袁清紅，女，研究員，現任華東師范大學物理系副教授。

 教育及工作經歷： 

2015/08–現在 華東師范大學紫江青年學者，研究員。

2012/08–2015/07 華東師范大學副教授。

2010/02–2012/07 香港理工大學博士后。

2005/08–2010/01 香港中文大學哲學博士。

2002/09–2005/07 廈門大學理學碩士。

1998/09–2002/07 湖南師范大學理學學士

學術兼職：

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研究方向：

多年來一直從事新型納米材料以及固體表面催化的理論研究，在二維材料生長，結構，性質以及固體表面催化機制方面具有較好的研究基礎。 理論研究工作受到國內外同行的廣泛關注，被國外媒體網站廣泛報導及著名期刊Science, PNAS等引用。

一.新型納米材料結構，性質及生長機制

1. 碳納米管CVD生長機制及缺陷消除

我們通過理論計算提出碳納米管生長的決速步是碳原子從金屬催化劑表面加入到碳納米管并成為碳管一部分的過程。通過考察Armchair型碳納米管在Fe，Co，Ni這三種催化劑表面的生長速度，我們發現Fe是碳納米管高速生長的優良催化劑。在1300K的溫度下，Armchair型碳納米管在Fe催化劑表面的生長速度可達到10⁶ nm/s，這與目前絕大部分的實驗結果一致。

與Armchair碳納米管不同，Zigzag碳納米管的每一環碳原子的生長都需要經歷一個成核過程，因此其生長速度大大低于Armchair及其它類型的手性碳納米管。生長溫度在1000K左右時，Zigzag碳納米管在Fe，Co，Ni催化劑表面的生長速度分別為Armchair碳納米管的10^-3，10^-4，10^-5。此外，Zigzag碳納米管的生長速度還與其管徑大小密切相關。

碳納米管的電子性質與其手性有很大關系，生長過程中保持特定的手性對實現其在電子器件領域的應用具有非常重要的意義。基于理論分析和計算，我們提出碳納米管生長過程中最有可能的拓撲缺陷是五元環和七元環成對的缺陷（五/七缺陷對），一定溫度下，碳納米管中的五/七缺陷對濃度可低至10^-11，即cm長度的碳管內沒有任何缺陷。該研究結果發表在Phys. Rev. Lett. 108, 245505, 2012，圖3b。已被Science, PNAS等多個著名雜志引用，并引起了包括美國自然科學基金網等眾多國外媒體網站的關注和報導。

2. 石墨烯性質及CVD生長機制

我們的理論計算表明，可將石墨烯納米帶直立金剛石襯底上，并且石墨烯納米帶在金剛石襯底上發生直立后仍然能保持其原來的電子性質。由于單個石墨烯陣列之間的間距可以窄到~1nm，因此可利用石墨烯陣列來制作高密度電子器件，用該辦法合成出來的場致發射器的電子密度理論上可達到10¹³cm^-2。這一研究結果發表在化學類頂尖雜志J. Am. Chem. Soc. 133, 16072, 2011。并引起國際同行及媒體的廣泛關注，有超過50家國外媒體和網站對該研究結果進行了報導。

石墨烯生長過程中存在一個含有三個五元環的C₂₁幻數結構，其存在的主要原因是由于其結構的高對稱性，以及邊緣C原子與金屬襯底的強相互作用。這一發現合理地解釋了石墨烯成核早期實驗上所觀測到的在金屬表面大小均勻的碳原子幻數團簇。研究成果發表在J. Am. Chem. Soc. 134, 2970, 2012。

我們基于理論計算結果預測，根據金屬催化劑襯底的性質不同，石墨烯在其表面生長所采取的生長模式也不一樣，分別有平臺生長（on-terrace growth），臺階生長(step-derived growth)以及嵌入生長(self-embedded growth)三種可能的模式。生長模式的不同會導致石墨烯生長取向的不一樣。這一預測結果已被韓國著名實驗小組證實。  

