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无机离子聚合与新型聚合材料的创制
首次构建出无机离子寡聚体并可以通过“无机离子聚合”全新途径可塑地构建出无机材料，实现“像制造塑料一样制造无机物”（Nature 2019）并可以进一步实现无机材料的相互融合（Science 2021）。
一、项目分类
重大科学前沿创新
二、成果简介
首次构建出无机离子寡聚体并可以通过“无机离子聚合”全新途径可塑地构建出无机材料，实现“像制造塑料一样制造无机物”（Nature 2019）并可以进一步实现无机材料的相互融合（Science 2021）。这些成果突破了无机块体材料依赖高温烧结定形的传统途径，可以在常温条件下实现构建，为功能材料的制备提供革命性的科学新基础，特别适合在生物体内开展仿生合成。目前已经颠覆性地实现以下突破：
1）结合生物矿化实现人体牙釉质的再生（Sci Adv 2019），再生层与天然牙釉结构完全一致，拥有相同的生物力学特性。该工作打破了传统口腔医学中牙釉质不能再生的认知，引领新一代口腔材料从“填充型”转变为“再生型”。目前已进入转化研究阶段，样品能够高效地修复牙齿表面的微小缺损。
2）结合传统有机聚合发展出有机-无机共聚新技术，可以制备出有机-无机共聚物（Angew Chem Int Ed 2020）。与传统的有机无机复合材料不同，共聚型新材料能够在分子尺度上实现有机和无机相之间的相互融合，从而构建出结构完全均一、具有优异力学性能的轻质高强材料。特别是在传统高分子材料中引入无机离子键可以显著增强材料原有的力学性能，例如通过无机离子寡聚体可以大幅度改善传统塑料材料。
“无机离子聚合”可以构建出柔性无机离子材料，开发出矿物基塑料替代新材料，被称为“石头变塑料” （Adv Mater 2022）。矿物基塑料材料与传统塑料相比在保持制备可塑性和结构韧性的同时，具有高强、高硬和高热稳定性等新特征，而其矿物的本质特征还可以使材料能够融入到自然的矿物循环中，为解决塑料污染问题提供新策略，是一种环保型的新材料。
浙江大学
2022-07-22
合成气高选择性制取烯烃
烯烃作为化工领域的核心分子，是合成纤维橡胶塑料等重要材料的单体，属于一类重要的高附加值化工原料。工业上的烯烃主要来源于石脑油的裂解。近年来，随着石油资源的日益减少和C1化学的迅速发展，开发从合成气直接制备烯烃的反应路径来替代传统的石化路线具有十分重要的意义。
传统合成气转化路径中约50%CO转化成了CO2和CH4等温室气体副产物，碳原子利用效率低下，严重降低了该路径的能源和经济效益。如何高效降低该过程中CO2和CH4副产物的生成、提高特定燃料产品的选择性在国际能源化工界一直是巨大挑战。
武汉大学定明月教授团队通过将碳化铁纳米晶体包裹在疏水性无定形SiO2壳中，开发出一种具有优异疏水性的核-壳型FeMn@Si催化剂。通过给催化剂包裹一层“疏水铠甲”，从而实现了56%的高CO转化率和13%的低CO2选择性，烯烃收率高达36.6%。核层碳化铁活性相与壳层疏水基团的高效协同，将能拓展出一系列新型的复合催化剂，通过抑制高耗能的水煤气变换反应，大幅度降低合成气转化过程中的CO2排放，显著提高碳原子利用效率，有望实现合成气更高效、更经济制取烯烃、汽油、芳烃、航油等各种高附加值化学品。该研究成果发表在《Science》期刊上，同期《Science》期刊发表了亮点评论文章，高度评价了该工作，认为该工作对于实现“碳达峰、碳中和”目标提供了新的解决方案。
合成气在疏水性FeMn@Si催化剂上高效制取C2+烯烃
武汉大学
2021-05-12
废旧家电回收聚烯烃制备木塑材料
