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開(kāi)發(fā)了一系列高活性的光催化材料:TiO2 納米管負(fù)載Au, 石墨烯/暴露{001}面的TiO2 納米復(fù)合光催化材料, 石墨烯/棒狀TiO2納米復(fù)合光催化材料, Ag3PO4/還原的氧化石墨烯片（RGOs）納米復(fù)合材料，用于可見(jiàn)光催化的(Mo，C)/（B，N）共摻雜銳鈦礦相TiO2納米顆粒光催化材料，微量磷酸銀敏化二氧化鈦光催化劑，B、N摻雜石墨烯/ TiO

1. 痛點(diǎn)問(wèn)題 2020年我國(guó)VOCs 排放量將達(dá)到3000萬(wàn)噸，催化氧化技術(shù)因具有適用范圍廣、起燃溫度低、能耗低、凈化效率高、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前VOCs治理行業(yè)研究和應(yīng)用的主流技術(shù)之一，而制備高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的催化劑是催化氧化技術(shù)的核心。目前我國(guó)大中型企業(yè)VOCs催化氧化裝置所采用的催化劑仍以進(jìn)口為主，價(jià)格昂貴，國(guó)產(chǎn)催化劑雖然價(jià)格低，但存在催化氧化活性低、穩(wěn)定性差、易中毒失活等缺點(diǎn)而難以滿足工業(yè)需求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從催化劑活性組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、氧化物間的協(xié)同作用以及氧化機(jī)理等基礎(chǔ)研究方面進(jìn)行了廣泛而深入的探究，而在工業(yè)催化氧化催化劑研制與應(yīng)用方面涉足較少，因此加快研發(fā)高效工業(yè)VOCs催化氧化催化劑已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究者和工程技術(shù)人員的共識(shí)和當(dāng)務(wù)之急。 2. 解決方案 該技術(shù)以蜂窩堇青石陶瓷為載體，通過(guò)原位生長(zhǎng)方式在蜂窩陶瓷內(nèi)外表面引入復(fù)合金屬氧化物有序微/納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)控微/納米結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌特征，系統(tǒng)研究微/納米結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑催化氧化 VOCs的作用規(guī)律，建立了催化成分和微/納米結(jié)構(gòu)對(duì)催化氧化的影響規(guī)律。同時(shí)探究了摻雜元素和水蒸氣循環(huán)對(duì)阻止積炭形成和脫氯的作用機(jī)制，進(jìn)一步提升催化劑穩(wěn)定性及抗氯中毒能力，為徹底解決催化氧化技術(shù)控制VOCs復(fù)雜問(wèn)題提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。 合作需求 江蘇中創(chuàng)清源科技有限公司以清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)的核心技術(shù)為支撐，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，打造國(guó)產(chǎn)催化劑高端技術(shù)品牌。以化工，石化，涂裝，印刷等VOCs治理行業(yè)大型環(huán)保工程公司為目標(biāo)客戶，與環(huán)保工程公司進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，推動(dòng)示范工程建設(shè)，進(jìn)行技術(shù)的工程化應(yīng)用，形成以點(diǎn)帶面效應(yīng)，樹(shù)立品牌，聯(lián)合推廣項(xiàng)目技術(shù)和產(chǎn)品。

N，N-二甲基苯胺（DMA）主要用于三苯甲基甲烷類(lèi)染料生產(chǎn)，還可作為溶劑、炸藥、醫(yī)藥等原料，也用于生產(chǎn)堿性嫩黃素O；堿性紫5BN、堿性艷蘭RB、陽(yáng)離子紅2BL等，也用于生產(chǎn)堿性染料中間體四甲基米氏酮等。我國(guó)生產(chǎn)的DMA除供國(guó)內(nèi)消費(fèi)外，每年有一定量出口。DMA的主要消費(fèi)部門(mén)是染料工業(yè)和香料工業(yè)。由于近年來(lái)堿性嫩黃、堿性紫等品種銷(xiāo)路趨好，DMA消費(fèi)有所上升。在香料工業(yè)中，DMA主要用于香蘭素生產(chǎn)中。 南開(kāi)大學(xué)針對(duì)國(guó)內(nèi)DMA生產(chǎn)工藝的落后現(xiàn)狀，經(jīng)多年開(kāi)發(fā)研究，成功地開(kāi)發(fā)了常壓、氣相、連續(xù)合

燃料電池催化劑是燃料電池最重要的材料，其性能的好壞對(duì)燃料電池性能有決定性的影響。針對(duì)目前廣泛使用的 Pt/C 類(lèi)燃料電池 存在的耐久性不足、缺乏抗反極功能等問(wèn)題，本團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種具有良好性能的燃料電池催化劑，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）催化活性可完全媲美目前國(guó)際品牌的優(yōu)秀催化劑；（2）耐久性可達(dá)商品催化劑的 3-4 倍，可達(dá)到美國(guó)能源部對(duì)燃料電池催化劑的耐久性要求；（3）具有優(yōu)秀的抗反極性能，其抗反極時(shí)間可比目前的商品催化劑延長(zhǎng) 3 倍左右。（4）成本僅為目前市場(chǎng)上燃料電池催化劑的 40%左右。 