 二. 固體表面催化

1. 鋁團簇表面小分子催化

結合密度泛函理論，高精度的后自洽場計算方法以及從頭算的分子動力學方法，我們對金屬及半導體表面化學催化進行了探討。發現某些金屬納米團簇的表面與大塊金屬表面具有類似的表面性質及相似的催化機制。首次提出DFT計算在處理小分子與金屬鋁表面的化學吸附時，由于存在自相互作用誤差(SIE)而大大低估了反應的勢壘，解釋了長期以來關于鋁金屬表面小分子理論計算和實驗得出不一致結論的根本原因。  

2. Si(100)表面氫脫附及重構 

承擔科研項目情況：

1、國家自然科學基金青年項目一項,25萬。 

2、中科院信息功能國家重點實驗室開放課題一項,10萬。

3、上海市“浦江人才計劃”,20萬。

科研成果：

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已發表SCI論文25篇，大部分發表在高水平的期刊雜志上，如物理類頂尖期刊Phys. Rev. Lett.，化學類頂尖期刊J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Nano，材料類頂尖期刊Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，以及Nature Commun.等。

發表英文論文：

2015

1. Gang Wang, Miao Zhang, Su Liu, Xiaoming Xie, Guqiao Ding, Yongqiang Wang, Paul K. Chu, Heng Gao, Wei Ren, Qinghong Yuan,* Peihong Zhang, Xi Wang and Zengfeng Di,* “Synthesis of Layer-Tunable Graphene: A Combined Kinetic Implantation and Thermal Ejection Approach”, Adv. Funct. Mater., 25, 3666-3675, 2015.

2. Qinghong Yuan,* Feng Ding,* “How a Zigzag Carbon Nanotube Grows” Angew. Chem. Int. Edit, 54, 6068, 2015. 2015.

3. Guangyuan Lu, Tianru Wu, Qinghong Yuan, Huishan Wang , Haomin Wang, Feng Ding, Xiaoming Xie,* Mianheng Jiang, “Synthesis of large single-crystal hexagonal boron nitride grains on Cu-Ni alloy” Nat. Commun., doi: 10.1038/ncomms7160, 2015.

2014

4. Van Luan Nguyen , Bong Gyu Shin , Dinh Loc Duong , Sung Tae Kim , David Perello ,Young Jin Lim , Qing-Hong Yuan , Feng Ding , Hu Young Jeong , Hyeon Suk Shin, Seung Mi Lee , Sang Hoon Chae , Quoc An Vu , Seung Hee Lee , and Young Hee Lee,* “Seamless Stitching of Graphene Domains on Polished Copper (111) Foil” Adv. Mater. 27(8), 1376-1382, 2014.

5. Qinghong Yuan, Feng Ding,* “Formation of Carbyne and Graphyne on Transition Metal Surfaces” Nanoscale, 6(21), 12727-12731, 2014.

6. Qinghong Yuan, Boris I. Yakobson,* and Feng Ding,* “Edge-Catalyst Wetting and Orientation Control of Graphene Growth by Chemical Vapor Deposition Growth”, J. Phys. Chem. Lett. 5(18), 3093−3099, 2014.

7. Qinghong Yuan,* Guangyao Song, Deyan Sun, Feng Ding,* "Formation of Graphene Grain Boundaries on Cu(100) Surface and a Route Towards Their Elimination in Chemical Vapor Deposition Growth", Sci. Rep., 4, 6541, 2014.

8. Xian-Zhi Yao, Zheng Guo, Qing-Hong Yuan, Zhong-Gang Liu, Jin-Huai Liu, and Xing-Jiu Huang,* “Exploiting Differential Electrochemical Stripping Behaviors of Fe3O4 Nanocrystals toward Heavy Metal Ions by Crystal Cutting”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6(15), 12203–12213, 2014.

2013

9. WenqianWu, YangYang, Qinghong Yuan, Deyan Sun,* “The collapse of an elastic tube induced by encapsulated liquid droplets”, SOFT MATTER, 9(41), 9774-9779, 2013.

