绿色化工研究部

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  研究非均相传递与反应的协同强化、分离过程中的纳微结构界面调控机制、污染控制中的过程强化与集成等资源化利用过程的关键科学问题,形成绿色化工分离与反应工程关键技术,开发新的绿色反应和分离装备与工艺,解决分离效率低和反应选择性低导致的高污染、高能耗和高物耗的工业问题,为化工、冶金、环境等行业提供理论基础和技术支撑。

  重点进展一:人工电化学固氮技术的研究

  针对惰性N2分子键能高、N≡N键难以活化的难题,提出催化剂表面原子结构和局域电子态调控的策略,分别制备出不同表面原子构型的NiTe纳米晶(Adv Funct Mater., 2020,30,2004208)、局域电荷可调节的负载型Ni2P/N,P-C复合物(J Mater Chem A., 2020,8,2691)以及不同功函数的金属@碳纳米管复合物(J Mater Chem A., 2020,8,26066),实现常温常压下高活性和选择性电催化固氮制氨,并阐明了N2分子在催化剂表面的吸附和活化机制。

  

  1. 不同表面原子构型的NiTe纳米晶电催化固氮性能图(左)和论文封面(右)

  Fig. 1. Electrocatalytic nitrogen fixation performance of NiTe nanocrystals with different surface atomic architectures (left) and the related work was selected as the cover picture of Advanced Functional Materials (right).

  重点进展二:大宗抗生素酶法合成与绿色分离关键技术及产业化应用

  突破大宗原料药头孢氨苄酶法合成与绿色分离关键技术,并形成全过程清洁生产技术集成。在国内率先建成1000/年头孢氨苄酶法合成与绿色分离清洁生产示范工程,实现稳定运行,废水中COD降低40%以上,有机溶剂和辅助材料用量分别降低70%100%,单位产品生产成本降低4.7%,新技术达到国内领先、国际并跑水平。

  

  2 抗生素酶法合成设备

  重点进展三:等边二十二面体钛酸锶单晶材料  

  钛酸锶(SrTiO3)单晶是一种典型的钙钛矿型半导体材料,具有电荷/空穴各向异性传输的特性,表现出超高的光量子利用率与优异的光催化活性。通过优化反应结晶的过程控制条件与晶体表面改性技术调控研究SrTiO3形貌,成功制备了具有规则形貌的等边二十二面体SrTiO3单晶颗粒,其光催化降解效率是正立方体钛酸锶单晶与商业化纳米钛酸锶样品的3.424.23倍。基于密度泛函理论(DFT)研究了SrTiO3晶体的能带结构和原子密度态的不均匀性,有望在光催化降解有机物、光解水制氢、光催化转化CO2等领域起到积极作用。

  

  3 二十二面体钛酸锶单晶颗粒HRTEMSAED照片及其形貌示意图

  4 二十二面体钛酸锶单晶能带结构图