T., Matsumura, D., Miao, S., Ren, Y., Cui, Y. T., Tan, Y., Qiao, B., Li, L., Wang, A., Wang, X. & Zhang, T. Hydroformylation of Olefins by a Rhodium Single-Atom Catalyst with Activity Comparable to RhCl(PPh3 )3. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 16054-16058, doi:10.1002/anie.201607885 (2016).
5 Tang, H., Su, Y., Zhang, B., Lee, A. F., Isaacs, M. A., Wilson, K., Li, L., Ren, Y., Huang, J., Haruta, M., Qiao, B., Liu, X., Jin, C., Su, D., Wang, J. & Zhang, T. Classical strong metal-support interactions between gold nanoparticles and titanium dioxide. Sci Adv 3, e1700231, doi:10.1126/sciadv.1700231 (2017).
6 Akri, M., Zhao, S., Li, X., Zang, K., Lee, A. F., Isaacs, M. A., Xi, W., Gangarajula, Y., Luo, J., Ren, Y., Cui, Y.-T., Li, L., Su, Y., Pan, X., Wen, W., Pan, Y., Wilson, K., Li, L., Qiao, B., Ishii, H., Liao, Y.-F., Wang, A., Wang, X. & Zhang, T. Atomically dispersed nickel as coke-resistant active sites for methane dry reforming. Nature Communications 10, 5181, doi:10.1038/s41467-019-12843-w (2019).
7 Lang, R., Xi, W., Liu, J.-C., Cui, Y.-T., Li, T., Lee, A. F., Chen, F., Chen, Y., Li, L., Li, L., Lin, J., Miao, S., Liu, X., Wang, A.-Q., Wang, X., Luo, J., Qiao, B., Li, J. & Zhang, T. Non defect-stabilized thermally stable single-atom catalyst. Nature Communications 10, 234, doi:10.1038/s41467-018-08136-3 (2019).
8 Han, B., Guo, Y., Huang, Y., Xi, W., Xu, J., Luo, J., Qi, H., Ren, Y., Liu, X., Qiao, B. & Zhang, T. Strong Metal-Support Interactions between Pt Single Atoms and TiO2. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 59, 11824-11829, doi:10.1002/anie.202003208 (2020).
9 Lang, R., Du, X., Huang, Y., Jiang, X., Zhang, Q., Guo, Y., Liu, K., Qiao, B., Wang, A. & Zhang, T. Single-Atom Catalysts Based on the Metal–Oxide Interaction. Chem. Rev. 120, 11986-12043, doi:10.1021/acs.chemrev.0c00797 (2020).
10 Du, X., Huang, Y., Pan, X., Han, B., Su, Y., Jiang, Q., Li, M., Tang, H., Li, G. & Qiao, B. Size-dependent strong metal-support interaction in TiO2 supported Au nanocatalysts. Nature Communications 11, 5811, doi:10.1038/s41467-020-19484-4 (2020).

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