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1. 高品質納米鈦白粉的研究及結構化成型納米二氧化鈦由于具有良好的化學穩定性、高比表面積、熱穩定性、無毒性等特點，并易于與負載金屬間產生SMSI效應，在催化工業中得到了廣泛應用，諸如：火電廠尾氣脫硝處理、VOCs(揮發性有機化合物)催化燃燒處理、柴油車尾氣排放控制等。以火電廠的煙氣脫硝SCR催化劑為例，納米級鈦白粉作為催化劑載體，占催化劑粉體的80?90%，總成本的40?50%，是SCR脫硝催化劑的重要組成。但是目前全球只有日本和歐洲的少數廠家可以生產高品級納米鈦白粉。在我國，目前應用于催化劑工業的納米鈦白粉尚未完全國產化，這是煙氣SCR脫硝催化劑等環保催化劑的價格居高不下的主要原因之一。大多數國內SCR脫硝催化劑是通過引進技術、設備和納米鈦白粉粉體等原料，其后自行壓縮制作蜂窩式、板式等催化劑，并沒有完全掌握催化劑中所有成分的制作及依據不同燃料尾氣進行配比的技術經驗和訣竅。總體上說，SCR脫硝催化劑在國內基本還處于“來料加工”的狀態(即使是國內市場份額較大的東方凱特瑞、無錫龍源等企業)。我們研究室通過探索鈦白粉的物化性質、成型性及催化性能三者之間的關系，嘗試從科學角度去構建適用于SCR脫硝催化劑等環保催化劑的納米鈦白粉的制備關鍵技術。進而在此基礎上，制備高品級的納米鈦白粉，包括鎢鈦，硅鈦，釩鈦等一系列產品，達到國外同類產品技術水平。同時通過探討不同因素在蜂窩狀脫硝催化劑成型過程中的影響，制備工業級別的蜂窩狀催化劑，從而最終改變目前國內煙道氣脫硝催化劑尚處于的“來料加工”狀態，掌握完全自主的知識產權。在研究中，我們采用改進的水熱合成法，在較為溫和的條件下(< 100°c的低溫、常壓下)，以偏鈦酸為原料出發，制備具有高比表面積和良好耐熱穩定性的納米鈦白粉(圖-1)。同時在制備鈦白粉的過程中，充分考察漿料的ph值、雜質含量、助劑(鎢、硅)等的添加、煅燒溫度等對最終產品的影響。另一方面，在催化劑成型中，我們對添加劑種類、加入順序、加入量和操作條件等對催化劑機械性能和活性等的影響進行了徹底的研究。在充分考慮泥團的酸堿，硬度，塑性等多種指標的前提下，采用獨自的多段攪拌技術制備了蜂窩狀催化劑(圖-2)。在納米鈦白粉粉體及成型性研究的同時，我們對其作為載體或催化劑在脫硝、脫臭及光化學催化中的應用也開展了研究，例如電廠、大型鍋爐、垃圾焚燒廠、船舶(新型輕質波紋板催化劑)等大型設備的煙氣SCR脫硝催化劑、VOCs(揮發性有機化合物)催化燃燒催化劑等，以及小型工廠、自動車、民用等SCR脫硝、VOCs催化燃燒等。圖-3為納米氧化鈦在VOCs催化燃燒中的應用，圖-4為工業級火電廠脫硝用納米氧化鈦擠出型蜂窩狀SCR催化劑，圖-5為工業級柴油車尾氣脫硝用涂層式蜂窩狀催化劑。與商業鈦白粉的耐熱性對比(900°C 9 h in air)    不同摻雜物質對納米氧化鈦比表面積的影響圖-1 高比表面積和良好耐熱穩定性的新型納米鈦白粉2. 新型金屬整體式催化劑載體(PCT專利WO2005/089939A1，日本專利2011-31162) 催化劑的活性組份、結構化載體和反應器三者集成化的思想，已成為當前催化領域重要的且被逐漸接受的新思維。從宏觀尺度出發研制的具有結構化的整體式催化劑，由于糅合了催化劑設計和反應器設計，從而具有傳質傳熱好、床層壓降低、緊湊小型、工程放大簡單等優點，有利于提高催化反應的活性和選擇性等。在大氣環保和催化燃燒等氣固相反應中已得到廣泛應用，在多相反應中也顯示了巨大的潛力。但傳統的涂層式整體式催化劑，因活性組分涂層與基材物性(堇青石或金屬合金)的較大差異，使得涂層的粘附穩定性不高，易剝離的問題尚未得到完善解決。針對傳統涂覆法制備的金屬基體整體式催化劑(MMC)的活性涂層易剝離的瓶頸，以及近年來發展的非涂覆式MMC的比表面積小、孔道難以調控的缺點，我們利用多孔陽極氧化鋁材料(PAA)的金屬自生長氧化鋁膜與金屬基體間具有高度粘附性的特點，在保持其有序孔骨架結構的前提下，通過“陽極氧化-擴孔-水熱反應-焙燒”的方法，對其孔道結構和化學特性進行改性修飾，制備一種具有大比表面積的新型非涂覆式MMC。在材料合成過程中，結合陽極氧化和擴孔處理對多孔膜的幾何參數的調變，解析水熱反應中擬薄水鋁石層的形成機制以及由此帶來的封孔效應，創新性地利用金屬自生長和原位相變技術在MMC上實現大范圍尺度可調的規則雙孔道結構。在此基礎之上，我們通過探索PAA催化劑的構效關系，獲得既利于分散和反應又有利于擴散傳質的孔道特征，發展了一套面向具體反應可控合成MMC的新方法。改性PAA膜與金屬基材間緊密的一體化構造，實現了反應場上熱量的快速供給與轉移。高度可塑性的金屬基材使得催化劑可以具有復雜的立體結構，確保了裝置的低壓損和小型化(圖-6)。采用Al/Fe–Cr–Ni Alloy/Al覆層鋁材制備的高溫型PAA載體，實現了快速通電加熱，從室溫到1000°C僅需數秒，大幅提升了系統啟動性和響應性(圖-7)。