中山大學劉教授頂尖課題組申請攻略

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教授簡介與(yu) 研究背景

劉教授祖先中山大學材料科學與(yu) 工程學院教授、博士生導師，是能源材料與(yu) 時代領域的知名學者。其學術經曆凸顯國際化視野與(yu) 跨學科交叉能力：2003年於(yu) 中國科學院長春應用化學研究所獲得理學博士學位後，先後在芬蘭(lan) 東(dong) 芬蘭(lan) 大學（瑪麗(li) 居裏學者）、德國德雷斯頓工業(ye) 大學（洪堡學者）從(cong) 事研究工作，2017年通過中山大學“百人計劃”引進入職。

劉教授的研究背景保留了技術轉化導向。早期研究集中於(yu) 納米材料界麵化學（如富勒烯功能化複合材料的構建），後期逐步轉向材料與(yu) 二維材料的開發及其在能源與(yu) 環境領域的應用。

在歐洲，他係統探索了貴金屬氣電解質的合成及其在燃料電池中的催化性能，相關(guan) 成果發表於(yu) 《德國應用化學》（Angewandte Chemie）、《材料化學》（Chemistry of Materials ） ）等頂尖期刊，並參與(yu) 歐盟及德國能源材料研發項目。可能通過課題組奠定了“材料設計-結構調控-器件集成”三個(ge) 一體(ti) 的研究框架。

榮譽方麵，劉教授先後獲得歐盟瑪麗(li) 居裏項目（2009）、德國洪堡項目（2010）、德國本生學會(hui) 熱點主題獎（2014）及中山大學急需青年人才傑出支持（2017），2020年光電材料與(yu) 技術國家實驗室重點固定人員，展示其研究成果的學術影響力與(yu) 技術應用潛力。

主要研究方向與(yu) 成果分析

劉教授課題組以第四材料與(yu) 二維材料的創新開發為(wei) 核心，圍繞加快能源轉換、傳(chuan) 感器件和光學加密三大應用方向開展係統性研究，近年取得突破性進展：

（1）加快能源轉換材料：針對燃料電池催化劑活性與(yu) 穩定性不足的問題，劉教授團隊創新性地全麵提升了升級金屬氣催化劑的設計策略。例如，在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials ）發表的研究中，通過構建PtNi納米框架/氮化石墨催化劑複合結構，實現了氧還原反應（ORR）催化活性（質量活化達到1.45 A） mg⁻¹）與(yu) 係統（循環5000次後活性保持92%）的良好提升。此成果的關(guan) 鍵在於(yu) 利用氣體(ti) 存儲(chu) 器的三維連續導電網絡和分區拓撲結構，既增加活性位點接入，又優(you) 化傳(chuan) 輸質路徑。

（2）高性能傳(chuan) 感器材料：團隊在《Small》發表的綜述“Versatile Aerogels for Sensors”係統總結了氣體(ti) 聚合物在氣體(ti) 傳(chuan) 感、生物檢測領域的獨特優(you) 勢。實驗層麵，他們(men) 開發了鎢氧化物/石墨氧化烯氣體(ti) 傳(chuan) 感器（Small, 2021）通過引入低含量鉑摻雜，顯著增強了對氧氣的高氧氣檢測（響應值>80%@100） ppm），且具備選擇性與(yu) 長期穩定性。該工作揭示氣態的開關(guan) 結構可有效調節電子傳(chuan) 遞與(yu) 氣體(ti) 吸附動力學，為(wei) 新型傳(chuan) 感材料設計提供理論依據。

（3）光學加密材料：近期發表於(yu) 《德國應用化學》的“基於(yu) 熱敏聚合物水凝膠的雙鎖標簽”研究，創新性地將熱敏水凝膠與(yu) 熒光標記結合，開發出具有溫度/化學雙重響應特性的信息加密材料。該材料在接下來提出光學加密，僅(jin) 在特定刺激下釋放信息，為(wei) 防偽(wei) 與(yu) 信息安全領域提供新思路。

