化学化工

化学化工

含碳资源到无碳能源的高效温和转化

中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室温晓东课题组与北京大学化学与分子工程学院马丁、中国科学院大学周武，大连理工大学石川等合作，针对甲醇和水液相制氢反应的特点，从实验设计出发，结合理论计算开发出新型原子级分散的铂-碳化钼双功能催化剂，实现了在低温下（150~190 摄氏度）高效的产氢效率；研究论文发表于《自然》。原子级高度分散的Pt中心和碳化钼基底之间的协同作用能够在两者界面实现对反应中间体的高效活化和协同转化，从而使得整个催化剂在甲醇和水液相反应中表现出超高的产氢活性，较传统铂基催化剂活性提升了近两个数量级。

基于原子级分散Pt-MoC催化体系的甲醇和水液相高效温和条件制氢示意图

计算模型和电子特性

高湿烟气中水及潜热回收

中科院工程热物理研究所能源与动力研究中心提出了利用开式循环吸收式热泵回收高湿烟气中的水及潜热的技术路线。该系统将液体除湿和余热回收利用结合起来，提高了烟气露点，可实现潜热和水的同时高效回收，相关系列文章发表于《脱盐》、化工学报》、《太阳能学报》。燃气锅炉和空气湿化燃气轮机循环排烟中的蒸汽体积含量可达20%，汽化潜热相当于天然气低位发热量的10%左右，直接排放会造成能源和水的浪费。研究获得了高湿烟气下水平管外降膜吸收过程中气液两相局部瞬态的流动、传热和传质耦合规律；提出了适于湿烟气水平管外降膜吸收器设计参数和操作条件的匹配选择方法以及优化方案。

室温光照下二氧化碳催化转化

合肥工业大学化学与化工学院潘云翔教授课题组，与中国科学技术大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校科研人员合作，通过在氧化铟表面包覆厚度为5纳米的碳层，成功研制出一种性能优越的新型二氧化碳转化光催化剂，为控制二氧化碳排放提供了新的研究方向和技术方法。研究成果发表于《美国化学会会志》。该研究使二氧化碳催化转化可以直接在室温下通过光照进行，不需要再进行高温加热。光催化转化的产物选择性更明确，可以根据需要选择直接转化为纯度较高的一氧化碳、甲烷或甲醇等高附加值化学品，直接加以利用。

烯烃分子间不对称溴-三氟甲氧基化反应

南开大学化学学院教授汤平平课题组阐述了利用三氟甲基芳基磺酸酯作为新的三氟甲氧基化试剂，在银催化下实现了烯烃的分子间不对称溴-三氟甲氧基化反应，相关论文发表于《自然-化学》。研究利用Togni试剂和芳基磺酸顺利制备了三氟甲基芳基磺酸酯，并将其作为新的三氟甲氧基化试剂，在银催化下原位产生三氟甲氧基银，实现了烯烃的分子间不对称溴-三氟甲氧基化反应。以4-氟苯乙烯为底物，在最佳反应条件下能以较高的收率和选择性得到期望的溴-三氟甲氧基化反应产物；并在复杂底物上对该三氟甲氧基化反应进行了验证，如金鸡纳碱、紫杉醇衍生物等复杂体系中的双键也能在标准条件下得到反应产物。

镧系元素成功分离

中科院宁波材料技术与工程研究所特种纤维与核能材料工程实验室都时禹研究员、苏州大学放射医学及交叉学科研究院王殳凹教授与国内外科学家合作，在熔融硼酸盐反应中发现了三价镧系元素硼酸盐产物结构与性质差异最大化的反应条件及周期性变化；利用多聚硼酸盐的识别能力，在同等反应条件下将镧系元素分为六个不同的晶格系统。研究论文发表于《自然-通讯》。镧系元素大家族的15个成员各具特异的光、电、磁和催化等物理和化学性能，镧系元素在溶液和固体中均呈现稳定的相似化学性质，主要区别在于内层的4f电子数目的不同，并且镧系收缩导致相邻元素之间平均离子半径相差只有0.01埃米（纳米的十分之一）。

硼酸聚合分离镧系元素结构不连续现象

镧系元素分离模型与结果

纳米金属中发现晶界稳定性控制的硬化和软化行为

中科院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组与国内外科学家合作，发现通过适当合金元素的晶界偏聚可以提高晶界稳定性，从而可以大幅度调控纳米金属的强度；相关论文发表于《科学》。金属材料的强度或硬度往往随晶粒尺寸减小而增加，遵循基于位错塞积变形机制的Hall-Petch关系，即强度的增加与晶粒尺寸的平方根成反比。而当晶粒尺寸低于某临界晶粒尺寸（通常为10-30纳米）时，金属的强度会偏离Hall-Petch关系，有些金属的强度不再升高甚至下降，这种纳米尺度下的软化常归因于纳米金属中大量晶界的迁移。晶粒尺寸相同的纳米材料，其硬度可以通过调控晶界稳定性而大幅度地变化。

贵金属纳米结构表面等离激元研究

中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所张俊喜副研究员与中科大光学与光学工程系、英国Aston大学光子技术研究所(AIPT)、澳大利亚国立大学非线性物理中心等单位科研人员合作，在贵金属纳米结构表面等离激元研究中取得进展，研究论文发表于《先进光学材料》。实现光与物质之间强的相互作用在设计光子器件上有重要意义，构筑共振腔体是实现光与物质强相互作用的重要途径。通过发展氧化铝模板电沉积技术控制制备金纳米管阵列超材料，控制纳米管长度，实现对表面等离激元谐波模式数量和谐波阶(奇数和偶数阶)以及不同阶谐波模式峰位的调控。

新型红外荧光染料

华东理工大学药学院钱旭红院士团队杨有军课题组通过对氧杂蒽染料母核进行理性结构衍生，设计并合成了一个最大吸收波长大于800纳米的新型染料母核，二苯并碳罗丹明，并进一步通过增加该母核周围空间位阻，成功开发具有高稳定性、溶解性的红外荧光染料，并将其命名为ECX系列染料。相关研究成果日前发表于《德国应用化学》。ECX染料分子之间不相互聚集，因此具有很好的分散性，并且其光谱性质几乎不随溶剂改变而改变（低溶剂化变色效应）。这些性质使得EC系列染料在材料领域具有较大的应用潜力。EC系列染料在920纳米处有较强的荧光发射，将在生物医学影像及诊疗中具有显著的应用前景。