另外，開發了金屬中間擴散層技術和微小龜裂技術用于改善PAA膜在劇烈機械或熱沖擊下的韌性和穩定性，在40000次通電加熱1000°C – 室溫急冷的循環測試中，未發現PAA膜的剝落。在研究PAA載體的同時，對其在環保和新能源領域，尤其是對系統壓損、啟動性、熱應答性/熱耦合、輕質化及小型化等具有嚴格要求的體系中的應用，均開展了長期的研究，例如自動車尾氣脫硝處理，VOCs/CO/NH3的催化燃燒，甲烷/甲醇/乙醇/DME/煤油的重整制氫等等。3. 貴金屬替代型高效催化燃燒(含尾氣污染的催化燃燒治理)目前在工業催化燃燒中，主要以貴金屬為活性組分，多使用顆粒狀充填反應器或堇青石蜂窩狀反應器。主要問題是：① 貴金屬催化劑性能優異，但價格昂貴；② 設備較為龐大，能量利用率低和運轉費用過高，從而嚴重限制了向中小型企業的普及應用。貴金屬替代催化劑和高效節能的緊湊型反應器的開發成為該領域的主要發展趨勢。我們對于有機揮發性氣體VOCs、CO及NH3的催化燃燒凈化，使用多種類型的催化劑進行了研究。主要包括：傳統的粒狀負載催化劑、負載型改性PAA整體式催化劑、Bulk型復合金屬氧化物催化劑、改性TiO2催化劑、含碳素的非貴金屬催化劑等。目前為止，所開發的Bulk型Cu-Co系、Cu-Mn系、Fe-Mn系等催化劑，在芳香族(苯、甲苯、二甲苯)的燃燒上接近貴金屬催化劑。在CO、NH3、乙酸乙酯、己烷等的燃燒上達到或超越貴金屬催化劑(表-1)。當前，我們在整合PAA改性修飾技術和復合金屬氧化物技術的基礎之上，正在從事負載非貴金屬的PAA催化燃燒催化劑的開發，并把它用于化工供熱源及大氣污染的燃燒治理(VOC、NH3、CO、HC等)。充分利用金屬整體式催化劑在可塑性和傳熱性上的優異性能，通過合理的催化劑成型及反應器設計，提高放/吸熱耦合性，實現高效節能和小型化的目的(諸如采用Multi-tube型、Wall-type型、多層同心圓等反應器設計，在平板狀催化劑的兩側分別設置燃燒反應和換熱介質)。同時，在結合金屬整體式催化劑特性的基礎之上，根據具體的用途對反應體系進行合理的工藝設計。例如對于低濃度大風量尾氣的處理，采用“濃縮–燃燒”一體化設計，并在反應啟動階段采用通電啟動催化反應(圖-8)。圖-8 大中小型VOCs催化氧化處理系統4. 多功能型重整制氫催化劑的研究 (日本專利2011-31162) 碳氫化合物的重整制氫主要用途為PEFC燃料電池的制氫及H2和CO化工原料的制備。但是由于重整制氫多為強吸熱反應，反應體系對吸/放熱的耦合有嚴格要求，另外PEFC制氫的啟動性和小型化等也被較多地關注。2004年起，我們啟動了多功能重整制氫催化劑的開發(甲烷、DME、甲醇、乙醇、煤油等)，為降低催化劑成本，使用低價Ni為主要活性成分(圖-9)。為解決鎳催化劑中常出現的鎳氧化、結焦、燒結等失活問題，在孔道控制的基礎之上，通過Nickel Aluminate中間層及痕跡量貴金屬添加等技術的開發，制備了具有較高壽命并且可以自活化?自復活的AAO鎳催化劑。在與商業催化劑（SüD–CHEMIE的RUA和FCR-4，新日本石油的RUA-2）的對比測試中，該催化劑表現出更加優異的性能。使用都市煤氣13A為原料，3000h靜態壽命測試及500回DSS模式測試(Daily startup and shutdown)均取得良好結果(圖-10)。基于板式通電加熱型PAA催化劑的水蒸氣重整制氫的測試結果表明，采用階段式通電加熱，系統啟動時間可從傳統的外加熱式的1h縮短為10min，從而為實現PEFC的快速啟動提供了有力的技術保障。多用途是該催化劑的重要特點。除天然氣的水蒸氣重整之外，在甲醇、乙醇、燈油的水蒸氣重整，甲烷直接部分氧化重整，甲烷二氧化碳重整等體系中均取得了良好結果。迄今為止，在非貴金屬催化劑中，多功能型重整催化劑尚未見報道。目前的主要工作是：1) 催化劑的進一步改良優化；2) 以流程集成化和強化傳熱為目的，進行Multi-tube或Wall-type型反應器的設計(重整–燃燒一體化) (圖-11)；3) 整合非平衡式“CO2吸附–重整”一體化設計，超越CO的SHIFT反應的平衡限制，例如采用CO2吸附技術，或催化膜反應器等；3) 生物質原料(生物質甲醇、乙醇、甲烷等)的重整制氫，及CO2的重整等研究；5. 整體式催化劑的新用途在上述研究的基礎之上，我們根植于材料化學工程國家重點實驗室和化學工程與技術國家一級重點學科，進行跨專業跨學科的合作，充分發揮整體式催化劑的特點，逐步拓展其在能源和環保等領域中的應用，例如：1) 金屬基催化劑的放電電極和催化反應效果的疊加2) 再生式環控生保系統二氧化碳的Sabatier反應3) 加氫、裂解、C1及C2合成4) 水污染治理上的應用5) 傳統化工領域的技術革新，例如，在催化精餾中實現流道設計用的塔填料與反應用的催化劑的一體化構造，用以實現裝置的小型化、降低床層壓降以及解決催化精餾常出現的液泛等問題。

