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項(xiàng)目概況 隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)和綠色化學(xué)的興起，傳統(tǒng)的均相堿催化劑（KOH、NaOH 等）已 不再適應(yīng)現(xiàn)代化工發(fā)展的需要。尋求高活性、高選擇性以及可重復(fù)使用的固體堿催化劑已成 為目前研究的熱點(diǎn)。固體堿催化劑的應(yīng)用在我國處于剛起步階段。本項(xiàng)目所研制的固體堿催 化劑不受空氣中 H2O 和 CO2的毒化作用；并在苯酚烷基化，醛縮合，環(huán)氧丙烷的水解、醇解 和氨解，生物柴油制備以及硝基苯法制 4－硝基二苯胺等堿催化反應(yīng)表現(xiàn)出了良好的催化性能。

課題組設(shè)計(jì)合成片狀二維KNbO 3

 針對目前日趨小型化的各種民用與軍用微電子產(chǎn)品對高能量密度便攜式電源系統(tǒng)的需求，開展新型清潔能源的研究尤為重要。納米催化燃燒發(fā)電技術(shù)使得燃料可以充分燃燒，無需點(diǎn)火過程，無需任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件就可以在納米尺度下將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能。燃燒所釋放的能量，其單位質(zhì)量輸出的功率是傳統(tǒng)使用的化學(xué)電池的幾十倍，從而大大提高了能源利用率，更重要的是此反應(yīng)的生成物是無毒的二氧化碳和水，是一種全新的燃燒方式。此發(fā)明已經(jīng)獲得了美國發(fā)明專利“Solid state transport-based thermoelectric converter”,US 7696668。已經(jīng)首創(chuàng)完成了第一代NanoEPower的結(jié)構(gòu)測試和芯片的設(shè)計(jì)制造，在一塊郵票大小的硅片上集成了上千個(gè)微米級發(fā)電單元，納米催化低溫燃燒發(fā)電的概念已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)室原理驗(yàn)證。該項(xiàng)目得到了科技部、上海市科委、云南省科委等多家單位支持, 可以應(yīng)用在芯片級納米催化燃燒發(fā)電系統(tǒng)上。

成果描述：納米碳材料在人類的生產(chǎn)生活中正顯示出越來越多的重要作用，具有廣闊的市場空間。碳納米材料生產(chǎn)由于成本高及部分技術(shù)上的瓶頸制約了大規(guī)模生產(chǎn)，市場拓展減緩。我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十余年的研究和開發(fā)，采取研發(fā)創(chuàng)新的高新技術(shù)，可廉價(jià)高效地生產(chǎn)高附加值碳納米材料（納米碳管，納米碳纖維）。目前技術(shù)路線可行，實(shí)驗(yàn)室小試階段已完成；團(tuán)隊(duì)急需通過有實(shí)力企業(yè)的誠意投入，共同完成納米碳材料新產(chǎn)品的放大生產(chǎn)；快速擴(kuò)大工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)和市場銷售，形成品牌。市場前景分析：可用于多個(gè)高技術(shù)產(chǎn)品市場，附加值高；例如：可強(qiáng)化鋰電池電極材料性能和鋰電池的整體性能；可用于超級電容器儲(chǔ)存電能；可用于隱身吸波材料；以及飛機(jī)、汽車等輕質(zhì)配件材料，輕質(zhì)合金鋼，強(qiáng)化鋼化高分子材料等。其中納米碳纖維年用量4萬噸，納米碳管年產(chǎn)能數(shù)千噸；而且每年都在明顯增長。與同類成果相比的優(yōu)勢分析：目前本團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)的新技術(shù)的指標(biāo)主要有催化劑性能指標(biāo)和碳納米管純度指標(biāo)。碳納米管 CVD 制備過程中催化劑的性能將直接影響所生產(chǎn)的碳納米管的性能。碳納米管的技術(shù)指標(biāo)主要有反應(yīng)溫度、制備 CNTs 單位質(zhì)量產(chǎn)量、及原料固碳率等。本技術(shù)中催化劑反應(yīng)溫度低于800 ℃, 催化劑的產(chǎn)碳能力可達(dá)CNTs 60 - 120 kg/kg cat, 原料單程固碳率為 15%-50%；納米碳材料純度高，在85%-98%。碳納米管的純度高，制備的碳納米管純度超過85%；有的達(dá)到 98%。國際先進(jìn),國內(nèi)先進(jìn)。

