刘美玲课题组
课题组简介
刘美玲，理学博士，教授，博士生导师。2006年硕士毕业留校工作。2009-2012年在职攻读博士学位。2017年6月-2018年6月在加州大学洛杉矶分校访学。曾获湖南省优秀博士论文和湖南省优秀硕士论文奖，湖南省自然科学奖二等奖（排名第二）。在Advanced Materials, Analytical Chemistry, ACS sensors, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces, Biosens. Bioelectron., J. Agri. Food Chem., Analyst, Electrochim. Acta, Polymer和《分析化学》等国内外刊物发表论文60多篇。主持和完成3项国家自然科学基金和多项湖南省科技厅和教育厅课题等项目。本课题组以光、电分析化学与传感领域的应用为研究核心，合成一系列新型纳米材料并对其进行表面调控，构建了高效灵敏的电化学和光传感平台，探索纳米材料在环境污染监测，生物小分子、离子和大分子检测和电催化等领域的应用。
主要研究方向：
(1) 纳米材料的表面调控及生物传感研究。
(2) 纳米材料电化学催化研究。
主要研究进展
(1) ORR是离子交换膜燃料电池中重要的半反应，如何提高Pt基催化剂ORR的活性和稳定性并最大化的利用Pt是近年来的研究热点与难点。这篇综述中，作者总结了设计高性能Pt基ORR催化剂的策略，包括尺寸和组分的调控、形貌和晶面的调控、掺杂、载体的选择等。最后对Pt基ORR催化剂面临的挑战和未来的发展方向做了展望。（Advanced Materials, 2019, 31, 1802234）
综述了一些具有代表性的铂基ORR催化剂的研究进展（Advanced Materials, 2019, 31, 1802234）
(2) 碳点及其还原制备的金属纳米材料的表面修饰和传感应用
发展了一种以低分子量的醇为原料，铂电极为工作电极和对电极的电化学碳化法合成荧光量子点的新方法。NC-dots/AuNPs也具有良好灵敏度和选择性，其检测限为4 nM，且成功的在人血清中对Cys进行了检测（Analytical Chemistry, 2015, 87, 2195-2203）。该纳米传感器操作简单，信号多元而直观，灵敏度高，选择性好，有望在生物分析等领域得到更广泛应用。利用纳米金/碳复合物表面的纳米金与巯基二茂铁衍生物的相互作用，制备了二茂铁衍生物修饰的纳米金/碳复合材料修饰电极，并成功用于四组份体系中抗坏血酸、多巴胺、尿酸和乙酰氨基酚的同时检测（Analytica Chimica Acta, 2016, 903, 69-80）。利用碳点为还原剂制备金属纳米粒子，调控其性能，利用制备的金属纳米材料及其复合物，构建电化学、光化学传感器，既可以充分利用金属纳米材料的催化性能、碳纳米材料作为固定基底等，又可充分发挥复合材料的优势。同行专家在J. Mater. Chem. C（2014, 2, 6921-6939）的综述中整段引用我们的发展的电化学碳化法制备碳点的工作，肯定了我们的工作。
碳点的电化学合成及其用于构建光化学传感器的示意图（Analytical Chemistry, 2015, 87, 2195-2203;Analytica Chimica Acta, 2016, 947, 23-31）
(3) 石墨烯的表面功能化、调控及用于光、电化学传感
基于迈克尔加成/席夫碱反应，在聚多巴胺修饰的还原石墨烯表面修饰巯基二茂铁衍生物等巯基或氨基小分子化合物，构建了一个多功能电化学平台，用于多种电活性小分子的分析检测（ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 17935-17946）。此方法方便有效，可以通过简单地改变修饰在聚多巴胺修饰的还原石墨烯表面的功能分子，进而提供一个多功能修饰平台，为化学生物传感器的构建提供了新思路。
石墨烯表面功能化及其用于化学生物传感分析（ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7, 17935-17946）
(4) 其他二维纳米片的表面功能化、调控及用于光、电化学传感
我们也对类石墨烯如碳化钛纳米片（MXene）的表面修饰和应用进行了相关的研究。构建了一种独特的Cy3标记的CD63适配体/Ti3C2 MXenes纳米复合物，作为一种自内标荧光共振能量转移纳米探针，用于定量检测外泌体（Analytical Chemistry 2018, 90, 12737-12744）。同时，MXenes自身荧光在整个过程中变化不大，可作为内标。该荧光传感器还可与荧光共聚焦扫描显微镜图像相结合，用于识别不同种类外泌体和不同外泌体上的不同种标志物。该策略不仅为外泌体提供了一个通用的检测平台，而且可以广泛应用于多种生物标记物的检测，有望在生物领域中拥有广阔的应用前景。