揭示了沸石分子篩中硼中心的配位環境與催化丙烷脫氫性能的構效關系，率先提出雙羥基硼物種作為丙烷脫氫的活性中心 一、項目分類 重大科學前沿創新 二、成果簡介 開展沸石分子篩催化材料研究，闡明了惰性碳-氫鍵低溫活化轉化的機理，國際上率先提出分子圍欄催化劑設計的新方法，克服了甲烷低溫氧化中高甲烷轉化率和高甲醇選擇性不可兼得的領域難題，在70℃下突破性實現17.2%的甲烷轉化率和92%的甲醇選擇性；揭示了沸石分子篩中硼中心的配位環境與催化丙烷脫氫性能的構效關系，率先提出雙羥基硼物種作為丙烷脫氫的活性中心，并在純硅分子篩骨架中構筑具有此類硼中心開發出硼硅分子篩新材料，催化丙烷有氧脫氫中丙烷轉化率達到41.6%，烯烴產物選擇性超過80%（效率達到傳統分子篩負載多聚硼材料的近十倍），為天然氣和頁巖氣的高效利用提供了理論基礎和技術支撐。 上述相關技術完成了實驗室的小試研究，指標達到國際先進水平。準備進一步推進中。

本發明涉及一種仿生有機胍催化劑合成醫用生物降解材料的工藝方法，特別是醫用生物降解性聚酯類聚合物合成的新工藝方法，其特點是使用無毒、無金屬的仿生醋酸六丁基胍和醋酸四甲基二丁基胍為催化劑進行環酯類單體(L-丙交酯，D，L-丙交酯，乙交酯，ε-己內酯)的開環聚合反應，從而合成高度生物體安全性醫用生物降解材料。這一新工藝方法避免了使用目前廣泛使用的具有細胞毒性的辛酸亞錫類催化劑。本工藝采用本體聚合法，聚合反應具有受控、活性聚合反應特點，不僅可合成均聚物，并且能用于合成具受控組成的嵌段共聚物。本工藝無三廢污

南開大學課題組以新型納米催化材料的制備為切入點，研究了汽車尾氣中NOx的催化還原和飲用水中硝酸根的催化脫除，并探討了納米TiO2載體上負載金屬形貌控制機理，硝酸根的催化脫除機理以及汽車尾氣中NOx的凈化和工業應用等問題。創新性采用光催化法控制Me/TiO2催化劑中負載金屬的形貌，克服了傳統催化劑的制備弱點。光催化還原硝酸根的轉化率達到98.4%，生成理想產物N2的選擇性達99.9%，具有十

