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1. 痛點問題 2020年我國VOCs 排放量將達到3000萬噸，催化氧化技術因具有適用范圍廣、起燃溫度低、能耗低、凈化效率高、無二次污染等優點，已成為當前VOCs治理行業研究和應用的主流技術之一，而制備高效、穩定、廉價的催化劑是催化氧化技術的核心。目前我國大中型企業VOCs催化氧化裝置所采用的催化劑仍以進口為主，價格昂貴，國產催化劑雖然價格低，但存在催化氧化活性低、穩定性差、易中毒失活等缺點而難以滿足工業需求。國內外學者從催化劑活性組成、結構形態、氧化物間的協同作用以及氧化機理等基礎研究方面進行了廣泛而深入的探究，而在工業催化氧化催化劑研制與應用方面涉足較少，因此加快研發高效工業VOCs催化氧化催化劑已成為當前國內相關研究者和工程技術人員的共識和當務之急。 2. 解決方案 該技術以蜂窩堇青石陶瓷為載體，通過原位生長方式在蜂窩陶瓷內外表面引入復合金屬氧化物有序微/納米結構，通過調控微/納米結構的尺寸和形貌特征，系統研究微/納米結構對催化劑催化氧化 VOCs的作用規律，建立了催化成分和微/納米結構對催化氧化的影響規律。同時探究了摻雜元素和水蒸氣循環對阻止積炭形成和脫氯的作用機制，進一步提升催化劑穩定性及抗氯中毒能力，為徹底解決催化氧化技術控制VOCs復雜問題提供理論依據和技術支撐。 合作需求 江蘇中創清源科技有限公司以清華大學團隊的核心技術為支撐，推進產業進程，打造國產催化劑高端技術品牌。以化工，石化，涂裝，印刷等VOCs治理行業大型環保工程公司為目標客戶，與環保工程公司進行優勢互補，推動示范工程建設，進行技術的工程化應用，形成以點帶面效應，樹立品牌，聯合推廣項目技術和產品。

N，N-二甲基苯胺（DMA）主要用于三苯甲基甲烷類染料生產，還可作為溶劑、炸藥、醫藥等原料，也用于生產堿性嫩黃素O；堿性紫5BN、堿性艷蘭RB、陽離子紅2BL等，也用于生產堿性染料中間體四甲基米氏酮等。我國生產的DMA除供國內消費外，每年有一定量出口。DMA的主要消費部門是染料工業和香料工業。由于近年來堿性嫩黃、堿性紫等品種銷路趨好，DMA消費有所上升。在香料工業中，DMA主要用于香蘭素生產中。 南開大學針對國內DMA生產工藝的落后現狀，經多年開發研究，成功地開發了常壓、氣相、連續合

燃料電池催化劑是燃料電池最重要的材料，其性能的好壞對燃料電池性能有決定性的影響。針對目前廣泛使用的 Pt/C 類燃料電池 存在的耐久性不足、缺乏抗反極功能等問題，本團隊研發了一種具有良好性能的燃料電池催化劑，具有以下技術優勢：（1）催化活性可完全媲美目前國際品牌的優秀催化劑；（2）耐久性可達商品催化劑的 3-4 倍，可達到美國能源部對燃料電池催化劑的耐久性要求；（3）具有優秀的抗反極性能，其抗反極時間可比目前的商品催化劑延長 3 倍左右。（4）成本僅為目前市場上燃料電池催化劑的 40%左右。 

在“雙碳”目標的背景下，基于可再生能源電解水制氫是真正實現清潔氫氣來源的“綠氫”技術。然而，目前制約電解水制氫產業發展的瓶頸之一是貴金屬基電催化劑高昂的價格。近年來，研究者開發了多種廉價、高效的電解水陰極析氫非貴金屬電催化劑，其中硫化鉬（MoS2）基催化劑是迄今為止發現的析氫性能最好的非貴金屬催化劑之一，其具有類鉑活性。然而，這類高活性催化劑往往更易受到復雜催化反應環境因素的影響，導致催化劑表面發生重構并破壞其幾何/電子結構，造成催化劑失活。 基于此，本團隊提出了具有分子選擇性的柵欄工程，解決了高活性Co摻雜MoS2析氫反應催化劑活性與穩定性之間的權衡問題。這一策略為設計高效、穩定的非貴金屬基電催化劑的大規模應用提供了新思路。當將該MoS2基（Co-MoS2@CoS2）陰極催化材料與實驗室自制的高活性鈷鎳雙金屬硒化物析氧反應陽極配對用于實驗室自制的堿性電解水（AWE）雙電極電解系統時，在電流密度400 mA/cm2下持續分解500 h沒有明顯的衰減。 隨著我國進一步推進去碳化，電解水制氫有望成為能源變革的核心。在此背景下，只有大力推廣電解水制氫，才能滿足不斷增長的綠氫需求。為此，需要大幅擴大電解水制氫裝置規模，讓電解水制氫在國民經濟去碳化中發揮關鍵作用。

