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一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業(yè) 入學/畢業(yè)時間 學號 宋兆華 化學化工學院 2018.09-2022.06 201831045132 三、指導教師 姓名 學院/所學專業(yè) 職務/職稱 研究方向 陳永東 化學化工學院 教授 能源催化，環(huán)境催化 四、項目簡介 針對甲醇汽車尾氣凈化催化劑貴金屬Pd用量大、甲醇深度氧化起燃溫度高等問題，本項目擬以Ce1-xLaxO2為載體，采用光化學還原法制備Pd1/Ce1-xLaxO2單原子催化劑，并將其涂覆在蜂窩陶瓷上制成整體式催化劑，考察其甲醇深度氧化性能；并利用XRD、XPS、TEM、球差校正高角環(huán)形暗場掃描透射電鏡（AC-HAADF-STEM）、X射線吸收精細結構（XAFS）等技術對載體及催化劑進行系統(tǒng)表征，揭示載體晶相、尺寸、形貌對Pd1/Ce1-xLaxO2界面結構的影響規(guī)律；結合動力學研究，建立Pd1/Ce1-xLaxO2界面結構—催化性能之間的構-效關系；為設計和開發(fā)新型高效低貴金屬甲醇汽車尾氣凈化催化劑提供理論指導和實踐基礎。

混凝土結構因其脆性大的弱點，在工程應用中往往不可避免產生開裂。混凝土結構 因開裂導致混凝土結構水密性下降、滲漏，影響工程的使用壽命，甚至無法正常使用。 這是建筑界普遍存在的問題。水工、道路、橋梁等工程中混凝土結構受損后，需要進行 快速修補。從混凝土結構產生開裂的原因與環(huán)境條件分析，開發(fā)新型高性能修補材料具 有重要意義。 本發(fā)明技術根據(jù)不同現(xiàn)代混凝土工程的修補需求，開發(fā)出系列高性能快速修補材料， 包括超快硬修補材料、快硬早強修補材料、高性能快速修補材料。 高性能水泥基系列快速修補材料的主要特點是早期強度高、無收縮、與基面粘接強 度高、長期穩(wěn)定性好、耐久性優(yōu)越等特點。還具有耐磨性好、抗沖擊性能優(yōu)越、高抗凍 性等特殊功能。更重要的是通車時間可從 3 小時到 24 小時內調節(jié)。 高性能水泥基系列快速修補材料可廣泛適用于道路、機場跑道、鋼筋混凝土、輕集 料混凝土、橋梁、建筑、水工和路面等混凝土結構物（構筑物）等裂縫或缺陷的修補， 也適合于路面的大面積修補，尤其適合于北方嚴寒、鹽凍地區(qū)的工程應用。 

項目涉及的產品是鈦基合金，具體包括鈦鐵合金、鈦鋁合金以及鈦鋁釩合金等，其廣泛用于冶金、國防、軍工、航空、航天以及生物醫(yī)學等領域。目前，現(xiàn)有的鈦及鈦合金等鈦材的利用流程仍全是高鈦渣/金紅石-高溫氯化-真空還原-精制-海綿鈦-破碎-真空熔煉-鈦材這一高能耗、高污染的高成本生產工藝。東北大學在國家973、國家自然科學基金以及企業(yè)重大科技攻關等項目的聯(lián)合資助下，針對現(xiàn)有金屬熱還原法直接制備鈦基合金存在的鈦氧化物還原不徹底等技術難題，發(fā)明了基于噴吹金屬蒸氣深度多級還原直接冶煉鈦基合金的新技術，并突破了其噴吹金屬蒸氣深度還原裝備的技術難題，建成了噸級規(guī)模的基于噴吹深度多級還原裝備。成功制備出氧含量低于0.6%的低氧高鈦鐵；氧含量低于0.1%，氮含量低于200ppm的鈦鋁合金及鈦鋁釩合金，目前已完成20kg規(guī)模的放大試驗，建成了噸級規(guī)模的基于噴吹深度多級還原核心裝備，進入產業(yè)化和推廣應用階段。核心成果已獲得國家發(fā)明專利６項，整體技術及裝備水平世界領先。 項目研究形成了從方法-產品-裝備的原始創(chuàng)新，突破直接熱還原法制備鈦基合金的技術難題，實現(xiàn)了鈦合金的短流程清潔制備，為國家安全建設和社會經(jīng)濟建設提供了戰(zhàn)略物質保障社會經(jīng)濟效益顯著。未來5年，我國特種鋼精煉用高鈦鐵合金用量可達30萬噸，若投資建立一條深度多級還原直接冶煉低氧高鈦鐵的生產線，可實現(xiàn)年產量5000噸的規(guī)模，其總產值可達2.5億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000萬元。建設一條1000噸規(guī)模的鈦鋁基鈦合金生產，其總產值可達2億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000~8000萬元。因此項目建設將極大地拉動地方經(jīng)濟。