10. Haixin Chang, Zhenhua Sun, Mitsuhiro Saito, Qinghong Yuan, Han Zhang, et. al. “Regulating Infrared Photoresponses in Reduced Graphene Oxide Phototransistors by Defect and Atomic Structure Control”, ACS NANO, 7(7), 6310-6320, 2013.

11. Qinghong Yuan, Li Li, Qianshu Li, Feng Ding,* “The Effect of Metal Impurities on the Tensile Strength of Carbon Nanotubes: A Theoretical Study”, J. Phys. Chem. C,117(10), 5470–5474, 2013.

2012

12. Qinghong Yuan, ZhipingXu, Boris Yakobson, Feng Ding,* “Efficient Defect Healing in Catalytic Carbon Nanotube Growth”,Phys. Rev. Lett., 108 (24), 245505, 2012.

13. Qinghong Yuan, Zhifeng Liu,* “Reply to the ‘Comment on “Dynamic factors in the reactions between the magic cluster Al13- and HCl/HI”: A wavefunction instability problem.”, Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (18), 6641-6642, 2012.

14. Qinghong Yuan, Junfeng Gao, Haibo Shu, Jijun Zhao,* Xiaoshuang Chen,* Feng Ding,* “Magic Carbon Clusters in the Chemical Vapor Deposition (CVD) Growth of Graphene”, J. Am. Chem. Soc., 134 (6), 2970-2975, 2012.

2011

15. Qinghong Yuan, Hong Hu, Feng Ding,* “Threshold Barrier of Carbon Nanotube Growth”, Phys. Rev. Lett., 107(15), 156101, 2011.

16. Qinghong Yuan, Hong Hu, Junfeng Gao, Feng Ding,* Zhifeng Liu, Boris Yakobson,* “Upright Standing Graphene Formation on Substrates ”, J. Am. Chem. Soc., 133 (40), 16072-16079, 2011.

17. Junfeng Gao, Qinghong Yuan, Hung Hu, Jijun Zhao, Feng Ding,* “Formation of Carbon Clusters in the Initial Stage of Chemical Vapor Deposition Graphene Growth on Ni(111) Surface”, J. Phys. Chem. C, 115(36), 17695-17703, 2011. (co-first author)

18. Qinghong Yuan, Jiabo. Li, and Zhi-feng Liu,* “Dynamic factors in the reaction between the magic cluster Al13- and HCl/HI” Phys. Chem. Chem. Phys., 13(20), 9871-9879, 2011.

19. Jinlan Wang, Liang Ma, Qinghong Yuan, Liyan Zhu, and Feng Ding,* “Transition Metal Catalyzed Unzipping Single-Walled Carbon Nanotubes into Narrow Graphene Ribbons at Low Temperature”, 2011, Angew. Chem. Int. Edit, 50(35), 8041, 2011.

20. Q.J. Zhang, B. Li, Q.H. Yuan, BH Li, Z.F. Liu, L.A. Chen, “The isomeric effect on the adjacent Si dimer didechlorination of trans and iso-dichloroethylene on Si(100)-2 x 1”,Phys. Chem. Chem. Phys., 13(15), 7090, 2011.

2010

21. Q.H Yuan, J.B. Li, X.L. Fan, W.M. Lau and Zhi-Feng Liu.,* “A barrier for the Al13-+O2 reaction and its implication for the chemisorption of O2 on Al(111)” Chem. Phys. Lett., 489(1-3), 16-19, 2010.

22. Q.H. Yuan, Q.S. Li, K.D. Wang, Zhi-feng Liu, “An intermediate in the STM tip-induced atomic process on H/Si(100) surfaces: theoretical investigation” Phys. Rev. B, 81(20), 205301, 2010.

23. H.X. Chang, Z.H. Sun, Q.H. Yuan, F. Ding, X.M. Tao, F. Yan, Z.J. Zheng, “Thin Film Field-Effect Phototransistors from Bandgap-Tunable, Solution-Processed, Few-Layer Reduced Graphene Oxide Films”, Adv. Mater., 22(43), 4872-4876, 2010.

2003

24. X. Lu, Q.H. Yuan, Q. Zhang, “Sidewall-Epoxidation of Single-Walled Carbon Nanotubes: A Theoretical Prediction.” Org. Lett., 5(19), 3527-3530, 2003.