类石墨烯MXenes的表面修饰及其用于外泌体检测的示意图（Analytical Chemistry, 2018, 90, 12737-12744）
(5) 上转化纳米粒子的制备、性能调控及应用
课题组合成了几种稀土离子掺杂的上转化纳米粒子，并结合金纳米粒子、氧化物纳米粒子等构建了几个光化学传感器。基于NaYF4:YbEr和具有过氧化物酶样活性的磁性纳米颗粒ZnFe2O4，设计了一种新的尿酸的比色和比色荧光检测方法(Biosensors and Bioelectronics 2016, 86, 664-670)。利用谷胱甘肽调节NaYF4:YbEr上转换纳米颗粒和金纳米粒子之间的荧光共振能量转移，建立了乙酰胆碱酯酶活性和镉离子的双功能检测平台(Biosensors and Bioelectronics 2017, 87, 545-551)。
上转化纳米材料的表面修饰与应用的示意图
(6) 电催化产氨
电催化固氮技术可以实现常温常压下合成氨，具有能耗低、无二氧化碳排放的优势，近年来引起全球学者的广泛关注，被认为是最有前景的工业合成氨的技术之一。电催化剂是电化学固氮技术的核心，贵金属催化剂的高昂成本限制了其大规模应用，而发展高产氨速率和高法拉第效率的非贵金属固氮催化剂仍是一个巨大挑战。本课题组使用合成木棉纤维合成了掺杂了氧的天然中空碳微管（O-KFCNTs），在0.1 M HCl中，O-KFCNTs 常温常压-0.85 V vs. RHE下实现高的产氨率（25.12 mg h-1 mgcat.-1）和高法拉第效率（9.1%），并且这种催化剂也表现出很好的稳定性。
O-KFCNTs产氨性能图（Chemical Communications, 2019, 55, 2684-2687）
在研和已完成的主要科研项目
1. 多功能“智能纳米卷”的制备及其在癌症诊断、监测与治疗中的应用，2020.01~2023.12，国家自然科学基金，63万。
2. 基于碳点和新型植物提取物制备的双金属纳米材料及应用，2017.01~2017.12国家自然科学基金，10万。
3. 基于新型二茂铁衍生物/功能化石墨烯纳米材料修饰电极的电化学传感研究，2013.01 ~2016.12，国家自然科学基金青年基金，25万。
4. 二维多孔纳米片/金属纳米簇多功能纳米复合物的制备及其在生化分析与疾病诊断中的应用，2019.01~2021.12，湖南省教育厅优秀青年基金，6万。
5. 新型二茂铁衍生物/功能化石墨烯纳米金修饰电极的电化学传感，2013.07~2016.07，湖南省自然科学基金，4万。
6. 新型二茂铁衍生物功能化碳纳米材料修饰电极的构建及传感研究，2014.01~2016.12，湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室开放课题，3万。
7. 新型二茂铁衍生物功能化碳纳米的制备及应用，2014.01~2016.12，湖南省教育厅优秀青年基金，5万。
近五年主要发表的论文
2019年
1. Li, P.; Wang, J.; Chen, H.; Sun, X.; You, J.; Liu, S.; Zhang, Y.; Liu, M.*; Niu, X.; Luo, Y*. Synergistic electrocatalytic N2 reduction using a PTCA nanorod-rGO hybrid. Journal of Materials Chemistry A 2019, 7 (20), 12446.
2. Li, P.; Zhao, R.; Chen, H.; Wang, H.; Wei, P.; Huang, H.; Liu, Q.; Li, T.; Shi, X.; Zhang, Y.; Liu, M.*; Sun, X*. Recent advances in the development of water oxidation electrocatalysts at mild pH. Small 2019, 15 (13).
3. Liu, M. #; Zhao, Z.#; Duan, X.*, Huang, Y.* Nanoscale structure design for high-performance Pt-based ORR catalysts. Advanced Materials 2019, 31 (6).
4. Ma, Z.; Wu, T.; Li, P.; Liu, M.* Huang, S.; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S. A dual (colorimetric and fluorometric) detection scheme for glutathione and silver (I) based on the oxidase mimicking activity of MnO2 nanosheets. Microchimica Acta 2019, 186 (8).
