刘志平

时间:2019-12-17阅读次数:1368

刘志平副教授  博士生导师

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liuzhp@mail.buct.edu.cn

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010-64453527-604


招生专业及研究方向

招生专业:
化学工程与技术
研究方向:
研究方向具有鲜明的学科交叉特色,不仅接收化工专业的同学,也欢迎数学、物理、化学和计算机专业的同学报考。你需要一点尚未磨灭的好奇心和不甘心虚度的时光,我们提供优质的平台和持久的耐心。 简言之,我们以能源、环境和化工的重大需求为背景,力图吸收当代物理、化学和信息科学的研究成果,应用跨尺度计算机模拟技术探讨现代化学工程中分离、传质和催化等重要问题。我们的目标是现象能预测、机理看微观,希望能在新材料创制和新过程创新中做出一点小小的贡献。
前期的研究主要围绕一种新型溶剂离子液体展开。离子液体仅由阴阳离子组成,但熔点低至常温以下,由于其几乎没有蒸汽压,以及优良的热稳定性和化学稳定性, 有望替代目前化工过程中大量使用的有机挥发性溶剂,开发出绿色的新型化工工艺,改变公众对化工高污染的传统印象。阴阳离子的结构都能够实现较大范围的调 控,所以离子液体是一种根据应用需求可设计的新型溶剂,而潜在的离子液体数目非常巨大,因此在从分子结构出发,自下而上地研究其结构与物性的关系意义重 大。
我们建立了一套从“电子尺度”到“原子分子尺度”再到“宏观尺度”的多尺度模拟方法。基于分子团簇的高精度从头计算结果,对不同相互作用选择适合的数学函 数分别优化参数,在预测性质的准确度、计算复杂度和力场可移植性之间寻找平衡,针对性开发了离子液体的分子力场。能够定量预测包括混合体系在内的密度、饱 和蒸发焓、自扩散系数、粘度等宏观热力学和输运性质。该建构策略被国内外同行广泛认可并以作者姓氏首字母LHW命名。针对捕集二氧化碳的离子液体,提出了 一种有效的筛选方案,极大降低了实验研究的成本,并通过分子模拟发现离子尺寸及不对称性对二氧化碳物理吸收的重要影响。在研究纤维素在离子液体中的溶解机 理方面,发现阴离子与纤维素表面上羟基形成的氢键起到了关键作用,而且其强度与形成的氢键模式相关。为此提出采用阴离子和纤维素之间的势能分布(Pair Energy Distribution, PED) 曲线作为评价纤维素溶解能力的预测指标。该指标不仅能很好表征具有不同离子液体溶解纤维素的能力,对加入不同分子溶剂后的混合溶剂,也能够正确预测其溶解 能力的增强或削弱,呈现出不同的共溶剂或反溶剂效应。
目前在研的项目主要是借助分子模拟在微观层次的巨大优势,研究离子液体作为介质,与不同形貌的电极组合用作超级电容的性能与结构的关系。思路是开发粗粒化 模型,以离子液体在多孔碳电极表面及孔内的吸附和扩散为核心,在微观尺度上探索多孔电极材料的表面和孔结构与离子液体中阴阳离子尺寸和形状之间可能存在的 匹配效应,为设计新型超级电容电极材料提供理论基础和新思路。
此外正在积极与中石化等工业研究部门接触讨论合作的机会。
分子模拟最为人诟病的就是其出发点,即原子之间相互作用描述的不准确,有可能带来不可预知甚至起误导作用的结论。由于原子之间相互作用内生的复杂性,传统 的经验分子力场越来越捉襟见肘,在未来的研究中,希望以我们在该领域长期积累的经验为基石,吸收当下人工智能的成果,借助大数据发展的浪潮,为这一问题提 供较好的解决方案。

个人经历

2008-2009 访问学者,加州大学伯克利分校
2005至今 副教授,北京化工大学
2004 博士后,北京化工大学
2002 博士,化学工程,清华大学
1996 学士,化学工程与工艺,清华大学

科研项目

作为课题负责人承担和完成多项国家自然科学基金面上项目:
2018.1-2021.12 离子液体在新型碳材料表面和孔内的吸附扩散及其充放电机理的分子模拟研究 (21776006)
2014.1-2017.12 用于木质纤维素选择性分离的深共熔体系的构效关系和分子模拟 (21376012)
2012.1-2015.12 离子液体聚合物捕集二氧化碳机理的分子模拟研究 (21176009)
2010.1-2012.12 基于木质纤维素的生物质在离子液体中溶解机理的分子模拟 (20976004)
2007.1-2009.12 化工分离中功能化离子液体的分子设计 (20676005)
与张现仁教授合作参与两项国家科学基金重大研究计划培育和重点项目(与天津大学合作)
2015.1-2018.12 多相反应过程中的介尺度机制及调控 (91434204)
2008.1-2011.12 化工过程强化中多相界面多组元传质研究(20736005)
参与国家973计划子课题(与南京工业大学合作)
2004.1-2008.12 面向应用过程的膜材料设计与制备基础研究 (2003CB615700)
2011年获新世纪优秀人才资助 (NCET-11-0559)