25. X. Lu,* X.L. Wang, Q.H. Yuan, “Diradical mechanisms for the cycloaddition reactions of 1,3-butadiene, benzene, thiophene, ethylene, and acetylene on a Si(111)-7x7 surface.”J AM. CHEM. SOC., 125(26), 7923-7929, 2003.

發表中文論文：

1 石墨烯化學氣象沉積法生長機理 丁峰; 袁清紅; 王璐; 張秀云; 高俊峰 中國化學會第29屆學術年會摘要集——第36分會：納米體系理論與模擬 2014-08-04

2 碳納米管CVD生長速度及缺陷消除的理論研究 袁清紅; 丁峰 中國化學會第29屆學術年會摘要集——第36分會：納米體系理論與模擬 2014-08-04

3 石墨烯CVD生長機理及其控制的理論研究 袁清紅; 丁峰 中國化學會第十二屆全國量子化學會議論文摘要集 2014-06-12

4 Structure of Lennard–Jones nanowires encapsulated by carbon nanotubes 優先出版 吳雯倩; 田明麗; 陳航燕; 袁清紅; 孫得彥 Chinese Physics B 2013-12-26

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袁清紅：首次揭示Zigzag型碳納米管生長機制

國際著名化學期刊《Angewandte Chemie InternationalEdition》(《德國應用化學》,SCI影響因子11.336) 第54期發表我校物理學系副教授袁清紅論文“How a Zigzag Carbon Nanotube Grows”，并將該文選為封底文章。論文首次從理論上揭示了被稱之為Zigzag碳納米管的生長機制，解釋了實驗上一直難以獲得Zigzag碳納米管的根本原因，提出通過催化劑選擇和改善實驗條件獲得Zigzag碳納米管的實驗手段。

Zigzag單壁碳納米管（綠色碳管）的生長速度比其它手性碳納米管（黃色碳管）慢，產率較低。

Zigzag單壁碳納米管的微觀生長機制：

每一圈碳原子的加入都需要經歷一個一維成核過程

碳納米管的電學性能與其幾何結構密切相關，實現碳納米管的結構可控制備是推動碳納米管電子學的重要前提之一。目前實驗上最常見的用來合成碳納米管的方法是化學氣相沉積（CVD）法。然而，大量實驗研究發現用該方法所獲得的碳納米管大部分為螺旋角度較大的碳納米管，螺旋角度為零的Zigzag碳納米管極少能被獲得。長久以來，這一問題一直困擾實驗科學家。 　　

針對這一實驗現象，袁清紅與香港理工大學的丁峰教授合作，對Zigzag碳納米管的生長機制進行深入研究，發現其結構與其它手性碳納米管的根本不同之處在于，其生長的開口端是由完全封閉的圓形碳鏈組成的，這導致Zigzag碳納米管的生長必須經歷一維成核過程。 　　

袁清紅與其合作者通過理論計算證明這一成核過程須克服一個很高的勢壘，因此極大地降低了Zigzag碳納米管的生長速度，導致Zigzag碳納米管在實驗上很難被獲得和發現。此外，這一理論結果還發現，可通過選擇活性高的金屬催化劑（如Fe）以及較高的實驗溫度來獲得更高產量的Zigzag碳納米管并且Zigzag碳納米管的生長速率正比于其直徑。這些理論預言還有待實驗科學家的進一步驗證。

袁清紅在物理學系高性能計算機房

袁清紅近年來對碳納米管和石墨烯的CVD生長機制進行了深入的研究。前期工作包括第一作者論文Phys. Rev. Lett.兩篇，J. Am. Chem. Soc.兩篇，這次發表的論文是對前期研究工作的拓展和完善，也是她在華東師大入職后獨立發表的首篇頂級雜志論文。此外，袁清紅與香港理工大學丁峰教授課題組及國內外實驗工作者保持著良好的合作關系，合作發表的頂級雜志論文包括Nat. Commun.，ACS Nano， Adv. Mater.。