5. Mo, F.; Ma, Z.; Wu, T.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Li, H.; Yao, S. Holey reduced graphene oxide inducing sensitivity enhanced detection nanoplatform for cadmium ions based on glutathione-gold nanocluster. Sensors and Actuators B-Chemical 2019, 281, 486.
6. Mo, F.; Xie, J.; Wu, T.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Yao, S. A sensitive electrochemical sensor for bisphenol A on the basis of the AuPd incorporated carboxylic multi-walled carbon nanotubes. Food Chemistry 2019, 292, 253.
7. Wu, T.; Hou, W.; Ma, Z.; Liu, M.*; Liu, X.; Zhang, Y.; Yao, S. Colorimetric determination of ascorbic acid and the activity of alkaline phosphatase based on the inhibition of the peroxidase-like activity of citric acid-capped Prussian Blue nanocubes. Microchimica Acta 2019, 186 (2).
8. Wu, T.; Li, P.; Wang, H.; Zhao, R.; Zhou, Q.; Kong, W.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Sun, X.; Gong, F. Biomass-derived oxygen-doped hollow carbon microtubes for electrocatalytic N-2-to-NH3 fixation under ambient conditions. Chemical Communications 2019, 55 (18), 2684.
9. Wu, T.; Ma, Z.; Li, P.; Liu, Liu, M.*; X.; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S. Colorimetric detection of ascorbic acid and alkaline phosphatase activity based on the novel oxidase mimetic of Fe-Co bimetallic alloy encapsulated porous carbon nanocages. Talanta 2019, 202, 354.
10. Wu, T.; Ma, Z.; Li, P.; Lu, Q.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S. Bifunctional colorimetric biosensors via regulation of the dual nanoenzyme activity of carbonized FeCo-ZIF. Sensors and Actuators B-Chemical 2019, 290, 357.
11. Yao, J.; Wu, T.; Sun, Y.; Ma, Z.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Yao, S. A novel biomimetic nanoenzyme based on ferrocene derivative polymer NPs coated with polydopamine. Talanta 2019, 195, 265.
2018年
1. Zhang, Q.; Wang, F.; Zhang, H.; Zhang, Y.; Liu, M.*; Liu, Y.* Universal Ti3C2 MXenes Based Self-Standard Ratiometric Fluorescence Resonance Energy Transfer Platform for Highly Sensitive Detection of Exosomes. Analytical Chemistry 2018, 90(21): 12737-12744.
2. Chen, Y.; Liu, X.; Wu, T.; Hou, W.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Yao, S. Enhanced electrochemical sensitivity towards acetaminophen determination using electroactive self-assembled ferrocene derivative polymer nanospheres with multi-walled carbon nanotubes. Electrochimica Acta, 2018, 272: 212-220.
3. Hou, W.; Liu, X.; Lu, Q.; Liu, M.*;Zhang, Y.; Yao, S.Etching and anti-etching strategy for sensitive colorimetric sensing of H2O2and biothiols based on silver/carbon nanomaterial, Colloids and Surfaces B:Biointerfaces, 2018, 162, 118-125.
4. Hou, W.; Chen, Y.; Lu, Q.; Liu, M.*;Zhang, Y.; Yao, S.Silver ions enhanced AuNCs fluorescence as a turn-off nanoprobe forultrasensitive detection of iodide, Talanta,2018, 162, 118-125.
5. Miao, Z.; Hou, W.; Liu, M.; *, Zhang, Y.; Yao, S. BSA capped bi-functional fluorescent Cu nanoclusters as pH sensor and selective detection of dopamine. New Journal of Chemistry, 2018, 42,1446-1456.
6. Chen, H.; Lu, Q.; He, K.; Liu, M.*; Zhang, Y.*; Yao, S. A cyclic signal amplification strategy to fluorescence and colorimetric dual-readout assay for the detection of H2O2-relatedanalytes and application to colorimetric logic gate, Sensors and Actuators B, 2018, 260, 908–917.
2017年
1. Wu, Q.; Chen, H.; Fang, A.; Wu, X.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S. A universal multifunctional nanoplatform based on the target-induced in situ promoting Au seeds growth to quench fluorescence of upconversion nanoparticles. ACS Sens., 2017, 2(12), 1805-1813.
