施祖进，男，1964.9出生，化学学院副教授

1996.7. 北京大学 博士  论文 富勒烯金属笼内包合物和碳纳米管的研究 

1996.7－1998.6. 北大化学学院无机化学专业博士后 

研究方向 富勒烯笼内金属包合物的制备、结构及性质研究 团簇及高碳原子簇化学和物理性质研究

   富勒烯是仅由碳原子组成的具有封闭笼形结构的C₆₀、C₇₀、C₇₆ 、C₇₈、C₈₄∙∙∙等全碳分子的总称，是碳的第三种同素异形体。在富勒烯中空的笼内可以填入其他原子而形成包合物，具有准一维笼形结构的碳纳米管，虽然没有确定分子量，也属于全碳分子讨论范畴。富勒烯金属包合物和碳纳米管是目前科学研究的前沿，它们在材料科学、医学、生物学等方面具有广泛的应用前景。

本人在博士后期间和出站以后一直从事富勒烯金属包合物和碳纳米管方面的研究工作。所取得的主要研究成果介绍如下：

1、  单层碳纳米管的高产率合成和纯化
    以稀土金属（或碱土金属）和镍的合金为催化剂，用直流电弧法实现了单层碳纳米管的高产率和大量合成；使用高气压（2大气压）氦气氛下的电弧蒸发，烟炱中单层碳纳米管的含量达到50~70%；首次提出以能形成乙炔型碳化物的金属元素在单层碳纳米管生长过程中的作用机理；通过使用不同的金属，获得不同直径分布的单层碳纳米管。
    结合表面活性剂超声分散和超过滤技术纯化了单层碳纳米管，获得了纯度高于90%的产品；首次以热重法测定了单层碳纳米管的含量，此法目前已被所普遍使用。

2、  富勒烯金属包合物的高产率合成及分离
    在稀土金属（或碱土金属）与镍的合金为催化剂高产率合成单层碳纳米管的基础上，发现和建立了以镍为催化剂的富勒烯金属包合物的合成方法，使包合物的合成产率比文献值提高了一个数量级，此法已被国内外有关研究小组所采用。提出了只有能形成乙炔型碳化物的金属元素才能高产率形成富勒烯金属包合物，解释了过渡金属元素不能形成富勒烯金属包合物的原因，以及镍在包合物形成过程中的催化作用。
    建立了高温高压萃取富勒烯金属包合物的高效率萃取方法。利用HPLC首先分离出了一些低产率或不稳定包合物物种，如：Sm@C_2n（2n=74, 76, 78, 80, 82, 84）、Tb₃N@C₈₀、Gd@C₈₀、Tb@C₈₂的四种同分异构体等。

3、  单层碳纳米管的功能化和组装
    经纯化后的单层碳纳米管，通过混酸长时间超声处理，得到了剪短的单层碳纳米管，其两端头连有-COOH，控制溶液酸度，可以得到稳定的水溶胶；这些单层碳纳米管还易分散在乙醇、丙酮和DMF等极性溶剂中而形成稳定的胶体。羧基化单层碳纳米管的成功制备，为单层碳纳米管的功能化、组装、电化学性质及相关的研究打下了基础。
    （1）化学修饰和功能化
     利用羧基化单层碳纳米管与十六胺的固相反应，在DCC缩合剂的作用下，成功合成了单层碳纳米管的十六胺衍生物；利用羧基化单层碳纳米管与2-氨基乙磺酸的固相反应，在DCC缩合剂的作用下，成功合成了单层碳纳米管的氨基乙磺酸衍生物；羧基化碳纳米管在DCC作用下与对-氨基苯十五冠醚反应，首次获得了具有两亲基团的单层和多层碳纳米管衍生物，为单分子层碳纳米管膜的制备提供了可能。
   （2）在基底上的组装
    我们在世界上首先通过湿化学法完成了单层碳纳米管在基底上的组装。主要工作有：
    使用羧基化单层碳纳米管，利用自组装技术和光化学反应，在CaF₂单晶和云母表面上制备了单层碳纳米管与重氮树脂（DR）的单层或多层膜。
    羧基化单层碳纳米管，在DCC缩合剂作用下，与巯基乙胺反应，形成了端头带有巯基的衍生物。通过巯基与金的配位作用，首次通过湿化学法实现了单层碳纳米管在金(111)面的组装，研究了巯基化单层碳纳米管在金表面组装的动力学过程。
    经对-氨基苯十五冠醚修饰的碳纳米管，在氯仿与水的界面上，首次通过LB膜成膜技术组装了多层和单层碳纳米管的单分子膜。在这些单分子层中，碳纳米管具有一定的取向，碳纳米管排列的紧密程度可通过调整成膜压力来控制。

