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清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛團(tuán)隊(duì)在亞納米尺度下原位研究分子吸附擴(kuò)散機(jī)制領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)采用皮米電鏡原位成像策略，實(shí)現(xiàn)了分子篩中小分子吸脫附行為和分子篩骨架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變的原位實(shí)時(shí)觀測(cè)，首次發(fā)現(xiàn)了剛性分子篩的亞單胞拓?fù)淙嵝越Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，揭示了分子擴(kuò)散突破孔徑限制的微觀機(jī)制，豐富了對(duì)分子篩擇形催化與限域效應(yīng)的理解。

環(huán)境污染和能源短缺已成為當(dāng)今世界面臨的最主要危機(jī)，人們不斷探究治理環(huán)境和開發(fā)可再生能源的新方法。于1972年，F(xiàn)ujishima和Honda報(bào)道采用TiO2光電極和鉑電極組成光電化學(xué)體系使水分解為氫氣和氧氣，從而開辟了半導(dǎo)體催化這一新的研究領(lǐng)域。近些年，將有機(jī)污染物降解已經(jīng)成為能源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該研究對(duì)于治理水污染，保護(hù)水環(huán)境具有重要的科學(xué)意義。 主要通過化學(xué)方法可控的調(diào)控可見光催化材料納米晶體的尺寸和形貌，合成具有規(guī)則形貌和特定裸露晶面的可見光催化材料（例如納米棒、納米帶、納米片、納米八面體和納米六面體等），并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化能級(jí)能帶結(jié)構(gòu),同時(shí)探究催化劑不同晶面上光生載流子的分離行為、氧化還原能力以及催化活性的選擇性等獨(dú)特性質(zhì)，深入結(jié)合理論模擬計(jì)算，研究不同形貌的催化劑的裸露晶面上光生載流子的行為和表面/界面微觀反應(yīng)機(jī)制。為了深入研究太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題，構(gòu)筑一種新型的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的MnxV2O5+x（x=1、2或3）基可見光催化材料，在不添加任何貴金屬元素的情況下，Mn3V2O8修飾的V2O5/g-C3N4異質(zhì)結(jié)構(gòu)在可見光照射下表現(xiàn)出明顯的光催化活性，比V2O5/g-C3N4異質(zhì)結(jié)構(gòu)高出近3倍。由于V2O5和g-C3N4之間的Z-方案路徑促進(jìn)了載流子的分離，因此具有優(yōu)異的可見光催化活性。

本發(fā)明公開了一種原位合成納米金剛石增強(qiáng)鐵鎳合金基復(fù)合材料的方法，所述復(fù)合材料由碳納米管和鐵鎳合金粉末作為原材料所制成，制備工藝為放電等離子燒結(jié)技術(shù)。碳納米管在鐵鎳合金粉末的催化和放電等離子燒結(jié)的直流脈沖電場(chǎng)作用下部分相變?yōu)榧{米金剛石，轉(zhuǎn)變比例為50?80％，碳納米管和納米金剛石在復(fù)合材料中起到纖維增強(qiáng)和顆粒強(qiáng)化的協(xié)同增強(qiáng)效果。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，協(xié)同增強(qiáng)的強(qiáng)韌化效果更加優(yōu)異，本發(fā)明所得到的鐵鎳合金基復(fù)合材料具有比純鐵鎳合金更高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性能而且具有更低的熱膨脹系數(shù)，可以廣泛應(yīng)用于精密儀器和高新技術(shù)領(lǐng)域。

2-芳基喹啉、1-芳基異喹啉是一系列藥物或生物活性化合物的結(jié)構(gòu)，也是重要的有機(jī)材料骨架，比如2-苯基喹啉與不同的金屬-配體絡(luò)合會(huì)形成不同顏色的發(fā)光材料，因而具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。但這些化合物的合成比較困難，大多數(shù)采用非常昂貴的2-溴喹啉和1-溴異喹啉與相應(yīng)的芳香鹵化物在昂貴且對(duì)環(huán)境有害的過渡金屬催化下反應(yīng)合成；或者由2-溴喹啉和1-溴異喹啉類化合物與不同的金屬化合物在過渡金屬催化下偶聯(lián)；再或者先把喹啉與異喹啉首先氧化為相應(yīng)的N-氧化物，然后與芳基格氏試劑反應(yīng)，最后再脫掉氧得到2-芳基喹啉、1

激光雷達(dá)等傳感器以及高效率砷化鎵太陽能電池是國(guó)務(wù)院國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)列出的核心基礎(chǔ)元器件，本項(xiàng)目在國(guó)務(wù)院國(guó)資委以及國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃科研項(xiàng)目支持下，聯(lián)合國(guó)內(nèi)知名企業(yè)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，研制出基于砷化鎵的超快半導(dǎo)體激光芯片與激光器可適用于激光加工、5G通信、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，同時(shí)研制出的高效率砷化鎵薄膜三結(jié)電池曾獲得世界最高效率，相關(guān)產(chǎn)品已處于中試和量產(chǎn)階段，本項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品曾獲得過2018年度上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2020年中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)新二等獎(jiǎng)，2020年中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)光學(xué)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。本次將展示本項(xiàng)目研制的相關(guān)砷化鎵基半導(dǎo)體激光器以及高效率柔性輕質(zhì)砷化鎵薄膜三結(jié)太陽能電池。