依托“湖南大學碳材料研究所”，建成國內瀝青基碳纖維生產基地，逐步用碳纖維復合材料取代鋁合金、鋼筋等，促進建筑行業(yè)、汽車行業(yè)的“產業(yè)革命”，打造百億、千億的產業(yè)集群，把湖南長沙打造成全球第四家擁有整套高性能瀝青基碳纖維制備技術的生產基地，確立長沙中國“碳谷”地位。目前已研發(fā)出高性能瀝青基連續(xù)長絲炭纖維。 相關研究成果已應用于航天、航天、承載一體化、沖擊載荷下微結構、兵器材料等，為我國武器裝備發(fā)展和國防科技工業(yè)進步提供了基礎支撐。合作單位包括國防科工局、中科院近代物理所、中國兵器工業(yè)第二0一研究所、中國工程物理研究院、航天科工集團、航天科技集團、中國兵器集團等國防軍工單位。

傳統(tǒng)的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應紫外波段的光信號，這是因為紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術的日趨發(fā)展，人們越來越需要對紫外波段進行更深的探測分析與認識。紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發(fā)展起來的又一軍民兩用光電探測技術。幾十年來，紫外探測技術已經(jīng)逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產、醫(yī)用生物學等諸多領域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應用最廣泛的光電探測器件。當前最先進的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強、噪聲低、成像質量好等優(yōu)點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應都很弱。成像器件的這種紫外弱響應限制了其在先進光譜儀器及其他領域紫外波段探測的使用。 在技術發(fā)達國家,寬光譜響應范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經(jīng)廣泛應用于高檔光譜儀器中。上世紀中葉美國Varian公司開發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達到了84%和50%；美國熱電公司開發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應范圍更是達到165～1000nm，在200nm時的分辨率達到0.005nm.法國Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測器像素分辨率達0.0035nm,紫外響應拓展到120nm的遠紫外波段。德國斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設計，其光譜響應范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測器，分辨率達0.002nm,光譜響應范圍為189—900 nm。總而言之，發(fā)達國家在寬光譜響應和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領域已取得相當?shù)某删汀Ｖ饕夹g指標和創(chuàng)新點（1）  我們在國內首次提出紫外增強的硅基成像器件，并在不改變傳統(tǒng)硅基成像探測器件的結構的基礎上，利用鍍膜的方法增強成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應，使其光譜響應范圍拓寬到190—1100nm，實現(xiàn)對190nm以上紫外光的探測。（2）  提高成像探測器的紫外波段靈敏度，達到0.1V/lex.s。（3）  增強成像探測器件的紫外響應的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應。（4）  選用適合的無機材料，克服有機材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術已經(jīng)逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產、醫(yī)用生物學等諸多領域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設計與傳統(tǒng)CCD、CMOS結合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應范圍，在科學實驗和物質分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設計樣品能取代傳統(tǒng)CCD、CMOS，應用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統(tǒng)光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實現(xiàn)紫外探測和紫外分析。具有較強的市場推廣應用價值。

北京大學物理學院“極端光學創(chuàng)新研究團隊”王劍威研究員和龔旗煌院士領導的課題組，與英國、丹麥、奧地利和澳大利亞的學者合作，實現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計算模擬的應用，奠定了堅實的基礎。相關研究成果于近日發(fā)表在國際頂級物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術，結合了量子物理、量子信息和集成光子學等前沿學科，通過半導體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實現(xiàn)對光量子信息的高效處理、計算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲校霉杌矫婀獠▽Ъ杉夹g的光量子芯片具有諸多獨特優(yōu)勢，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性優(yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認為是一種實現(xiàn)光量子信息應用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學研究團隊與布里斯托爾大學、丹麥科技大學、奧地利科學院、赫瑞-瓦特大學和西澳大利亞大學科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術和應用方面取得了突破性進展。研究團隊發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導的強四波混頻非線性效應，實現(xiàn)了光子全同性優(yōu)于90%、無需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對源，達到了對4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達到了92%。團隊實現(xiàn)了關鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測量和量子比特焊接操作，通過量子態(tài)層析實驗確認了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團隊在單一硅芯片上實現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測量的全功能集成，進而實現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過對兩對糾纏光子對進行量子比特焊接操作，團隊實現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對兩對糾纏光子中各一個光子進行貝爾投影操作，實現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產生了量子糾纏；利用兩個芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術，實現(xiàn)了兩個芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團隊研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實現(xiàn)方法小了約5-6個數(shù)量級，不僅達到了器件的微型化，同時具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報道的其它物理實現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調控技術，為片上量子物理基礎研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計算模擬的應用提供了重要基礎。