2. Zhang, S.; Li, R.; Liu, X.; Yang, L.; Lu, Q.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., A novel multiple signal amplifying immunosensor based on the strategy of in situ-produced electroactive substance by ALP and carbon-based Ag-Au bimetallic as the catalyst and signal enhancer. Biosensors and Bioelectronics 2017, 92, 457-464.
3. Yang, L.; Huang, N.; Huang, L.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., An electrochemical sensor for highly sensitive detection of copper ions based on a new molecular probe Pi-A decorated on graphene. Analytical Methods 2017, 9 (4), 618-624.
4. Fang, A.; Chen, H.; Li, H.; Liu, M.*; Zhang, Y. *; Yao, S., Glutathione regulation-based dual-functional upconversion sensing-platform for acetylcholinesterase activity and cadmium ions. Biosensors and Bioelectronics 2017, 87, 545-551.
5. Chen, Y.; Liu, X.; Zhang, S.; Yang, L.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Yao, S., Ultrasensitive and simultaneous detection of hydroquinone, catechol and resorcinol based on the electrochemical co-reduction prepared Au-Pd nanoflower/reduced graphene oxide nanocomposite. Electrochimica Acta 2017, 231,677-685.
2016年
1. Zhang, S.; Liu, X.; Huang, N.; Lu, Q.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., Sensitive detection of hydrogen peroxide and nitrite based on silver/carbon nanocomposite synthesized by carbondots as reductant via one step method. Electrochimica Acta 2016, 211, 36-43.
2. Zhang, S.; Huang, N.; Lu,Q.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., A double signal electrochemical human immunoglobulin G immunosensor based on gold nanoparticles-polydopamine functionalized reduced graphene oxide as a sensor platform and AgNPs/carbon nanocomposite as signal probe and catalytic substrate. Biosensors and Bioelectronics 2016, 77, 1078-1085.
3. Zhang, L.; Hou, W.; Lu, Q.; Liu, M.*;Chen, C.; Zhang, Y.; Yao, S., Colorimetric detection of hydrogen peroxide and lactate based on the etching of the carbon based Au-Ag bimetallic nanocomposite synthesized by carbon dots as the reductant and stabilizer. Analytica Chimica Acta 2016, 947, 23-31.
4. Yang, L.; Liu, X.; Lu, Q.; Huang, N.; Liu, M.*; Zhang, Y.; Yao, S., Catalytic and peroxidase-like activity of carbon based-AuPd bimetallic nanocomposite produced using carbon dots as the reductant. Analytica Chimica Acta 2016, 930, 23-30.
5. Yang, L.; Huang, N.; Lu, Q.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.;Yao, S., A quadruplet electrochemical platform for ultrasensitive and simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine, uric acid and acetaminophen based on a ferrocene derivative functional Au NPs/carbon dots nanocomposite andgraphene. Analytica Chimica Acta 2016, 903, 69-80.
6. Fang, A.; Wu, Q.; Chen, H.; Li, H.; Liu, M.*; Zhang, Y. *; Yao, S. Upconversion Ratiometric Fluorescence and Colorimetric Dual-Readout Assay for Uric Acid, Biosensors and Bioelectronics 2016, 86, 664-670.
2015年
1. Huang, N.; Zhang, S.; Yang, L.; Liu, M.*;Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., Multifunctional Electrochemical Platforms Based on the Michael Addition/Schiff Base Reaction of Polydopamine Modified Reduced Graphene Oxide: Construction and Application. ACS Applied Materials &Interfaces 2015, 7 (32), 17935-17946.
2. Huang, N.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.; Yao, S., Synergetic signal amplification based on electrochemical reduced graphene oxide-ferrocene derivative hybrid and gold nanoparticles as an ultra- sensitive detection platform for bisphenol A. Analytica Chimica Acta 2015, 853, 249-257.
2. Deng, J.; Lu, Q.; Hou, Y.; Liu, M.*; Li, H.; Zhang, Y.*;Yao, S., Nanosensor Composed of Nitrogen-Doped Carbon Dots and Gold Nanoparticles for Highly Selective Detection of Cysteine with Multiple Signals. Analytical Chemistry 2015, 87 (4), 2195-2203.
4. Huang, N.; Liu, M.*; Deng, J.; Wang, L., Zhang, Y.; Yao, S. Fabrication of New GH-CS/Fc-NH2/Cytc Modified Electrodeand Its Application in Detection of Nitrite, Chinese Journal of Analytical Chemistry, 43( 3), 2015, 325-332.
