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福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院/能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國(guó)際頂級(jí)刊物《Nature Catalysis》在線發(fā)表。 氫氣由于其能量密度高，燃燒后生成水清潔無(wú)污染，是未來(lái)能源的理想載體。太陽(yáng)能光催化分解水制氫氣被認(rèn)為是獲取氫能源的理想途徑之一。開(kāi)發(fā)高效廉價(jià)的光催化劑是光解水技術(shù)的核心。近年來(lái)，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。 該工作以具有高結(jié)晶度的氮化碳光催化劑polytriazine imides（PTI）單晶為模型，研究了其在光催化全解水反應(yīng)中的活性面。光催化全解水實(shí)驗(yàn)表明，PTI的性能與其{10-10}/{0001}晶面的面積比呈近似線性關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)了{(lán)10-10}晶面是光催化反應(yīng)的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化劑在全解水中的產(chǎn)氫與產(chǎn)氧速率分別達(dá)到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達(dá)到了８％，高于之前報(bào)道的結(jié)果。該論文從分子尺度上研究了氮化碳光催化劑的反應(yīng)活性面，為高性能氮化碳光催化劑的發(fā)展提供了重要的研究基礎(chǔ)。

(1)以表面活性劑-高分子復(fù)合體系在溶液中形成的軟物質(zhì)團(tuán)簇為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件制備納米鈀催化劑，已獲發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)（授權(quán)號(hào)：ZL 201210262888.7）。(2)以表面活性劑為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件下獲得有良好光學(xué)性質(zhì)的鈀納米薄片材料。該制備方法條件溫和，制備得到的鈀納米薄片材料，發(fā)現(xiàn)在 340nm 附近出現(xiàn)等離子共振吸收峰，發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)（專(zhuān)利號(hào)：ZL 201210210613.9）。(3)以六角相溶致液晶為軟模版，分別在避光和可見(jiàn)光的條件下獲得納米 Pd電催化劑，適合用于作電催化劑。此項(xiàng)工作生產(chǎn)周期短，產(chǎn)物均勻性好，易于規(guī)模化生產(chǎn)。發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)號(hào)：ZL 201210387737.4。(4)以表面活性劑-高分子復(fù)合體系為軟模板，利用乙醇為還原劑，采用簡(jiǎn)易加熱方式，首次合成了多面體納米鈀材料。發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)號(hào):ZL 201210403633.8。(5)采用超聲波輻射技術(shù)，以表面活性劑-高分子復(fù)合體系構(gòu)筑為軟模板，獲得一種具有菊花狀納米鈀聚集體材料。

L-半胱氨酸（L-CySH）是組成蛋白質(zhì)的20多種氨基酸中唯一具有還原性基團(tuán)巰基的氨基酸，為谷胱甘肽的組成成分之一。由于其分子中含有活性的巰基，具有許多重要的生理功能：可以增強(qiáng)肝功能，用于治療肝炎、肝硬化與肝昏迷等癥狀；可以作為解毒劑，解除苯、萘等有毒芳香物質(zhì)及藥物中毒；可用于治療因原子能輻射、X射線以及其它短光波所引起的放射性障礙和各種白血球減少癥；有抗過(guò)敏與消除過(guò)敏癥的作用；可用于蛋白質(zhì)氨基酸制劑，解毒鎮(zhèn)痛劑、疲勞恢復(fù)劑、潰瘍治療劑，L-半胱氨酸還是特效的化痰劑；可促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)和防止食品氧化等。因此L-半胱氨酸已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品以及飼料工業(yè)。此外由L-半胱氨酸可以得到多種衍生物，有鎮(zhèn)痛、消炎、退燒、止痛以及抑制細(xì)菌和腫瘤生長(zhǎng)的作用，目前也在得到不斷的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)目前L-半胱氨酸的生產(chǎn)主要依靠人或動(dòng)物的毛發(fā)經(jīng)酸水解或堿水解提取L-半胱氨酸后，再經(jīng)過(guò)電解還原制得L-半胱氨酸。該方法收率低，能耗高，水解過(guò)程產(chǎn)生大量刺激性氣體，廢酸處理困難，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著L-半胱氨酸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，微生物轉(zhuǎn)化法制生產(chǎn)L-半胱氨酸逐漸取代了毛發(fā)水解制備L-半胱氨酸。微生物轉(zhuǎn)化法制備工藝以其反應(yīng)條件溫和、專(zhuān)一性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視。本課題組利用自行篩選的高效菌株，通過(guò)高密度培養(yǎng)獲得大量菌體，可以將底物D,L-2-氨基-Δ2-噻唑啉-4-羧酸（D,L-ATC）轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-半胱氨酸，濃度為5.8g /L，轉(zhuǎn)化率92%，半胱氨酸得率78%。