木塑材料是以植物纤维填充热塑性塑料，利用塑料加工方式进行加工的新型复合材料。以废旧家电产品的外壳、塑料零件等回收聚烯烃为基体填充木粉、农业秸秆等植物纤维，通过双螺杆挤出机反应挤出生产高性能的木塑复合材料。木塑材料是一种新型的高分子复合材料，集木材及塑料两种材料的特点于一身，比单纯的木材以及塑料在许多方面更具有优势，在很多场合可以完全代替木材产品和塑料制品。作为代塑、代木的最佳产品，木塑复合材料的意义不仅仅是一种绿色产品，重要的是它能变废为宝，契合了目前我国建设节约型社会、发展和谐社会的要求。木塑材料以其优异的性能已经成功的应用于建筑和装饰行业、园林市政建设、包装物流、军工材料、汽车工业及日常生活用具等领域，特别是在物流托盘等方面可完全代替木材、塑料板材，不仅能解决废旧家电产品带来的白色污染问题，也重新利用了木材废弃物、植物秸秆等农业垃圾，并且降低了物流成本，是一种双赢的产品。此外在木塑材料还能添加不同的相容剂、添加剂等助剂来满足不同的使用要求、生产具有不同功能的材料，工艺条件和加工设备简单，是一种能快速上马的科技项目。木塑材料的技术关键在于生产前必须对生产原料进行干燥处理，需添加相容剂、偶联剂等改性剂来改善木塑材料的性能。改性剂与回收聚烯烃和植物纤维同时挤出，在挤出过程中完成反应增容的过程，挤出成品可获得较好的物理机械性能。具有核心技术，自主知识产权。获得2010年中国国际工业博览会中国高校展区优秀展品奖二等奖。
华东理工大学
2021-04-11
高效聚烯烃抗菌医用材料的制备
随着人口的增加，国民经济的发展，医疗卫生条件的改善，医疗卫生用品与器械的使用量每年成数倍的速度增加，达到数十亿元的规模。例如，2003年欧洲仅医用敷料市场即达到9亿欧元，预计每年将有30％的增长率。而全球市场容量近千亿人民币，其中国内市场约50亿元。然而绝大部分医疗卫生用品处于水平较低的状况。每年国内都要使用近百万付导尿管之类外用医疗器械，然而因为细菌、病毒等感染，引起病人各类并发症，甚至危及生命。各类输血、医疗卫生器械因病菌传染、交叉感染常常成为主要导致疾 病的原因。又例如
四川大学
2021-04-14
合成气高选择性制取烯烃
项目成果/简介:烯烃作为化工领域的核心分子，是合成纤维橡胶塑料等重要材料的单体，属于一类重要的高附加值化工原料。工业上的烯烃主要来源于石脑油的裂解。近年来，随着石油资源的日益减少和C1化学的迅速发展，开发从合成气直接制备烯烃的反应路径来替代传统的石化路线具有十分重要的意义。传统合成气转化路径中约50%CO转化成了CO2和CH4等温室气体副产
武汉大学
2021-01-12
低成本功能性多孔有机聚合物
成熟度：技术突破
多孔有机聚合物是一类新兴的功能性高分子材料，相比传统高分子交联树脂，其具有类似无机分子筛的微孔，具有更高的官能团密度，已被广泛用于储存、分离或催化等领域。然而当前许多性能优良的多孔有机聚合物成本过高，严重制约着其实际应用。我们合成的价格低廉且性能优秀的多孔有机聚合物，其性能与当前典型多孔有机聚合物相当，而价格为它们的几十分之一或几百分之一，目前在储存氨气、分离二氧化碳及分离水中污染物（如硼酸，Hg2+等）等方面已完成实验室测试，这些成果将为多孔有机聚合物的真正应用打开通道。
意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持
东北师范大学
2025-05-16
聚烯烃/植物纤维微孔复合材料系列
