吴晓楠

男， 南京大学， 副教授/副研究员/高级工程师或同等级别

学习/工作经历

2003.09-2007.07 北京化工大学 高分子材料专业本科
2007.09-2012.07 中国科学院化学研究所 物理化学 博士
2012.09-2015.08 德国柏林工业大学 博士后
2015.11-2022.01 复旦大学化学系 青年研究员
2022.02-2025.01 华东师范大学化学与工程学院 副研究员
2025.02-今 南京大学 苏州校区 前沿学院 原子制造研究院 副教授

研究领域和兴趣

质谱学，团簇

主要业绩

吴晓楠，南京大学苏州校区特聘研究员，洪堡学者。获批国家自然科学基金三项，包括面上项目，青年项目各一项，重大仪器研制项目课题负责人一项，总到账经费 400万。作为大科学仪器负责人之一参与江苏省发改委“南京大学原子极微制造实验设施”项目（到账经费1.9亿）大科学装置建设以及省科技厅“江苏省原子级制造新研发机构”项目（3000万）。获得中国分析测试协会科学技术奖 (CAIA奖) 二等奖，是中科院青岛能源所等多家研究所和公司的质谱技术顾问。领导研发超过10台质谱仪器，共发表SCI论文51篇，其中一作/通讯作者（含共同）论文18篇。主要成果如下：
主要研究方向为依据科学仪器自主研制的国家战略，研发面向小分子检测的质谱仪器，探索气相小分子结构和反应性质等科学前沿。主要研究成果有：
1. 原子级制造是指通过对原子的规模化精准操控，实现物质按需创制。从科学层面来讲，人类从认识原子、操控原子走向利用原子，实现原子级制造，是人类科学探索的伟大梦想。在江苏省发改委支持下，申请人参与“南京大学原子极微制造实验设施”（江苏省发改委项目奖，总投资1.9亿）以及省科技厅“江苏省原子级制造新研发机构”项目（3000万）。该装置“高强度精密操控原子团簇束流源+高分辨率磁电双聚焦质谱仪+斯塔克（Stark）型结构分离谱仪”核心技术方案，申请人负责并参与大装置质谱部分相关方案设计等工作。该装置是国际上性能最好的强束流，高效率，高分辨率，高质量数团簇原子制造装置。
2. 在高分辨率质谱中，具有超高质量分辨率和质量精度的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry，简称FT-ICR MS)面向化学，环境，材料，生物，医学等领域对于复杂化合物分析的重大需求，特别是石油等领域是必不可少的设备。此仪器美国于1974年发明，已发展50年多年，国内研究基础一片空白，也无样机，国外进口仪器价格高昂（1500万-1亿人民币）,已经出现禁运的问题。申请人团队在国内首次成功研发傅里叶变换离子回旋共振质谱 (FTICR)质量分析器，突破相关材料安装工艺问题，测试石油样品实现160万分辨率，国内目前为止最高的质量分辨率。
3. 自由基等高活性分子，其结构和反应性质一直是人们关注的重点。由于其高活性，短寿命和不稳定性，其表征非常困难，没有适合于这项研究的商业化质谱，自主研发基于离子阱，飞行时间质谱仪的气相分子离子反应的质谱，应用于惰性小分子活化转化机理的研究，我和团队成员结合多种技术研发四代仪器，研发仪器获得中国分析测试协会科学技术奖二等奖，团队使用仪器发表论文>190篇，Q1论文>35篇。该仪器支撑杰青1人，优青3人。该仪器实现90%零件国产化的质谱整机，并推广到北京理工大学，中科院青岛能源所等高校。利用研发的质谱仪及检测方法研究含自由基团簇反应性质，发现自由基单电子的离域和局域对反应活性的起决定性作用，此外影响含自由基团簇的尺寸效应。还研究了甲烷的C-H键活化机理，发现甲烷的C-H键活化，有相同产物情况下有着不同反应机理，包括氢原子转移，质子转移等。本人在此领域共发表SCI论文大于45篇，其中一作、通讯论文16篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.等杂志。
4. 异构体的分析一直是难点。质谱有质量选择功能，但无法直接给出立体结构信息，红外有结构分析功能但无法进行选择性分析。结合质谱的质量选择技术和红外的结构分析技术可以克服各自的局限，更全面表征分子的结构。将质谱的质量选择及红外光谱，光电子能谱结合的结构解析优势相结合，研发基于低温离子阱技术的质谱-红外光解离联用仪器以及质谱-光电子能谱仪器两套，可以获得单一质荷比离子的红外光谱或光电子能谱。此方法可以省去分离步骤，排除杂质干扰，谱峰明确，同时获得质量和结构信息。这项研究获得基金委国家重大科研仪器项目支持。本人为子课题负责人，并负责仪器整体方案设计和部件开发。利用这些设备研究甲烷的反应，一般认为甲烷非常稳定不容易活化，我们发现与金属碳化物作用后发现甲烷的四个C-H键都被活化，并通过质谱-红外光谱方法验证相关结构，证实碳原子插入到两个金属中间的反应现象，该工作在JACS Au发表被选为封面文章，获得审稿人高度评价。此外这类装置用于精确表征小分子的结构，可以与AI结合要给出材料大模型的基础物理化学数据。
5. 基于体外诊断，特别是癌症等重大疾病早期诊断研究需求，研发用于小分子代谢物检测的MALDI离子源反射式飞行时间质谱以及液相质谱-三重四极杆质谱仪，正在进行产业化推广。