近日，國際學(xué)術(shù)期刊Small刊載了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院梁建功教授課題組和動(dòng)科動(dòng)醫(yī)學(xué)院肖少波教授課題組合作發(fā)表的題為“Glycyrrhizic‐Acid‐Based Carbon Dots with High Antiviral Activity by Multisite Inhibition Mechanisms”的研究論文，該研究合成了具有高生物相容性及高抗病毒活性的甘草酸碳點(diǎn)，并揭示了碳點(diǎn)的抗病毒機(jī)制。中草藥在抗病毒領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在最近爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎的治療過程中，中草藥的參與度超過80%。然而，單一成分的中草藥抗病毒效果往往不高，且存在一定的毒副作用，如何進(jìn)一步提高中草藥的抗病毒效果，降低其毒副作用，成為該領(lǐng)域需要解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。甘草酸碳點(diǎn)抗病毒機(jī)制示意圖該研究利用水熱合成技術(shù)，成功將中草藥甘草的活性成分——甘草酸轉(zhuǎn)化為具有良好生物相容性及高的抗病毒活性的甘草酸碳點(diǎn)（Gly-CDs）。研究發(fā)現(xiàn)，Gly-CDs不僅可與病毒多靶點(diǎn)結(jié)合從而抑制病毒的入侵過程，還可通過刺激細(xì)胞天然免疫信號通路、抑制活性氧、調(diào)控細(xì)胞內(nèi)宿主限制性因子等途徑抑制病毒的復(fù)制過程，其對病毒的最大抑制效果可達(dá)5個(gè)滴度以上。Gly-CDs對豬繁殖與呼吸綜合征病毒（動(dòng)脈炎病毒科）、豬偽狂犬病毒（皰疹病毒科）及豬流行性腹瀉病毒（冠狀病毒科）均具有良好的抑制效果。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院/資環(huán)學(xué)院博士研究生童婷為論文第一作者，梁建功教授、肖少波教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(31490602, 31772785)及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0500105)等基金的資助。

納米碳材料在人類的生產(chǎn)生活中正顯示出越來越多的重要作用，具有廣闊的市場空間。碳納米材料生產(chǎn)由于成本高及部分技術(shù)上的瓶頸制約了大規(guī)模生產(chǎn)，市場拓展減緩。四川大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十余年的研究和開發(fā)，采取研發(fā)創(chuàng)新的高新技術(shù)，可高效低成本地生產(chǎn)高附加值碳納米材料（納米碳管，納米碳纖維）。 新技術(shù)的指標(biāo)主要有催化劑性能指標(biāo)和碳納米管純度指標(biāo)。碳納米管 CVD 制備過程中催化劑的性能將直接影響所生產(chǎn)的碳納米管的性能。碳納米管的技術(shù)指標(biāo)主要有反應(yīng)溫度、制備 CNTs 單位質(zhì)量產(chǎn)量、及原料固碳率等。本技術(shù)中催化劑反應(yīng)溫度低于800 ℃, 催化劑的產(chǎn)碳能力可達(dá)CNTs 60 - 120 kg/kg cat, 原料單程固碳率為 15%-50%；納米碳材料純度高，在85%-98%。碳納米管的純度高，制備的碳納米管純度超過85%；有的達(dá)到 98%。此技術(shù)路線可行，實(shí)驗(yàn)室小試階段已完成。 碳納米管、碳纖維是近十年飛速發(fā)展的新型納米材料，具有很大的商業(yè)價(jià)值和用途，附加值高。碳納米管可以作為模具制備出最細(xì)的納米尺度的導(dǎo)線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學(xué)器件或納米電子學(xué)器件中得到應(yīng)用。制備的微型導(dǎo)線可以置于硅芯片上，用來生產(chǎn)更加復(fù)雜的電路。利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增強(qiáng)的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對環(huán)境造成影響。碳納米管增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度高，抗沖擊性能好。碳納米管和金屬形成金屬基復(fù)合材料；這樣的材料強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強(qiáng)。