2-芳基喹啉、1-芳基異喹啉是一系列藥物或生物活性化合物的結(jié)構(gòu)，也是重要的有機(jī)材料骨架，比如 2-苯基喹啉與不同的金屬-配體絡(luò)合會(huì)形成不同顏色的發(fā)光材料，因而具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。但這些化合物的合成比較困難，大多數(shù)采用非常昂貴的 2-溴喹啉和 1- 溴異喹啉與相應(yīng)的芳香鹵化物在昂貴且對(duì)環(huán)境有害的過渡金屬催化下反應(yīng)合成；或者由 2-溴喹啉和 1-溴異喹啉類化合物與不同的金屬化合物在過渡金屬催化下偶聯(lián)；再或者先把喹啉與異喹啉首先氧化為 相應(yīng)的 N-氧化物，然后與芳基格氏試劑反應(yīng)，最后再脫掉氧得到 2-

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯（graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認(rèn)為是 21世紀(jì)的戰(zhàn)略性材料。 本項(xiàng)目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖 1），純度達(dá) 70%以上，并達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達(dá) 200 公斤/年以上）。采用機(jī)械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導(dǎo)率達(dá) 0.2 S/cm、導(dǎo)電臨界含量?jī)H為0.06%、電磁屏蔽效果高達(dá) 49dB 的復(fù)合材料。 本項(xiàng)目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的百克級(jí)制備（圖 2）。通過透射電子顯微鏡（圖 3）及原子力顯微鏡（圖 4）確定了石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)。 獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導(dǎo)電薄膜（圖 5）；制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機(jī)光伏電池及復(fù)合材料。 圖 5、基于石墨烯的透明電極材料 所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)的研究和相關(guān)產(chǎn)品/樣機(jī)的研制，包括應(yīng)用于國(guó)家 863 重大汽車電池項(xiàng)目（中科院物理所）和軍工衛(wèi)星電池項(xiàng)目（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所）等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級(jí)電容器（圖 6）以及高性能復(fù)合材料等多種產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)用范圍:南開大學(xué)在碳納米材料的制備及應(yīng)用研究方面取得了一批開創(chuàng)性成果，該項(xiàng)目技術(shù)的推廣，將促進(jìn)我國(guó)新材料、微電子、儲(chǔ)能、資源保護(hù)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，為我國(guó)在這一新型納米材料領(lǐng)域占據(jù)有利地位，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，做出重要貢獻(xiàn)。

1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯（graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認(rèn)為是 21世紀(jì)的戰(zhàn)略性材料。 本項(xiàng)目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖 1），純度達(dá) 70%以上，并達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達(dá) 200 公斤/年以上）。采用機(jī)械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導(dǎo)率達(dá) 0.2 S/cm、導(dǎo)電臨界含量?jī)H為0.06%、電磁屏蔽效果高達(dá) 49dB 的復(fù)合材料。 本項(xiàng)目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的百克級(jí)制備（圖 2）。通過透射電子顯微鏡（圖 3）及原子力顯微鏡（圖 4）確定了石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)。 獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導(dǎo)電薄膜（圖 5）；制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機(jī)光伏電池及復(fù)合材料。 圖 5、基于石墨烯的透明電極材料 所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)的研究和相關(guān)產(chǎn)品/樣機(jī)的研制，包括應(yīng)用于國(guó)家 863 重大汽車電池項(xiàng)目（中科院物理所）和軍工衛(wèi)星電池項(xiàng)目（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所）等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級(jí)電容器（圖 6）以及高性能復(fù)合材料等多種產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明公開了一種基于碳納米管載體的單分散氫氧化鎂納米粒子制備方法及應(yīng)用，按照下述步驟進(jìn)行：稱取1-10重量份的碳納米管，加入到含有100重量份的鎂鹽的乙醇溶液中，充分?jǐn)嚢璺稚⒑蠹尤?.1-10重量份的表面活性劑，超聲分散后在分散好的懸浮液中加入含有100-200重量份沉淀劑的水溶液。將該混合液轉(zhuǎn)移至水熱釜中恒溫反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行后續(xù)處理，得到以碳納米管載體的單分散氫氧化鎂納米粒子。利用這種方法制備的單分散氫氧化鎂納米粒子，比表面積、分散和功能性均得到了大幅提高。將其加入到高聚物體系中，可以極大地提高聚合物基體的各項(xiàng)性能。

1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯 （graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略性材料。 本項(xiàng)目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法，實(shí)現(xiàn) 了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖 1），純度達(dá) 70%以上，并達(dá) 到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達(dá) 200 公斤/年以上）。采用機(jī)械共混及"原位"聚合 等方法，使 SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、 ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導(dǎo)率達(dá) 0.2 S/cm、導(dǎo)電臨界含量?jī)H為 0.06%、電磁屏蔽效果高達(dá) 49dB 的復(fù)合材料。 本項(xiàng)目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯 （SPFGraphene）的方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的百克級(jí)制備（圖 2）。通過 透射電子顯微鏡（圖 3）及原子力顯微鏡（圖 4）確定了石墨烯的二 維平面結(jié)構(gòu)。