学术成就

以通讯或第一作者在化工化学主流期刊如AIChE J., J. Phys. Chem. B, Phys. Chem. Chem. Phys.等发表论文30余篇,他引超过1000次,其中单篇论文他引最高近400次。代表性论文:
(1) Liu, Z. P.; Huang, S. P.; Wang, W. C.: A refined force field for molecular simulation of imidazolium-based ionic liquids. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12978-12989. (累计他引~400次)
(2) Zhang, X. C.; Liu, Z. P.; Wang, W. C.: Screening of ionic liquids to capture CO2 by COSMO-RS and experiments. AIChE J. 2008, 54, 2717-2728. (累计他引~150次)
(3) Zhong, X.; Liu, Z.; Cao, D.: Improved Classical United-Atom Force Field for Imidazolium-Based Ionic Liquids: Tetrafluoroborate, Hexafluorophosphate, Methylsulfate, Trifluoromethylsulfonate, Acetate, Trifluoroacetate, and Bis(trifluoromethylsulfonyl)amide. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 10027-10040. (累计他引~70次)
(4) Huo, F.; Liu, Z.; Wang, W.: Cosolvent or Antisolvent? A Molecular View of the Interface between Ionic Liquids and Cellulose upon Addition of Another Molecular Solvent. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 11780-11792. (累计他引~50次)
(5) Zhang, X. C.; Huo, F.; Liu, Z. P.; Wang, W. C.; Shi, W.; Maginn, E. J.: Absorption of CO2 in the Ionic Liquid 1-n-Hexyl-3-methylimidazolium Tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate ([hmim][FEP]): A Molecular View by Computer Simulations. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 7591-7598. (累计他引~80次)
(6) Liu, Z. P.; Chen, T.; Bell, A.; Smit, B.: Improved United-Atom Force Field for 1-Alkyl-3-methylimidazolium Chloride. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 4572-4582. (累计他引~50次)
(7) Liu, Z. P.; Wu, X. P.; Wang, W. C.: A novel united-atom force field for imidazolium-based ionic liquids. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1096-1104. (累计他引~100次)
(8) Wu, X. P.; Liu, Z. P.; Huang, S. P.; Wang, W. C.: Molecular dynamics simulation of room-temperature ionic liquid mixture of bmim BF4 and acetonitrile by a refined force field. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 2771-2779. (累计他引~100次)
(9) Hu, Y.; Liu, Z.; Yuan, X.; Zhang, X.: Molecular mechanism for liquid-liquid extraction: Two-film theory revisited. AIChE J. 2017, 63, 2464-2470.
(10) Dai, C.; Yang, Y.; Fisher, A.; Liu, Z.; Cheng, D.: Interaction of CO2 with metal cluster-functionalized ionic liquids. Journal of CO2 Utilization 2016, 16, 257-263.
(11) Xiao, Q.; Liu, Y.; Guo, Z.; Liu, Z.; Zhang, X.: How nanobubbles lose stability: Effects of surfactants. Appl. Phys. Lett. 2017, 111.
(12) Xiao, Q.; Liu, Y.; Guo, Z.; Liu, Z.; Lohse, D.; Zhang, X.: Solvent Exchange Leading to Nanobubble Nucleation: A Molecular Dynamics Study. Langmuir 2017, 33, 8090-8096.
(13) Gao, X.; Yue, T.; Tian, F.; Liu, Z.; Zhang, X.: Erythrocyte membrane skeleton inhibits nanoparticle endocytosis. AIP Adv. 2017, 7.
(14) Huo, F.; Liu, Z.: Interfacial layering and orientation ordering of ionic liquid around single-walled carbon nanotube: a molecular dynamics study. Mol. Simul. 2015, 41, 271-280.
(15) Zhong, X.; Fan, Z.; Liu, Z.; Cao, D.: Local Structure Evolution and its Connection to Thermodynamic and Transport Properties of 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate and Water Mixtures by Molecular Dynamics Simulations. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 3249-3263. (累计他引~40次)
更详细的论文情况可参看我的Researcherid: http://www.researcherid.com/rid/F-8917-2010

讲授课程

担任本校专业必修课《化工热力学》的课程负责人。另外鉴于我校本科生数值计算能力欠缺,开设了本科生高年级研讨课《开源软件与化工中的计算模拟》

合作交流

受邀多次参加国际会议,如欧洲原子分子计算中心(CECAM)主办的模拟研讨会、日本分子热力学和分子模拟MTMS国际会议等。 在前期的合作研究中,我们与中科院过程所、南京工业大学、河南师范大学、美国圣母大学、美国加州大学伯克利分校都建立了良好的关系,能为未来的同学提供更好的合作交流机会。

招生需求

Coding a better world and becoming a better you!

所属团队或实验室网页介绍

属于分子与材料模拟团队,网页:http://www.ms.buct.edu.cn/,不过恐因更新不便,现已年久失修。