代表成果

1. H. Wu, X.-N. Wu*, X. Jin, Y. Zhou, W. Li, C. Ji, M. Zhou*, Quadruple C-H Bond Activations of Methane by Dinuclear Rhodium Carbide Cation Rh2C3+, J. Am. Chem. Soc. Au 2021, 1, 1631-1638（封面文章）.
2. X.-N. Wu, X.-N. Li, X.-L. Ding, S.-G. He*, Activation of Multiple C-H Bonds Promoted by Gold in AuNbO3+ Clusters, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2444-2448
3. W. Li, X.-N. Wu*, Z. Liu, H. Wu, D. Zhang, X. Ding*, C/C Exchange in Activation/Coupling Reaction of Acetylene and Methane Mediated by Os+: A Comparison with Ir+, Pt+, and Au+, J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 8346-8351. （封面文章）
4. S .Li,; X.-N. Wu*,; S. Zhou*, Methane Activation by [OsC3]+: Implications for Catalyst Design J. Phys. Chem. Lett. 2023, 5236-5240.
5. B. Yuan, Z. Liu, X.-N. Wu*, S. Zhou*, On the distinct reactivity of two isomers of IrC4H2+ toward methane and water, Sci. China Chem. 2022, 65, 1720-1724.
6. W. Li, H. Wu, X. Ding*, X.-N. Wu*, The cycloaddition reaction of ethylene and methane mediated by Ir+ to generate a half-sandwich structure IrHCp+, Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 107196. IF:8.4, 2区。
7. X.-N. Wu, J. Li, M. Schlangen, S. Zhou, P. González-Navarrete, H. Schwarz*, Striking Doping Effects on Thermal Methane Activation Mediated by the Heteronuclear Metal Oxides [XAlO4].+ (X=V, Nb, and Ta), Chem. Eur. J. 2017, 23, 788-792. IF:5.0, 2区。
8. X.-N. Wu, S.-Y. Tang, H.-T. Zhao, T. Weiske, M. Schlangen*, H. Schwarz*, Thermal Ethane Activation by Bare [V2O5]+ and [Nb2O5]+ Cluster Cations: on the Origin of Their Different Reactivities, Chem. Eur. J. 2014, 20, 6672-6677. IF:5.0,2区。
9. 吴晓楠，吕丁丁等，首台国产傅里叶变换离子回旋共振质谱仪的研发，2025年
10. 吴晓楠，张谛，徐福兴，刘梓壮，周鸣飞，激光溅射超声分子束源-离子阱质谱装置及其操作方法，2019，CN201910705412.8，2020，CN110600360A

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