應急備用電源、便攜式動力電源市場。高活性高穩定性廉價催化劑與先進制膜工藝相結合，克服了傳統電池低功率密度，低壽命的問題。組裝的電池具有高功率密度， 高比能量和機械式快速換電的優勢，在能量密度上遠超鋰離子電池、鉛酸電池，有望應用于便攜式動力電源和應急備用市場。 

作為一種重要的醫藥中間體，5-甲基吡嗪-2-羧酸主要用來合成降 血糖藥物格列吡嗪及降血壓藥物阿昔莫司;同時，也可用于合成抗結 核藥物 5-甲基吡嗪-2-羧酸甲酯。采用高效、綠色、環保的方法大規 模合成 5-甲基吡嗪-2-羧酸意義重大。目前，5-甲基吡嗪-2-羧酸的工 業合成以 2,5-二甲基吡嗪為原料，其合成方法主要有如下幾種:(1) KMnO4 氧化法，但該方法中由于高錳酸鉀一般過量使用，容易氧化 生成較多副產物，產品收率低;且更容易生成大量含高錳

研究催化劑在實際催化反應過程中的狀態對于理解催化劑的催化機理具有非常重要的意義。實際催化過程中，氣體分子會通過影響表面能進而對催化劑的表面結構進行調制。但受限于研究方法，在真實催化環境中，氣體分子如何重構催化劑表面仍然不清楚。此外，除了催化劑表面結構的變化，在催化反應過程中，催化劑顆粒整體的結構乃至物相也會發生變化。

配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 祝渙鈞 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 王梓 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 覃玲 化學與化工學院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應用研究 四、項目簡介 配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。它具有多樣的拓撲結構，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點使得它在吸附，催化，儲能的各個方面有著優良的效果。 本項目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機配體與金屬離子鈷/鎳通過配位鍵構筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對其結構及組成進行表征，或者通過合成和摻雜的方式，調控它的析氫性能，設計出高催化活性和穩定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項目組成員通過設計選擇有機配體與金屬離子，通過溶劑熱方法合成了多種金屬有機框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過線性伏安掃描法等多種實驗方法測試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過摻雜Zn2+后，過電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒有催化位點，我們通過摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環穩定性。 項目為研究高性能和穩定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素熒光探針材料的設計合成提供了可行的思路。

（專利號：ZL 201410373649.8） 簡介：本發明公開了一種含有氧化石墨烯(GO)的Ag/AgBr/GO納米復合光催化劑的制備方法，屬于光催化劑領域。該Ag/AgBr/GO納米復合材料活性組分是Ag/AgBr/GO，其結構是Ag/AgBr膠體球均勻的分布在層狀GO上。其制備過程簡單，采用一步法完成。以PVP和CTAB為表面活性劑，同時，CTAB也是Br-的來源。首先在一定溫度下使PVP和CTAB溶解在乙二醇中，先后加入GO和Ag

作為一種重要的醫藥中間體，5-甲基吡嗪-2-羧酸主要用來合成 降血糖藥物格列吡嗪及降血壓藥物阿昔莫司；同時，也可用于合成抗結核藥物 5-甲基吡嗪-2-羧酸甲酯。采用高效、綠色、環保的方法大規模合成 5-甲基吡嗪-2-羧酸意義重大。目前，5-甲基吡嗪-2-羧酸 的工業合成以 2,5-二甲基吡嗪為原料，其合成方法主要有如下幾種：（1）KMnO4 氧化法，但該方法中由于高錳酸鉀一般過量使用，容易 氧化生成較多副產物，產品收率低；且更容易生成大量含高錳酸鉀及金屬離子的廢水，環境危害大，不符合環保、綠色化學要