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金屬基復合材料是近幾年來迅速發展起來的一種高技術的新型工程材料，它具有高的比剛度，比強度，優良的高溫性能，低的熱膨脹系數以及良好的耐磨、減摩性。由于其優良的加工、成型性能，明顯的性能價格比之優勢，在世界許多國家，如美國、英國、日本以及印度、巴西等對它的研究和應用開發正多層次大面積的展開。金屬基復合材料的成功應用首先是在航空、航天領域，如美國宇航局（NASA

珠光顏料是一種特性顏料，指具有珍珠光澤、能夠產生獨特視覺效應的一類顏料。人工合成具有特定暴露面的鳥嘌呤晶體可有效解決魚鱗鳥嘌呤珠光顏料資源有限、提取工藝復雜、價格昂貴、耐熱耐光性差等問題。 本成果突破有機小分子納米晶在晶化過程、晶型和形貌控制方面的合成難題，首次實現有機小分子鳥嘌呤的晶型、形貌、尺寸及珠光特性的有效調控，實現單一晶型的β相無水鳥嘌呤納米片的批量合成。這是國際上首類人工合成的納米尺度的有機小分子晶體珠光顏料，性能穩定、無毒、輕質。 此外，我們創新性地將一系列染料分子摻雜到鳥嘌呤納米片晶體的晶格中。目前已成功將陽離子金黃X-GL、結晶紫、亞甲基藍等十余種染料分子嵌入鳥嘌呤納米片的晶格中，在保有高反射率和珠光色的同時，獲得色彩豐富且晶型和形貌可控的彩色β相無水鳥嘌呤納米片。其在分散液中有明亮的珠光色（圖1），干燥的粉末呈現漂亮的顏色，且不會被洗脫，大大豐富鳥嘌呤珠光顏料的應用范圍。另外，為降低彩色鳥嘌呤珠光顏料的毒性，我們還將中國化妝品原料清單中的堿性橙等十余種染料摻雜到彩色鳥嘌呤珠光顏料的晶格中，這些彩色鳥嘌呤將可用作護膚品和彩妝等高端化妝品珠光顏料，也可用作對健康和環保性要求高的兒童玩具、環保涂料的珠光顏料。

鈦及鈦合金在生物醫學領域的應用日益廣泛。隨著表面改性技術的發展，經表面生物活化改性的多孔鈦材料不僅具有良好的生物相容性和骨傳導性，還可具有骨誘導性。中心在國家“十一五”、“十二五”科技支撐計劃資助下，利用獨特的多孔金屬制備技術及表面電化學改性技術制備出骨誘導多孔鈦材料，其力學性能與人體自然骨匹配良好，在應用于承力部位骨修復方面具有極大的優勢。

常見的納米酶大多數是金屬化合物納米顆粒，其催化活性主要是來自在納米顆粒表面的金屬離子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位點和支持、穩定活性位點的網絡環境對于高催化效率同樣重要。通過調整活性位點的成分和環境可以實現高的活性和選擇性。水凝膠是一類具有良好生物相容性的三維親水網絡材料，其結構可以有效地保護酶分子活性中心，同時提供更好的底物遷移微環境，從而實現有效的催化作用，載酶水凝膠材料已成為生物學研究中的熱點。納米凝膠為水凝膠的納米粒子，具有類似于宏觀水凝膠材料的親水網絡及類似流體的傳輸特性，其納米的尺寸可以作為進一步體內生物應用的理想載體。在受限的納米空間中實現修飾或組裝以獲得雜化納米凝膠仍然存在挑戰。應對這一挑戰，同濟大學化學科學與工程學院王啟剛團隊從仿生的角度出發，設計了一種酶催化的原子轉移自由基聚合（ATRPase）和金屬配位交聯方法成功制備出納米人工多酶凝膠體系。該體系具有模擬超氧化物歧化酶（SOD-like）和過氧化物酶（POD-like）特性，可以實現腫瘤微環境級聯催化的響應成像。日前，相關研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”為題，發表在國際著名學術期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德國應用化學》） 上。同濟大學化學科學與工程學院為該文的唯一通訊作者單位，碩士生齊美園為第一作者，王霞副教授和王啟剛教授為共同通訊作者。 圖1.（a）人工多酶凝膠體系的ATRPase及配位交聯制備流程（b）模擬SOD和POD級聯酶催化的腫瘤微環境響應的熒光成像機制。研究人員首先在納米粒子表面修飾酶催化的原子轉移自由基聚合的引發劑(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶為催化劑，修飾有雙鍵的賴氨酸（N-acryloyl-L-lysine）為聚合單體，在納米粒子周圍聚合制備得到聚賴氨酸高分子刷，最后通過亞鐵配位交聯，從而構建出具有多酶活性的人工多酶凝膠體系（如圖1所示）。凝膠體系中高分散的Fe離子一方面作為凝膠網絡的交聯劑，同時作為模擬酶的活性中心。通過模擬SOD和POD酶，先將腫瘤部位高水平的O 2 ?? 催化轉化為H 2 O 2 ，進一步基于腫瘤部位提升的H 2 O 2 通過級聯酶催化反應實現腫瘤微環境響應的安全、高效的腫瘤成像。該人工多酶凝膠體系類似自然的過氧化物酶催化機制不產生羥基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同時，ATRPase方法和金屬配位交聯技術可進一步實現多種納米材料體系的制備，用于藥物輸送和其他生物醫學應用。該研究成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等經費支持以及中國科學院強磁場科學中心的技術支持。王啟剛教授團隊多年來一直致力于高分子凝膠固定酶技術及其生物診療應用，近5年累計以通訊作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊發表SCI論文50多篇。文獻鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf課題組網站：https://qgwang.tongji.edu.cn/

