郭偉，北京理工大學博士生導師、博士後、研究員。研究方向為第一性原理材料計算、量子功能材料設計。郭偉是凝聚態物理研究領域的專家，在著名期刊發表論文近50篇，主持自然科學基金、參與科技部重大專項，多次在國際重要學術會議上作報告，擔任多個國際期刊的特約審稿人。現自然科學基金結題1項，主持全鏈條科技創新專項1項，參與科技部重大專項1項。
基本介紹
- 中文名：郭偉
- 畢業院校：中國科技大學
- 學位/學歷：博士後
- 職務：特別研究員
人物經歷,研究方向,主要成就,發表論文,代表成果,代表論文,
人物經歷
2002/9 - 2007/8，中國科學院物理研究所，凝聚態物理，理學博士， 導師：高鴻鈞院士
1998/9 - 2002/7，中國科學技術大學，物理學，理學學士
工作經歷
2017/1 - 至今， 北京理工大學，物理學院，研究員
2015/3 - 2016/12， 北京理工大學，物理學院，副研究員
2014/11 - 2015/2, 中國科學院物理研究所, 納米與器件物理實驗室，訪問學者
2011/10 - 2014/10，美國德拉瓦大學，化工系（美國化工Top 10，Dion G. Vlachos 研究組），博士後
2007/8 - 2008/9，德國馬普學會柏林Fritz-Haber研究所（Matthias Scheffler 課題組），博士後
研究方向
（1）第一性原理材料計算：動力學模型以及計算方法的程式開發；多尺度體系計算；表面物理與化學過程、分子自組裝吸附；表面催化和反應動力學模擬；多尺度體系計算模擬；
（2）量子功能材料設計：金屬core-shell納米顆粒、二維材料在光催化、能源，環保技術等領域的設計和套用；高能量密度材料的設計、結構與性能的機器學習預估模型研究。
目前主持自然科學基金面上項目1項，參與科技部重大專項1項。自然科學基金青年項目結題1項，全鏈條科技創新專項結題1項；目前在讀4名碩士，3名博士。每年擬招收對科研有興趣，性格樂觀積極，具有良好物理、化學、軟體背景和交際溝通能力的碩士、博士研究生1~2名。
主要成就
截止目前,在Nature Chem.，Nature Commu.，Phys. Rev. Lett，ACS Catal.，Chem. Sci.，Nanoscale，J. Phys.Chem.C 等雜誌上，共發表了50餘篇文章, h-index 為18。在包括美國化學工程師協會年會、美國工業與套用數學學會、China Nano等國際重要學術會議上作報告5次。
發表論文
在表面界面的多尺度模擬方向，發展了結合密度泛函理論（DFT）物性計算和動力學蒙特卡洛（KMC）以及微觀動力學模擬（MKM）來研究材料複雜動力學過程的方法，並運用這些方法研究了一些代表性材料的微觀結構─巨觀效果的關係，取得了一些具有國際影響力的原創性研究成果，受到了國內外同行和新聞媒體的關注與肯定。
代表成果
（1）發展了一套第一性原理計算結合動力學蒙特卡洛的多尺度的方法，實現了複雜微結構表面上的多尺度反應動力學模擬方法，闡明了具有複雜微結構的合金表面在真實實驗條件下的原位活性物理機理。利用DFT 結合KMC 的多尺度動力學模擬，預言了一種氨氣分解催化活性提高2~3 個數量級的亞單層“缺陷”合金表面，定量解析了活性位之間的協同效應對實現多功能催化的作用。工作發表後（Nature Communications 2015, 6, 8619-8619），被能源環境領域著名期刊的一篇綜述文章Energy & Environmental Science 9, 3314 (2016)引用，作為氨氣分解代表性工作之一加以介紹。這一工作還受到了國外網路媒體的報導，比如ChemistryViews、Materialstoday 兩個網站分別以“Bimetallic Catalysts with Important Defects”和“Scientists discover new structure for bimetallic catalysts”為標題進行了詳細的報導。Phys.org 網站以“Patched atoms: Energy researchers discover new structure for bimetallic catalysts” 進行了報導，認為該發現打開了材料設計的新可能：“The finding opens new possibilities in materials design”。
（2）對催化材料設計中動力學模擬方法的改進。申報人通過第一性原理計算，考慮了10 多種目前DFT中主流的交換關聯泛函，確定了乙醇和乙氧基生成焓的不確定性。與美國德拉瓦大學以及麻薩諸塞大學數學與統計系合作，共同發展了一套通過考慮參數的關聯效應來解決模型預測不確定性問題的方法。該結果發表在Nature Chemistry 2016, 8 (4), 331-337. 定量揭示了模型中參數的不確定性和參數之間的關聯效應如何影響模型預測的準確度。著名的科技新聞媒體Phys.org 和Sciencedaily 相繼以“Researchers document new approach to dealing with uncertainties in mathematical models”為標題報導了這一工作，認為這一方法在交通、天氣、生物科技等多個領域都具有普遍的預測能力。