本發明公開了一種CuS修飾的固定化TiO2納米帶光催化劑的制備及使用方法，其特征在于，具體包括如下步驟：(1)鈦片的預處理；(2)對鈦片進行電化學陽極氧化處理，制備固定化TiO2納米帶；(3)采用連續離子層吸附反應方法制備CuS修飾的固定化TiO2納米帶。本發明方法制備的光催化劑不但能夠吸收可見光，而且促進了光生電子?空穴的分離，進而提高光催化效率，能夠有效的去除環境中的有機污染物，并避免造成納米污染。

本發明涉及一種能夠高效降解高濃度苯的納米二氧化鈦光催化 劑制備方法，該光催化劑是將水熱法制得的二氧化鈦在 NH3 和 H2 氣 氛下進行退火處理得到，記為 N-H-TiO2。本發明中用到的氣氛為 NH3 和 H2， 通 氣 過 程 中 其 流 量 均 為 200-400ml/min， 熱 處 理 溫 度 為 550-650℃，升溫速率為 5-10℃/min，在兩種氣氛下的保溫，待到達保 溫時間后直接打開爐門，自然冷卻至室溫。本發明所述的 N-H-TiO2 納米光催化劑呈淡黃色，顆粒均勻分散，優點在于它廉價的成本和簡 單的工藝及高效穩定的性能，能夠在可見光下快速徹底降解苯這一有 毒的揮發性有機物。本發明所述的制備方法能夠實現對溫度、時間和 熱處理氣氛的控制，具有簡便可控、能耗低、效率高、無污染的優點。

近日，電子科學與技術學院黃文財教授團隊和福州伏智光催化研究中心呂鋒仔團隊應邀在Cell旗下物質科學子刊Cell Reports Physical Science發表了題為“The development of balanced heterojunction photocatalysts”的perspective前瞻性論文（DOI:10.1016/j.xcrp.2022.101082）。

設計合成了C/ a-MoC /Ag三組元復合電催化劑，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩陣的高導電性、a-MoC的穩定性、Ag納米團簇的單分散性和優越氧吸附特點，C、a-MoC和Ag之間相互作用產生有效協同效應，使得C/ a-MoC/Ag復合催化劑具有可以與貴金屬鉑媲美的電化學氧還原性能。通過旋轉圓盤電極測試了C/ a-MoC/Ag新型復合催化劑在堿性條件下的氧還原電催化性能（如圖1），C/α-MoC/Ag的半波電勢遷移到電勢更正的位置（?0.145 V ），這表明氧分子還原性能由于C/α-MoC和Ag之間的協同作用得到了很大的提升。盡管Pt/C電極產生了更正的半波電勢（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag復合催化劑在-0.8V的質量傳遞限制電流密度相比Pt/C來說增長的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量僅為百分之6.7，相對于20%Pt/C來說極具有商業應用價值。為了進一步闡明C/α-MoC/Ag的協同效應，他們利用DFT理論研究了氧氣分子在a-MoC(001)負載Ag納米顆粒的吸附行為（圖2），結果表明，相對于純的a-MoC(001)面比較來說，少量Ag負載后，整個基地表面上氧氣分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分說明了復合催化劑C/α-MoC/Ag三成分之間的有效協同效應。此研究為設計新一代價廉高效空氣電池用電催化材料提供了新思路。

衛星在軌運行和返回過程中需經歷極端高低溫環境，構件尺寸的穩定是保證衛星在軌高精度、返回高安全、任務高可靠的關鍵。針對衛星搭載的某寬帶微波載荷與衛星本體材料之間熱膨脹系數不匹配極易導致的載荷在軌及返回過程中載荷接收精度不穩定、信息傳輸不連續等問題。我校陳駿教授團隊以原創的負熱膨脹技術研發了具有輕質、熱膨脹系數低、力學性能優異、尺寸穩定性好的高性能低膨脹鋁基復合材料，并研制了系列關鍵連接內置件、環件等高性能低膨脹構件，首次將負熱膨脹技術應用到我國的衛星上，填補了高性能低膨脹金屬構件在工程應用領域的空白。該技術使得某寬帶微波載荷與衛星本體之間熱膨脹匹配性增強、界面應力大幅度減小，保證了衛星在軌與返回過程中信號高精度傳輸與接收，助力衛星成功返回。 圖1 實踐十九號衛星成功返回（圖片來源國家航天局） 圖2 高性能低膨脹鋁基復合材料及構件應用于全球首顆可重復使用返回式技術試驗衛星（圖片來源央視新聞頻道）