可以量產/n內容簡介：采用本技術生產的PE/EVA基隔音塑料片材，經(jīng)在富康發(fā)動機上應用，其指標均達到了富康轎車采用法國轎車發(fā)動機隔音墊表皮片材技術標準的各項要求。該類產品在國際上也是近年來只有少數(shù)工業(yè)國家研究開發(fā)和生產供應，在亞洲只有日本已研制生產，在我國尚無生產廠家，主要依賴進口，所以本技術填補國內空白，可節(jié)約外匯，具有明顯的經(jīng)濟效益。技術指標：質量3394G每平方米，厚度1.59MM；柔軟性為64MM，阻燃性為17MM/MIN，其斷裂伸長率、撕裂伸長率、撕裂強度、受熱尺寸變化率及成型工藝性能均優(yōu)

腈水解酶、腈水合酶在高值精細化工產品的綠色合成中有較高的利用價值。應用代謝工程育種和高通量篩選等技術選育高效生產菌種，提高酶的發(fā)酵產量及催化效率；解決腈水解酶的催化效率、穩(wěn)定性與實用性的共性關鍵技術問題，改造或構建高效的工程菌株；研究腈水解酶規(guī)模化生產的發(fā)酵與分離純化技術，研 究腈水解酶的固定化等應用工程技術，實現(xiàn)該酶在化工、醫(yī)藥、飼料等工業(yè)領域中的應用

從簡單烯烴出發(fā)高效、高選擇性地合成高價值化合物一直是有機化學工作者追求的目標。在這一過程中，過渡金屬催化劑起到了重要的作用。傳統(tǒng)的烯烴官能團化反應一般可分為兩類：極性過程或者自由基過程，二者有各自的優(yōu)勢和局限。如何通過設計新的催化過程，在一個反應中融合上述兩種過程，取長補短，是實現(xiàn)更加簡潔、綠色合成的重要途徑。朱戎課題組提出利用鈷介導的自由基-極性交叉過程（Radical-Polar Crossover），在氫原子轉移（HAT）氫官能團化反應中初步實現(xiàn)了上述目標。這一最新進展發(fā)表在《美國化學會志》上（Xiao-Le Zhou1, Fan Yang1, Han-Li Sun, Yun-Nian Yin, Wei-Ting Ye and Rong Zhu*. Cobalt-Catalyzed Intermolecular Hydrofunctionalization of Alkenes: Evidence for a Bimetallic Pathway. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7250.）。 第一過渡系金屬催化的HAT氫官能團化反應是一類具有重要合成學意義的自由基反應。研究在該體系中引入高價碘試劑作為雙電子基團轉移氧化劑和親核試劑的前體，在鈷氫物種催化下，實現(xiàn)了自由基與極性過程互補融合的新反應途徑。利用該方法在室溫下即可完成羧酸、酚、磺酰胺等各類親核試劑對非活化和活化烯烴形式上的加成，從而以高官能團兼容性，一步合成較為復雜的結構，具有潛在的重要應用價值。他們進一步通過細致的動力學研究和控制實驗，揭示了鈷配合物在催化循環(huán)中所扮演的多重角色，并提出反應可能經(jīng)過雙金屬過程。該過程涉及到的關鍵中間體中包括一類有機鈷配合物，這一發(fā)現(xiàn)有望為金屬催化自由基反應中的配體調控提供新的思路。

我國已是“白色污染”十分嚴重的國家。據(jù)有關資料統(tǒng)計，就PVC一項的消耗，到本世紀末，我國將達到人均1.7kg/年的水平。如果再加上其它聚合物材料的應用，其數(shù)量將十分驚人。而目前對于廢棄的塑料制品除少量重新回收利用外，多采取焚燒、填埋、倒入海中等方法處理。由于這類塑料制品在自然界中的分解十分緩慢（約需200年），勢必將造成嚴重的污染和對生態(tài)環(huán)境不可估量的破壞