研究方法與(yu) 特色

劉教授課題組的研究方法具有以下顯著特點：

（1）多電極材料設計：來自原子級摻雜（如鉍摻雜鎳氣電解質，Angew.化學。 2020）到介觀調控結構（如共價(jia) 有機框架薄膜的線索生長，JACS 2022），團隊通過跨維度微調材料性能。例如，在燃料電池催化劑開發中，既注重鉑鎳合金的電子結構修飾以增強本征活性，又通過三維結構設計提升傳(chuan) 質效率。

（2）原位表征技術：團隊廣泛采用同步輻射X射線吸收譜（XAS）、原位震動電鏡（in-situ TEM）等手段，實時追蹤材料在吸附過程中結構的演變。馬特。 2016）時，通過原位加速測試結合表征，明顯出現了心血管塌陷與(yu) 活性位點啟動是催化劑失效的主因，進一步指導穩定性優(you) 化策略。

（3）學科交叉融合：課題組深度整合材料化學、均衡與(yu) 理論計算：例如，與(yu) 丹麥技術大學合作開展的PtNi催化劑研究（Angew.化學。 2021），通過密度泛函理論（DFT）計算揭示了氮摻雜載體(ti) 碳對鉑d帶中心的調控機製，為(wei) 實驗設計提供理論預測。

研究前沿與(yu) 發展趨勢

當前，劉教授課題組的前沿探索集中在以下方向：

（1）單原子催化劑與(yu) 氣凝膠複合體(ti) 係：近期工作（Adv.能源材料。 2021）已嚐試將單原子分散的活性位點嵌入三維載體(ti) ，未來可能進一步開發“單原子納米顆粒”良好體(ti) 係，兼顧高原子利用率與(yu) 快速反應動力學。

（2）智能響應材料的多功能集成：基於(yu) 熱敏/光響應水電解質的研究積累，課題組正探索將動態材料特性與(yu) 能源器件結合，例如開發可自適應環境濕度的燃料電池質子交換膜，或光控催化反應界麵。

（3）機器學習(xi) 輔助材料篩選：團隊在2022年發表的COF薄膜合成研究中（JACS）已闡述了對合成參數的係統優(you) 化，未來或引入機器學習(xi) 算法，加速材料的結構-性能預測關(guan) 係解析與(yu) 新材料。

對有意申請教授課題組的建議

對於(yu) 申請劉教授課題組暑期科研或碩博項目的學生，建議從(cong) 以下方麵提升對比：

（1）夯實學科基礎

· 必修知識：物理化學（減速原理）、材料表征技術（SEM/TEM/XPS等）、納米材料合成方法。

· 延伸學習(xi) ：閱讀課題組近年發表的5篇核心論文（如Angew.化學。 2021，小2021），重點理解其實驗設計邏輯與(yu) 表征手段。

（2）強化實驗技能

·掌握氣凝膠製備（溶膠-凝膠法、超臨(lin) 界幹燥）、電化學測試（CV、EIS）等關(guan) 鍵技術，可通過校內(nei) 實驗課程或虛擬仿真平台（如Coursera材料合成專(zhuan) 題）提前演練。

·若有條件，參與(yu) 相關(guan) 科研項目並積累至少1項材料合成或器件建造經驗。

（3）強調跨思維劉教授團隊利益與(yu) 交叉背景的申請者。例如：

·化學專(zhuan) 業(ye) 學生可補充計算材料學基礎（VASP/Materials Studio入門）；

·工程背景學生需加強對催化的理解，建議選修《電化學原理與(yu) 技術》（劉教授主講課程）。

（4）申請材料準備

· 研究還原計劃：結合課題組提出方向創新點，例如“MXene/氣導熱複合材料的表麵修飾及CO2電性能研究”，需體(ti) 現對前沿動態的把握。

· 溝通：郵件聯係時建議附上對某篇論文的技術疑問或改進策略，發起主動思考能力。

（5）長期發展建議

課題組與(yu) 德國、丹麥多所高校保持合作，鼓勵學生參與(yu) 聯合培養(yang) 。意識向者需提前可強化英語科技寫(xie) 作能力（參考《非母語科學研究寫(xie) 作》），並關(guan) 注國家留學基金委（CSC）項目申請節點。