4、  碳纳米管的电化学性质研究
    我们在世界上首先开展了单层碳纳米管的电化学特性和电化学催化的研究。所完成的主要工作有：
    将羧基化的单层碳纳米管涂覆在玻碳电极表面，制成单层碳纳米管修饰电极，研究了该电极在不同pH值的底液中的循环伏安行为。实验表明，该电极表现出十分稳定的电化学行为，对3,4-二羟苯基乙酸等分子具有催化作用，并对多巴胺、去甲肾上腺素、尿素等生物分子的电化学氧化具有催化作用。因此，碳纳米管修饰电极可望作为生物传感器来研究生物分子的电化学。

5、  碳纳米管的Raman光谱
    与物理系张树霖教授合作，研究了多种方法合成的多层和单层碳纳米管的Raman光谱，发现了一些反常的物理现象，并提出了合理的解释。如：对于碳纳米管，发现了Stocks和反Stocks的Raman振动频率的绝对值不同的反常现象，提出并论证了引起反常的根源为碳纳米管的类缺陷结构；发现碳纳米管的Raman频移存在强烈的温度效应，论证了其根源是碳纳米管的管状结构本身。
    此方面工作，获得2002年北京市自然科学一等奖，并入围2003年度国家自然科学奖的评审。

6、  其他方面
    与电子学系吴全德教授合作，对单层碳纳米管的场发射、电子输运等性质进行了研究，取得了很好的结果。另外，对表面修饰C₆₀、C₇₀与杯芳烃配合物电极进行了电化学特性及电化学催化性质等的研究。

自1996年博士后进站以来，共发表研究论文七十余篇，其中SCI收入论文63篇。

第一作者论文被引用100余次，分别为：
     CHEM COMMUN (6) 461-462 2000：8次；
     J PHYS CHEM SOLIDS 61: (7) 1031-1036 2000：5次；
     J PHYS CHEM B 103: (41) 8698-8701 1999：11次；
     SOLID STATE COMMUN 112: (1) 35-37 1999：37次；
     CARBON 37: (9) 1449-1453 1999：38次；    
     SOLID STATE COMMUN 97: (5) 371-375 1996：10次。
   

其余论文共被引用250余次，其中被引用次数超过十次的论文有：
     ANAL CHEM 73 (5): 915-920 2001：16次；
     CHEM J CHINESE U 21: (9) 1372-1374 2000：12次；
     LANGMUIR 16: (8) 3569-3573 APR 18 2000：30次；
     APPL PHYS LETT 76: (15) 2053-2055 2000：11次；
     APPL PHYS LETT 75: (4) 481-483 1999：21次；
     PHIL MAG LETT 79: (7) 473-479 1999：18次；
     J APPL PHYS 84: (7) 4022-4024 1998：10次；
     J SOLID STATE ELECTR 2: (4) 253-256 1998：11次；
     J RAMAN SPECTROSC 28: (5) 369-372 1997：15次。   
   

论文、专著名称

全部作者署名顺  序

发表或出版时间

刊物或出版社名 称

1.

Selective High-Yield Catalytic Synthesis of Terbium Metallofullerenes and Single-Wall Carbon Nanotubes

Shi Z, Okazaki T, Shimada T, Sugai T, Suenaga K, Shinohara H

2003

J. Phys. Chem. B.

in pressing

2.

Single-wall carbon nanotube colloids in polar solvents

Shi ZJ, Lian YF, Zhou XH, Gu ZN, Zhang YG, Iijima S, Gong QH, Li HD, Zhang SL

2000

CHEM COMMUN (6) 461-462

3.

Large scale synthesis of single-wall carbon nanotubes by arc-discharge method

Shi ZJ, Lian YF, Liao FH, Zhou XH, Gu ZN, Zhang Y, Iijima S, Li HD, Yue KT, Zhang SL

2000

J PHYS CHEM SOLIDS 61: (7) 1031-1036

4.