本課題首先對(duì)常規(guī)的芬頓技術(shù)進(jìn)行了探討分析，研究合成所要的非均相芬頓催化劑。采用St?ber法制備Fe3O4@ SiO2復(fù)合粒子，復(fù)合合成膨潤(rùn)土/Fe3O4/Fe0催化劑，對(duì)催化劑的制備因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探討，分析得到催化性能最優(yōu)的合成條件，結(jié)合對(duì)兩種催化劑進(jìn)行表征分析，得到合成的最佳催化劑。其次，使用備Fe3O4@ SiO2復(fù)合粒子做為催化劑處理亞甲基藍(lán)模擬廢水，使用膨潤(rùn)土/Fe3O4/Fe0復(fù)合催化劑處理高效氟氯氰菊酯模擬廢水，分別對(duì)其處理的廢水的pH值、H2O2用量

非晶態(tài)合金是一類(lèi)原子排列具有長(zhǎng)程無(wú)序短程有序特點(diǎn)的材料，其具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，已成為一種技術(shù)潛力很大的新型材料。非晶態(tài)合金作為催化劑的研究自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)一直是催化學(xué)科研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，大量研究成果見(jiàn)諸于報(bào)道，但由于種種原因，其工業(yè)化進(jìn)程一直比較緩慢；南開(kāi)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了粉末誘導(dǎo)化學(xué)鍍法制備負(fù)載型非晶態(tài)合金催化劑的新方法，進(jìn)而成功實(shí)現(xiàn)了催化劑生產(chǎn)的工業(yè)化，并在多個(gè)加氫領(lǐng)域中得到應(yīng)用及試用。如，葡萄糖類(lèi)加氫，硝基苯類(lèi)加氫，烯烴，炔烴類(lèi)加氫，肟基類(lèi)加氫，腈類(lèi)加氫等等。與常規(guī)的加氫催化劑

新型高熵合金催化劑可以直接代替原有的貴金屬催化體系，大大減少催化劑價(jià)格及成本，可廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)化工催化及新能源電催化領(lǐng)域。 一、項(xiàng)目分類(lèi) 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 90%的化工品生產(chǎn)需要高性能催化劑，清潔能源汽車(chē)及燃料電池的商業(yè)化也離不開(kāi)高性能催化劑。然而，現(xiàn)有商用催化劑一般為貴金屬（價(jià)格昂貴）或簡(jiǎn)單合金（性能及穩(wěn)定性差），無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的催化過(guò)程及清潔能源利用。 新型高熵合金催化劑可以直接代替原有的貴金屬催化體系，大大減少催化劑價(jià)格及成本，可廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)化工催化及新能源電催化領(lǐng)域。 以化工催化中氨氣氧化制硝酸為例，工業(yè)界使用貴金屬PtPdRh催化劑網(wǎng)格，價(jià)格高昂，并且反應(yīng)溫度為900℃。使用納米分散的高熵合金催化劑（PtPdRhCoCe）,整體貴金屬用量減小90%以上，且反應(yīng)溫度降低200℃，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)異及高度穩(wěn)定。 因此，通過(guò)針對(duì)不同反應(yīng)進(jìn)行高熵合金催化劑的開(kāi)發(fā)，有望代替貴金屬催化劑，大大提升反應(yīng)活性及能源效率及產(chǎn)品產(chǎn)出率等。

開(kāi)發(fā)了多種結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合催化材料，用于高性能的電解水制氫電極材料。