（3）新型催化劑設計機理研究：通過第一性原理分子動力學模擬和約束極小化技術過渡態搜尋，闡明了低溫−60 °C 下乙醇中合成高質量分散Pt 原子的物理化學機理，並解釋了這類單原子催化劑轉移到摻氮多孔石墨烯上之後，在產氫反應中高活性的原因，結果發表在Chemical Science 2019, 10 (9), 2830-2836 和 Journal of Materials Chemistry A 2019, 7 (45), 25779-25784 上。此外，我們提出了基於過渡金屬酞菁（TMPc）系列分子與金屬單晶表面之間范德華異質節的“量子胡桃夾”催化模型,可實現室溫下的氫氣分解，結果發表在Science Bulletin 2019, 64, 4-7 上。我們通過分子動力學模擬和電子結構計算發現，這種“量子胡桃夾”中TMPc 分子中心的過渡金屬單原子和基底起到了協同催化分解氫氣的作用。其中，范德華異質節催化劑本身的動力學是關鍵因素。
（4）高能量密度材料的構效關係研究：採用第一性原理計算系統地研究了一系列過渡金屬高氯酸碳醯肼配合物MCP(M=Mi, Fe, Co, Ni, Zn, Cd)的微觀性質，建立了這些含能配合物的微觀原子、電子性質與巨觀感度之間的聯繫，為未來新型含能材料的合成和預估提供了理論參考。該理論分析是對最小鍵級和最易躍遷理論的有益補充，強調了磁性態對這類材料感度的重要影響。結果發表在Physical Chemistry Chemical Physics 2019, 21, 24034-24041
代表論文
1. Guo, W.; Vlachos, D. G., “Patched bimetallic surfaces are active catalysts for ammonia decomposition”, Nature Communications 6, 8619 (2015).
2. Sutton, J. E.; Guo, W.; Katsoulakis, M. A.; Vlachos, D. G., “Effect of Correlations and Uncertainty of Electronic Structure Calculations in Model Predictions of Chemical Kinetics”, Nature Chemistry 8 (4), 331-337 (2016).
3. Wei, H.; Wu, H.; Huang, K.; Ge, B.(*).; Ma, J.; Lang, J.; Zu, D.; Lei, M.; Yao, Y.; Guo, W.(*); Wu, H.(*), “Ultralow-temperature photochemical synthesis of atomically dispersed Pt catalysts for the hydrogen evolution reaction”, Chemical Science 10 (9), 2830-2836 (2019).
4. Huang, K.; Wang, R.; Wu, H.; Wang, H.; He, X.; Wei, H.; Wang, S.; Zhang, R.; Lei, M.(*); Guo, W.(*); Ge, B.(*); Wu, H.(*), “Direct immobilization of an atomically dispersed Pt catalyst by suppressing heterogeneous nucleation at −40 °C”, Journal of Materials Chemistry A, 7 (45), 25779-25784 (2019).
5. Huang, K.; Zhao, Z.; Du, H.; Du, P.; Wang, H.; Wang, R.; Lin, S.; Wei, H.; Long, Y.; Lei, M.(*); Guo, W.(*); Wu, H.(*), “Rapid Thermal Annealing toward High-Quality 2D Cobalt Fluoride Oxide as an Advanced Oxygen Evolution Electrocatalyst”, ACS Sustainable Chemistry & Engineering 8 (18), 6905-6913 (2020).