在“雙碳”目標(biāo)的背景下，基于可再生能源電解水制氫是真正實(shí)現(xiàn)清潔氫氣來(lái)源的“綠氫”技術(shù)。然而，目前制約電解水制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一是貴金屬基電催化劑高昂的價(jià)格。近年來(lái)，研究者開(kāi)發(fā)了多種廉價(jià)、高效的電解水陰極析氫非貴金屬電催化劑，其中硫化鉬（MoS2）基催化劑是迄今為止發(fā)現(xiàn)的析氫性能最好的非貴金屬催化劑之一，其具有類(lèi)鉑活性。然而，這類(lèi)高活性催化劑往往更易受到復(fù)雜催化反應(yīng)環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致催化劑表面發(fā)生重構(gòu)并破壞其幾何/電子結(jié)構(gòu)，造成催化劑失活。 基于此，本團(tuán)隊(duì)提出了具有分子選擇性的柵欄工程，解決了高活性Co摻雜MoS2析氫反應(yīng)催化劑活性與穩(wěn)定性之間的權(quán)衡問(wèn)題。這一策略為設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的非貴金屬基電催化劑的大規(guī)模應(yīng)用提供了新思路。當(dāng)將該MoS2基（Co-MoS2@CoS2）陰極催化材料與實(shí)驗(yàn)室自制的高活性鈷鎳雙金屬硒化物析氧反應(yīng)陽(yáng)極配對(duì)用于實(shí)驗(yàn)室自制的堿性電解水（AWE）雙電極電解系統(tǒng)時(shí)，在電流密度400 mA/cm2下持續(xù)分解500 h沒(méi)有明顯的衰減。 隨著我國(guó)進(jìn)一步推進(jìn)去碳化，電解水制氫有望成為能源變革的核心。在此背景下，只有大力推廣電解水制氫，才能滿足不斷增長(zhǎng)的綠氫需求。為此，需要大幅擴(kuò)大電解水制氫裝置規(guī)模，讓電解水制氫在國(guó)民經(jīng)濟(jì)去碳化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

應(yīng)急備用電源、便攜式動(dòng)力電源市場(chǎng)。高活性高穩(wěn)定性廉價(jià)催化劑與先進(jìn)制膜工藝相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)電池低功率密度，低壽命的問(wèn)題。組裝的電池具有高功率密度， 高比能量和機(jī)械式快速換電的優(yōu)勢(shì)，在能量密度上遠(yuǎn)超鋰離子電池、鉛酸電池，有望應(yīng)用于便攜式動(dòng)力電源和應(yīng)急備用市場(chǎng)。 

作為一種重要的醫(yī)藥中間體，5-甲基吡嗪-2-羧酸主要用來(lái)合成降 血糖藥物格列吡嗪及降血壓藥物阿昔莫司;同時(shí)，也可用于合成抗結(jié) 核藥物 5-甲基吡嗪-2-羧酸甲酯。采用高效、綠色、環(huán)保的方法大規(guī) 模合成 5-甲基吡嗪-2-羧酸意義重大。目前，5-甲基吡嗪-2-羧酸的工 業(yè)合成以 2,5-二甲基吡嗪為原料，其合成方法主要有如下幾種:(1) KMnO4 氧化法，但該方法中由于高錳酸鉀一般過(guò)量使用，容易氧化 生成較多副產(chǎn)物，產(chǎn)品收率低;且更容易生成大量含高錳

研究催化劑在實(shí)際催化反應(yīng)過(guò)程中的狀態(tài)對(duì)于理解催化劑的催化機(jī)理具有非常重要的意義。實(shí)際催化過(guò)程中，氣體分子會(huì)通過(guò)影響表面能進(jìn)而對(duì)催化劑的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)制。但受限于研究方法，在真實(shí)催化環(huán)境中，氣體分子如何重構(gòu)催化劑表面仍然不清楚。此外，除了催化劑表面結(jié)構(gòu)的變化，在催化反應(yīng)過(guò)程中，催化劑顆粒整體的結(jié)構(gòu)乃至物相也會(huì)發(fā)生變化。

配位聚合物是由無(wú)機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝相互連接，形成的一類(lèi)具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。 一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專(zhuān)業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 祝渙鈞 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 2019年9月至2023年6月 王梓 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 2019年9月至2023年6月 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專(zhuān)業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 覃玲 化學(xué)與化工學(xué)院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應(yīng)用研究 四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 配位聚合物是由無(wú)機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝相互連接，形成的一類(lèi)具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。它具有多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點(diǎn)使得它在吸附，催化，儲(chǔ)能的各個(gè)方面有著優(yōu)良的效果。 本項(xiàng)目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機(jī)配體與金屬離子鈷/鎳通過(guò)配位鍵構(gòu)筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行表征，或者通過(guò)合成和摻雜的方式，調(diào)控它的析氫性能，設(shè)計(jì)出高催化活性和穩(wěn)定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項(xiàng)目組成員通過(guò)設(shè)計(jì)選擇有機(jī)配體與金屬離子，通過(guò)溶劑熱方法合成了多種金屬有機(jī)框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過(guò)線性伏安掃描法等多種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過(guò)摻雜Zn2+后，過(guò)電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對(duì)金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測(cè)效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測(cè)水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒(méi)有催化位點(diǎn)，我們通過(guò)摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。 項(xiàng)目為研究高性能和穩(wěn)定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素?zé)晒馓结槻牧系脑O(shè)計(jì)合成提供了可行的思路。

（專(zhuān)利號(hào)：ZL 201410373649.8） 簡(jiǎn)介：本發(fā)明公開(kāi)了一種含有氧化石墨烯(GO)的Ag/AgBr/GO納米復(fù)合光催化劑的制備方法，屬于光催化劑領(lǐng)域。該Ag/AgBr/GO納米復(fù)合材料活性組分是Ag/AgBr/GO，其結(jié)構(gòu)是Ag/AgBr膠體球均勻的分布在層狀GO上。其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，采用一步法完成。以PVP和CTAB為表面活性劑，同時(shí)，CTAB也是Br-的來(lái)源。首先在一定溫度下使PVP和CTAB溶解在乙二醇中，先后加入GO和Ag