催化劑是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，高效催化體系的構(gòu)建對(duì)于實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的快速化、專(zhuān)一化和溫和反應(yīng)具有決定性的作用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)、節(jié)能減排意義重大。本團(tuán)隊(duì)在承擔(dān)了 3 項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20771046，20903048，21106054）的基礎(chǔ)上，針對(duì)催化酯化、催化環(huán)氧化、催化臭氧化等反應(yīng)開(kāi)發(fā)了多種不同的體系，包括固體酸、分子篩、離子液體、納米氧化物、金屬配合物等多個(gè)類(lèi)型，其中部分催化環(huán)氧化和催化酯化體系已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)催化。關(guān)鍵技術(shù)、指標(biāo)及創(chuàng)新點(diǎn) （1）開(kāi)發(fā)了針對(duì)植物油脂的無(wú)羧酸環(huán)境下催化環(huán)氧化的新工藝。先后開(kāi)發(fā)了以錸系配合物、HMS 分子篩、光催化及 SALEN 配合物為代表的催化體系； （2）開(kāi)發(fā)了針對(duì)酯化、酯交換反應(yīng)的非質(zhì)子酸新催化體系。先后開(kāi)發(fā)了雜多酸、固體酸、離子液體、有機(jī)酸和納米氧化物為代表的催化體系； （3）開(kāi)發(fā)了針對(duì)有機(jī)物臭氧化降解的新催化體系。先后開(kāi)發(fā)了納米氧化鋅、納米氧化鈰、分子篩和磁性納米結(jié)構(gòu)為代表的催化體系。 

南開(kāi)大學(xué)李偉課題組與宜賓天原集團(tuán)股份有限公司、湖南新晃新 中化工有限責(zé)任公司合作所開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型低汞觸 媒各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合低汞觸媒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HG/T4192-2011 要求，工 業(yè)運(yùn)行情況穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)化率、選擇性及使用壽命上具有優(yōu)勢(shì)，且其制 備方法創(chuàng)新，制備工藝簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，已通過(guò)中國(guó)石化聯(lián)合會(huì)組織 的技術(shù)鑒定，具備向行業(yè)內(nèi)進(jìn)一步擴(kuò)大推廣優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水 平。 項(xiàng)目特色： 選擇硅烷偶聯(lián)劑作為表面活性劑以及特殊金屬氯化物對(duì)煤質(zhì)炭 進(jìn)行預(yù)處理，使活性炭表面羥基官能團(tuán)轉(zhuǎn)化為其他與特定金屬離子有 強(qiáng)結(jié)合力的官能團(tuán)，大幅提升活性組分負(fù)載牢固度，提高觸媒抗積碳 能力，同時(shí)也有效提高了活性組分的分散性，并有效做到降低汞用量， 降低助劑金屬用量，增強(qiáng)汞負(fù)載穩(wěn)定性，提高低汞觸媒活性及選擇性， 延長(zhǎng)低汞觸媒使用壽命。該制備方法簡(jiǎn)便易行，適合工業(yè)化大生產(chǎn)的 需求。 市場(chǎng)應(yīng)用前景： 本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的低汞催化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，選擇性均達(dá)到 99%以上， 使用壽命超過(guò) 8000 小時(shí)，活性組分氯化汞質(zhì)量百分含量 6%以下，在 萬(wàn)噸級(jí) PVC 工業(yè)裝備上已裝填催化劑 100 余噸，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品 10 萬(wàn)余噸，創(chuàng)造產(chǎn)值近 7 億元。該技術(shù)催化劑量產(chǎn)投資規(guī)模為 5000 萬(wàn)。 基于本技術(shù)的產(chǎn)品表觀密度可達(dá) 40-100Kg/m3，具有質(zhì)輕、價(jià)廉， 優(yōu)良的保溫隔熱和隔音性能；優(yōu)良的阻燃性能（可達(dá) A 級(jí)或 B1 級(jí)）。 本項(xiàng)目社會(huì)貢獻(xiàn)和經(jīng)濟(jì)效益在于優(yōu)質(zhì)的保溫材料是降低能耗改善大 氣環(huán)境的重要環(huán)節(jié)，可以為減少城市霧霾作貢獻(xiàn)，需求量巨大，經(jīng)濟(jì) 效益可觀。