6. Chen, Z.; Wu, H.; Li, J.; Wang, Y.; Guo, W.(*); Cao, C.; Chen, Z.(*), “Defect enhanced CoP/Reduced graphene oxide electrocatalytic hydrogen production with pt-like activity”, Applied Catalysis B-Environmental 265, 118576 (2020).
7. Wu, H.; Sutton, J. E.; Guo, W.(*); Vlachos, D. G.(*), “Volcano Curves for In-Silico Prediction of Mono- and Bi-Functional Catalysts: Application to Ammonia Decomposition”, The Journal of Physical Chemistry C 123 (44), 27097-27104 (2019).
8. Sun, C.; Zhang, W.; Lu, Y.; Wang, F.; Guo, W.(*); Zhang, T.; Yao, Y., “Trends of the Macroscopic Behaviors of Energetic Compounds: Insights from First-Principles Calculations”, Physical Chemistry Chemical Physics 21, 24034-24041 (2019).
9. Tao, L.(#); Guo, W.(#); Zhang, Y.-Y.; Zhang, Y.-F.; Sun, J.; Du, S.; Pantelides, S. T., “Quantum nutcracker for near-room-temperature H2 dissociation”, Science Bulletin 64, 4-7 (2019).
10. Guo, W.; Stamatakis, M.; Vlachos, D. G., “Design principles of heteroepitaxial bimetallic catalysts”, ACS Catalysis 134 (24), 244509 (2013).
11. Ji, Y.; Guo, W.; Chen, H.; Zhang, L.; Chen, S.; Hua, M.; Long, Y.; Chen, Z., “Surface Ti3+ / Ti4+ Redox Shuttle Enhancing Photocatalytic H2 Production in Ultrathin TiO2 Nanosheets/CdSe Quantum Dots”, The Journal of Physical Chemistry C 119 (48), 27053-27059 (2015).
12. Guo, W.; Vlachos, D. G., “On Factors Controlling Activity of Submonolayer Bimetallic Catalysts: Nitrogen Desorption”, The Journal of Chemical Physics 140 (1), 014703. (2014).
13. Falsig, H.; Shen, J.; Khan, T. S.; Guo, W. Jones, G.; Dahl, S.; Bligaard, T., “On the structure sensitivity of direct NO decomposition over low-index transition metal facets”, Topics in Catalysis 57 (1-4), 80-88.(2014).
14. Guo, W. Vlachos, D. G, “Effect of local metal microstructure on adsorption on bimetallic surfaces: Atomic nitrogen on Ni/Pt (111)”, The Journal of Chemical Physics 138 (17), 174702 (2013).
15. Vojvodic, A.; Calle-Vallejo, F.; Guo, W.; Wang, S.; Toftelund, A.; Studt, F.; Martinez, J. I.; Shen, J.; Man, I. C.; Rossmeisl, J. ; Bligaard, T.; Norskov, J. K.; Abild-Pedersen, F., “On the behavior of Brønsted-Evans-Polanyi relations for transition metal oxides”, The Journal of Chemical Physics 134 (24), 244509 (2011).
16. Guo, W.; Hu, Y.; Zhang, Y.; Du, S.; Gao, H.-J., “Transport properties of boron nanotubes investigated by ab initio calculation”, Chinese Physics B. 18 (6), 2502 (2009).
17. Guo, W.; Du, S.; Zhang, Y.; Hofer, W.; Seidel, C.; Chi, L.; Fuchs, H. .; Gao, H.-J., “Electrostatic field effect on molecular structures at metal surfaces”, Surface Science 603 (17), 2815-2819 (2009).
18. Gao, L.; Ji, W.; Hu, Y.; Cheng, Z.; Deng, Z.; Liu, Q.; Jiang, N.; Lin, X.; Guo, W.; Du, S. X.; Hofer, W. A.; Xie, X. C.; Gao, H.-J., “Site-specific Kondo effect at ambient temperatures in iron-based molecules”, Physical Review Letters. 99 (10), 106402 (2007).
19. Lin, X.; He, X.; Yang, T.; Guo, W.; Shi, D.; Gao, H.-J.; Ma, D.; Lee, S.; Liu, F.; Xie, X., “Intrinsic current-voltage properties of nanowires with four-probe scanning tunneling microscopy: A conductance transition of ZnO nanowire”, Applied Physics Letters. 89 (4), 043103 (2006).