黑磷是一種新型的二維材料，由于其較寬的可調(diào)控直接帶隙、高載流子遷移率和優(yōu)異的各向異性光電性質(zhì)，在電子學(xué)、光電子學(xué)、生物醫(yī)藥、電化學(xué)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力，成為“后石墨烯時(shí)代”最受矚目的二維材料之一。碳布（石墨化碳纖維布）是一種擁有獨(dú)特功能性質(zhì)的、可用于支撐功能型材料的三維空間構(gòu)型的材料。目前，碳布主要用作電沉積的基底材料，以與其它功能材料復(fù)合形成新的復(fù)合材料，所得的復(fù)合材料在電化學(xué)和儲(chǔ)能方面有著廣泛的應(yīng)用前景。我們發(fā)明了一種黑磷-碳布復(fù)合新材料，制備方法簡單、溫和且高效，所制得的黑磷-碳布復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，特別是在電化學(xué)析氧反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異，能為電化學(xué)反應(yīng)分解水提供新的材料選擇。 本技術(shù)以單質(zhì)錫、碘、磷以及碳布作為原料，制備了一種新型的黑磷-碳布復(fù)合材料。所得的黑磷-碳布復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，特別是在電化學(xué)析氧反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異，能為電化學(xué)反應(yīng)分解水提供新的催化劑選擇。

本研究以多元低維碳材料為發(fā)熱主體，構(gòu)建由不同形態(tài)的碳材料之間協(xié)同作用，搭建三維立體載流子傳輸通道的水性電熱油墨體系。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，揭示導(dǎo)電填料的微觀形貌、粒徑、導(dǎo)電性以及流變性與油墨電熱性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 一、項(xiàng)目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 創(chuàng)新性： 本研究以多元低維碳材料為發(fā)熱主體，構(gòu)建由不同形態(tài)的碳材料之間協(xié)同作用，搭建三維立體載流子傳輸通道的水性電熱油墨體系。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，揭示導(dǎo)電填料的微觀形貌、粒徑、導(dǎo)電性以及流變性與油墨電熱性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)發(fā)熱器件的實(shí)際使用需求，指導(dǎo)油墨配方的調(diào)整，明確提高電熱轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素，并以此為指導(dǎo)得到高電熱轉(zhuǎn)化效率、低成本、低功耗、可大規(guī)模生產(chǎn)制備的碳系水性電熱油墨。 先進(jìn)性： 進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，國內(nèi)外許多公司和科研機(jī)構(gòu)都致力于研發(fā)低成本高電熱效率的電熱膜，快速的加熱性能和低驅(qū)動(dòng)電壓是其核心目標(biāo)；大規(guī)模低成本的制備工藝、均勻的加熱分布、電熱膜的耐用性及其規(guī)模化生產(chǎn)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)；良好的柔韌性以及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)其大范圍應(yīng)用的關(guān)鍵；環(huán)保無毒害是未來發(fā)展的必然趨勢。針對上述問題，本項(xiàng)目構(gòu)建了一種多元碳體系水性電熱油墨。該油墨以水為溶劑，炭黑、納米級石墨片、少層石墨烯和碳納米管等碳系材料作為導(dǎo)電發(fā)熱填料，水性樹脂作為連接料，利用不同形態(tài)碳材料之間的橋接效應(yīng)和協(xié)同作用，降低電熱油墨的滲流閾值并提升電加熱性能。該電熱油墨具備低功耗、低成本、低單位面積使用量的特性。研究了碳材料本身的結(jié)構(gòu)和性能、不同配合體系油墨的導(dǎo)電、導(dǎo)熱機(jī)理，優(yōu)化制備方法，形成高電熱轉(zhuǎn)化效率、適用于各種復(fù)雜場景使用的多元碳體系電熱油墨，具有較高理論和實(shí)踐意義。 獨(dú)占性 針對目前市場上的碳體系電熱油墨工作電壓高（220 V）、實(shí)際電熱轉(zhuǎn)化率低、功耗大、發(fā)熱性能難以滿足復(fù)雜多變的應(yīng)用場景、難以規(guī)模化生產(chǎn)等問題。本項(xiàng)目擬以低成本、大規(guī)模制備、高電熱轉(zhuǎn)化效率、綠色環(huán)保為目標(biāo)，構(gòu)建多元碳體系電熱油墨。利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法揭示額定條件下油墨的電熱轉(zhuǎn)化效率與體系中碳材料的形貌結(jié)構(gòu)、碳材料與連接劑和分散劑等的配比以及制備工藝之間的關(guān)聯(lián)性；探討界面處發(fā)生的各種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題；研究多元碳材料之間的協(xié)同作用。構(gòu)建了在24 V~220 V條件下均可使用且能量內(nèi)耗低、電熱轉(zhuǎn)化效率大于90 %、油墨用量少的環(huán)保性碳系水性電熱油墨。并實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)、凹版一次印刷即可滿足24 V工作電壓的使用需求，提高了生產(chǎn)效率，拓寬了應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。