技術簡介： 催化精餾技術在一個設備內整合催化反應與精餾分離，在催化反應進行的同 時，通過精餾過程把產物從體系中分離，推動反應平衡向右移動。它適用于需要 催化劑進行均相或非均相催化來提高反應速率,且反應物的轉化率和催化劑的選 擇性通常達不到 100%的情況。 天津大學開發的新型催化精餾規整填料技術，在實現催化精餾耦合過程的同 時，可有效提升設備的通量以及催化劑的裝填量，并降低壓降。相比于傳統的催 32天津大學科技成果選編 化精餾填料，可提升通量 50%以上。填料內部的特殊結構設計可有效提升氣液固 三相的傳質，促進物料在催化劑內部的擴散，大大提升了反應效率和分離效率。 目前該技術已經在石化行業中的輕汽油醚化，MTBE，叔丁醇脫水，碳四加氫異 構化等工藝中得到了應用。 應用前景分析： 催化精餾最早應用于甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等合成工 藝中，現已廣泛應用于包括酯化、醚化、異構化、烷基化、疊合過程、烯烴選擇 性加氫、氧化脫氫、碳一化學、水解、酯交換和其他反應過程等多種平衡反應。 化工行業中有著巨大的市場需求，且由于催化劑的活性問題，每三年即需要更換 一次，因此該需求有較好的持續性。傳統捆扎包式催化精餾填料存在通量小，壓 降大，易發生偏流和短路，分離和反應效率低等問題。新型崔化精餾規整填料技 術完美的解決了上述問題，目前，該填料已經在多個工藝上成功工業化應用，為 企業節約了大量的投資費用和操作成本，產品轉化率等也有明顯提升。 經濟效益預測： 相比于傳統的捆扎包式的催化精餾填料，該新型催化精餾填料技術可提升通 量 50%以上，節約固定設備初投資 30%以上，節約操作費用 30%以上。相比于 傳統的先反應再分離的技術，可節約設備初投資 50%以上，節約操作費用 50% 以上。 技術成熟度:產業化項目

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉換效率高和環境友好等優點， 是電動汽車的理想動力源。但燃料電池電動汽車(FCV)的商業化，必須解決基 于碳載鉗(Pt/C)催化劑FCV的高成本問題。 自2009年美國科學家在Science雜志報道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來，化學家與材料科學家一直在探尋如何進一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發動機中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團隊基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國際上首次通過 “NG分子結構一NG電導率一0RR催化活性”的關聯，找到了該科學難題的突破 點.我們在分子結構模擬的基礎上，認識到三種氮參雜NG材料中，既唳型和既 咯型具有二維平面結構，使NG保持了石墨烯原有的平面共輾大兀鍵結構，具 有良好的導電性，因而具有優異的0RR催化活性；而丁基型NG為三維空間不 平整結構，破壞了石墨烯原有的二維平面共巍大e鍵結構，導電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應以唬唳型和唬咯型為主，盡可能減少甚至 杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應，通過調制LM 層間距，在LM層間插入苯胺單體，層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜 達90%以上的NG材料。其催化0RR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV,是傳 統方法下獲得的NG材料0RR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質子 交換膜燃料電池的輸出功率達580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個數量級，為世界領先水平。我們開發的此類新型NG材料已經具備了在燃料 電池發動機中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應空間 不僅克服了傳統開放體系下合成的NG以丁基型為主，導電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開放體系下因摻N效率低而導致合成NG成本高的問題。該研究成 果意味著，長期困擾燃料電池實用化的高成本問題將不再是瓶頸問題。

成果簡介： 構筑碳-碳鍵的烯烴鏈式聚合和生成碳-雜鍵的環狀單體開環聚合，有賴過渡金屬配合物催化的發現而取得卓越成就。然而，金屬催化大多基于路易斯酸（金屬原子空d軌道）作用。探索有機分子催化的聚合體系，可以拓展更多催化和聚合反應模式，揭示涵蓋路易斯酸、堿，布朗斯特酸、堿，和氫鍵（及其他弱）作用的，多樣性和多功能協同的催化聚合新范式。發現新聚合反應，創制新型

采用綠色氧化劑空氣、氧氣和雙氧水等，將芳甲基直接氧化物芳香醇、醛和酸，反應具有較好的選擇性，催化劑價格便宜，容易回收。反應條件簡單、容易控制。

該項目為“十五”國家 863 計劃課題成果。針對難降解工業廢水濃度高、色度大、 有毒有害的特點，開發出催化鐵、催化鋁等內電解方法，經處理后廢水的可生化性大大 改善、色度降低，且產生的鐵離子等起到混凝作用，強化了后續好氧生物處理工藝。對 一般化工區混合廢水采用該方法預處理、再經通常的生物處理工藝，出水可以達到二級 排放標準。 

催化精餾技術在一個設備內整合催化反應與精餾分離，在催化反應進行的同時，通過精餾過程把產物從體系中分離，推動反應平衡向右移動。它適用于需要催化劑進行均相或非均相催化來提高反應速率,且反應物的轉化率和催化劑的選擇性通常達不到100%的情況。天津大學開發的新型催化精餾規整填料技術，在實現催化精餾耦合過程的同時，可有效提升設備的通量以及催化劑的裝填量，并降低壓降。相比于傳統的催化精餾填料，可提升通量50%以上。填料內部的特殊結構設計可有效提升氣液固三相的傳質，促進物料在催化劑內部的擴散，大大提升了反應效率和分離效率。目前該技術已經在石化行業中的輕汽油醚化，MTBE，叔丁醇脫水，碳四加氫異構化等工藝中得到了應用。