Production of single-wall carbon nanotubes at high pressure

Shi ZJ, Lian YF, Zhou XH, Gu ZN, Zhang YG, Iijima S, Li HD, Yue KT, Zhang SL

1999

J PHYS CHEM B 103: (41) 8698-8701

5.

Mass-production of single-wall carbon nanotubes by arc discharge method

Shi ZJ, Lian YF, Zhou XH, Gu ZN, Zhang YG, Iijima S, Zhou LX, Yue KT, Zhang SL

1999

CARBON 37: (9) 1449-1453

6.

Purification of single-wall carbon nanotubes

Shi ZJ, Lian YF, Liao FH, Zhou XH, Gu ZN, Zhang YG, Iijima S

1999

SOLID STATE COMMUN 112: (1) 35-37

7.

High yield synthesis and growth mechanism of carbon nanotubes

Shi ZJ, Zhou XH, Jin ZX, Gu ZN, Wang J, Feng SQ, Xu XL, Liu ZQ

1996

SOLID STATE COMMUN 97: (5) 371-375

8.

Aqueous soluble single-wall carbon nanotube

Li B, Shi ZJ, Lian YF, Gu ZN

2001

CHEM LETT (7): 598-599

9.

Investigation of the electrochemical and electrocatalytic behavior of single-wall carbon nanotube film on a glassy carbon electrode

Luo HX, Shi ZJ, Li NQ, Gu ZN, Zhuang QK

2001

ANAL CHEM 73 (5): 915-920

10.

Preparation and enrichment of samarium endohedral fullerenes

Lian YF, Shi ZJ, Zhou XH, He XR, Gu ZN

2001

CHEM MATER 13 (1): 39-42

11.

Investigation on the electrochemical and electrocatalytic behavior of chemically modified electrode of single wall carbon nanotube functionalized with carboxylic acid group

Luo HX, Shi ZJ, Li NQ, Gu ZN, Zhuang QK

2000

CHEM J CHINESE U 21: (9) 1372-1374  

12.

High-yield preparation of dimetallofullerenes by the improved DC arc discharge method

Lian YF, Shi ZJ, Zhou XH, , Gu ZN, Xiao HZ, Wang JZ

2000

J PHYS CHEM SOLIDS 61: (7) 1037-1040

13.

High-yield preparation of endohedral metallofullerenes by an improved DC arc-discharge method

Lian YF, Shi ZJ, Zhou XH, He XR, Gu ZN

2000

CARBON 38: (15) 2117-2121

14.

Structure modification of single-wall carbon nanotubes

Zhang Y, Shi Z, Gu Z, Ijima S

2000

CARBON 38: (15) 2055-2059

15.

High-yield synthesis of endohedral metallofullerenes Y@C-2n and Y2@C-2n

Lian YF, Shi ZJ, Zhou XH, He XR, Gu ZN

1999

CHINESE CHEM LETT 10: (5) 425-428

16.

Synthesis and characterization of calcium endohedral fullerenes

Cao BP, Shi ZJ, Zhou XH, Gu ZN, Xiao HZ, Wang JZ

1997

CHEM LETT (9) 937-938

17.

Investigation of the electrocatalytic behavior of single-wall carbon nanotube films on an Au electrode

Wang JX, Li MX, Shi ZJ, Li NQ, Gu ZN

2002

MICROCHEM J 73 (3): 325-333

18.

Improved extraction of metallofullerenes with DMF at high temperature

Sun BY, Feng L, Shi ZJ, Gu ZN

2002

CARBON 40 (9): 1591-1595

19.

Electrochemical properties of Gd@C-82 and its anions

Sun BY, Luo HX, Shi ZJ, Gu ZN

2002

ELECTROCHEM COMMUN 4 (1): 47-49

20.

Isolation and characterization of the endohedral metallofullerene Tb3N@C-80

Feng L, Xu JX, Shi ZJ, He XR, Gu ZN

2002

CHEM J CHINESE U 23 (6): 996-998

21.

Direct electrochemistry of cytochrome c at a glassy carbon electrode modified with single-wall carbon nanotubes

Wang JX, Li MX, Shi ZJ, Li NQ, Gu ZN

2002

ANAL CHEM 74 (9): 1993-1997

22.

Investigation of the electrocatalytic behavior of halogenated acids at a (C-70)(2)-p-tert-calix[8]arene chemically modified electrode

Luo HX, Li NQ, Shi ZJ, Gu ZN, Zhou XH

2002

ACTA CHIM SINICA 60 (3): 389-392