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Mechanisms of fullerenol formation (Link)
Mechanism of peroxidase-like activity of nanocarbon oxides.(Link)
A Precision Structural Model for Fullerenols (Link)
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| Designed 2-D material with physical properties comparable to those of graphene while chemical properties superior to those of graphene (link) |
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| how to open a large band gap for graphene by hydrogenation (link) |
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| Toxicity of graphene oxide (link) |
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mechanism and dynamic electron correlation effect of carbene addition to ethene (link)
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mechanism of addition reaction to C60(link)
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spin-state of nanographene oxides (links)
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Nonacene ground electronic state (link)
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thermodynamics of graphene hydrogenation (link)
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reactivity of graphene ripples (link)
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carbon spiro helix derived from monovacancy of graphene (link)
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band gap engineering of graphene and BN graphene (link)
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nanoscale "jigsaw-puzzle" method to design chemically stable nanocarbons (link)
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reduction mechanisms of graphene oxide (link)
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(1)富勒烯化学性质的理论和计算研究 运用第一性原理方法研究新型富勒烯二聚体C131，C141 和小富勒烯氯化物C54Cl8 的同分异构体的结构与稳定性，获得了不同结构的稳定性顺序，即富勒烯不同位点在聚合反应和氯化反应中的热力学选择性。进而计算了C60 富勒烯和CCl3-阴离子的反应机理，重点研究了富勒烯中不同位点参加化学反应的动力学选择性。用密度泛函和MP2，CASSCF，CASPT2 等后Hartree-Fock 方法，深入研究了单线态卡宾和乙烯及硅乙烯间的环加成反应机理，侧面支持了以上富勒烯化学性质理论计算的结果。
(2) 多环芳烃化学性质理论和计算研究 运用第一性原理方法，系统计算了不同尺寸和边缘结构的多环芳烃的结构和电子结构，重点考察了边缘结构和电子能隙之间的关系。进而计算不同多环芳烃氧化物的结构和电子结构，发现这种关系亦可应用于多环芳烃氧化物，从而提出可用于设计不同基态电子自旋的多环芳烃氧化物的方法。基于以上结果，发现文献中报道的nonacene 衍生物的基态电子结构，闭壳层单重态，为错误运用计算方法得到的结果，并给出了相应正确的计算结果。
(3) 石墨烯化学性质理论和计算研究 运用第一性原理方法探索了石墨烯表面氢化反应的加成模式与产物热力学稳定性和产物电子能隙的关系，发现在一定加氢百分比下的所有可能加成模式中，产生的sp3 碳把石墨烯切割为最多Clar 结构的加成模式，能产生最大能隙，而sp3 碳聚集程度最高的产物具有最大的热力学稳定性。基于石墨烯氢化反应的选择性，研究了石墨烯局部化学反应活性与石墨烯表面弯曲度之间的关系，发现当弯曲度增大时，石墨烯和氢气分子的反应可由热力学不自发转变为自发，进而提出可以通过控制波纹的振幅调控石墨烯加成反应的热力学选择性。进一步系统研究了石墨烯氧化物肼还原和热还原过程中的化学反应机理，预测了还原产物的结构。
(4) 共轭碳材料功能化结构和化学反应的设计 分析计算结果，发现石墨烯中的铁磁性单原子空缺缺陷可以通过异构化反应转化为非磁性螺碳结构；通过高温退火，螺碳会逐步向石墨烯的边缘迁移。进而利用螺碳设计了新型碳材料，碳纳米螺旋结构。利用之前计算所得的多环芳烃边缘结构和电子结构的关系，设计了铁磁性多环芳烃氧化物结构。而基于对石墨烯氧化物还原反应机理的研究结果，设计了相对已有还原反应更为高效的分步还原反应策略。
(5) 共轭碳材料经验模型的建立和化学知识系统化 综合分析计算结果并融汇文献知识，探索了掺杂富勒烯和掺杂多环芳烃结构和稳定性之间的关系，提出了评估掺杂π 电子共轭材料化学稳定性的“纳米拼图法”。根据多环芳烃和多环芳烃氧化物的计算结果，提出了联系多环芳烃氧化物结构与电子自旋性质的“切割芳香六偶体法”。针对石墨烯表面氢化反应的加成模式与产物能隙的关系，提出了能隙最大化加成模型；针对氢化反应加成模式和产物热力学稳定性的关系，提出了控制产物热力学稳定性的“最多π 共轭键原理”。
(6) 碳纳米材料和辐射的抗肿瘤机制研究 结合中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室的三大研究方向之一——肿瘤纳米药物，我们考虑高效低毒抗肿瘤碳纳米药物、辐射和人类肿瘤细胞中的p53系统，充分考虑纳米尺度效应，探讨抗肿瘤机制。人肿瘤细胞在受到辐射后，碳纳米材料会抑制p53蛋白的降解，使它维持在高水平，p53通过调节周围基因的表达来抑制肿瘤细胞分裂，促进细胞调亡和抑制肿瘤血管生成。我们发现此时p53系统处于非平衡态，会发生带有热力学效应的协同共振，为实验上调控肿瘤治疗提供了理论指导。