可以量产/n植物纤维具有长径比大、比表面积大、比强度高、密度低（比所有的无机纤维都低）的特点，而且在特定的工艺条件下还可以进行生物降解。它与热塑性塑料共混所制成的复合材料具有机械性能好、加工性能好、价格低廉、产品重量轻、加工性好等优点，将废旧塑料和植物纤维共混生产复合材料和微孔复合材料，有助于解决“白色污染”。本技术研发出了两种材料：聚烯烃/植物纤维复合材料和再生聚烯烃/植物纤维（微孔）复合材料聚烯烃/植物纤维复合材料：将植物纤维经改性处理，提高纤维与塑料基体的相容性，增加二者之间的粘结力，利用柔性
湖北工业大学
2021-01-12
无卤阻燃聚烯烃及其纳米复合材料
聚烯烃（PP，PE）是产量较大的一类通用塑料，由于重量轻、低毒性、良好的电气绝缘性、耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于建筑、交通、家庭装饰、电子电器和电线电缆等行业。然而聚烯烃的极限氧指数低，属易燃性材料，且燃烧时产生大量融滴，不易熄灭，使得在一些重要领域（如电子电器、电线电缆、日用消费用品、装饰及服装等）的应用受到了限制。为解决烯烃类聚合物难于阻燃的问题，本项技术采用自制研发的膨胀型高效无卤阻燃剂，及复合纳米技术和催化技术，针对聚烯烃的阻燃设计而成，这种阻燃剂具有较高的阻燃效率，在较少的添加分数时即可对聚烯烃（PP，PE，EVA等）起到优异的阻燃效果，在燃烧时不产生熔融滴落现象，氧指数明显提高，热释放速率显著降低，满足国家标准要求。烟雾产生量明显低于同类产品。此外这种阻燃剂还具有热稳定性好、耐析出对基体的力学性能损伤小、低烟无卤、环境友好等优点。产品质量与性能优于或达到国外同类产品技术水平，具有十分广泛的市场应用前景。本项目已申请多项发明专利。
主要技术、指标：
膨胀型阻燃剂在N2或空气中Tonset≥255 ℃，700℃残余量m≥40 %；用于阻燃PP，添加量18 %时，可以达到LOI>30，垂直燃烧V-0级，热释放速率小于150 kJ/m 2；用于阻燃LDPE，添加量25 %时，可以达到LOI≥30，垂直燃烧V-0级，热释放速率小于160 kJ/m2。
建设投产条件（投入资金情况、需要的厂房、使用配套设施状况等）：
设备投资：900万元，厂房：2000平方米。
四川大学
2023-05-15
聚合物热电材料
给体片段以氟原子修饰的n型给受体聚合物热电材料，利用聚合物链间的给受体相互作用维持聚合物的电子迁移率，通过引入氟原子增加聚合物的电子亲和性以提高n掺杂效率，两者的协同作用大幅度提高了聚合物的n型电导率。通过进一步提高聚合物的塞贝克系数，成功地将n型给受体聚合物的热电性能提高了三个数量级。引入氟原子的聚合物的n型电导率提升至1.3 S/cm，功率因子提升至4.6 μW/mK2，是目前n型给受体聚合物热电材料的最佳性能。通过对聚合物在掺杂状态下的电子顺磁共振谱、紫外光电子能谱和X射线光电子能谱的表征证明了氟原子的引入提高了聚合物的n掺杂能力。场效应晶体管器件结果则表明氟原子的引入提高了聚合物在n掺杂状态下的电子迁移率。这两者的协同作用使得该聚合物的电导率相比没有引入氟原子的聚合物提高了1000倍。此外，掠入射X射线衍射、原子力显微镜以及导电原子力显微镜实验证明了氟原子的引入改变了聚合物的分子排列，提高了聚合物与掺杂剂的混溶性，使聚合物从“局部掺杂”的状态转变为“均匀掺杂”状态，从而维持了掺杂聚合物较高的n型塞贝克系数。
北京大学
2021-04-11
聚烯烃人造草纤维材料制备关键技术
人造运动草坪应用在体育运动场地始于欧美发达国家，至今已有?0多年的历史，其发展源于天然草对气候条件变化的局限性。随着人造运动草丝纤维的技术革新，人造运动草坪的运动力学性能、运动安全性能和运动舒适性能已经接近天然草。目前，国内对人造草丝纤维的研究处于起步阶段，尚未形成系统的学科领域，在使用性能和安全性能标准的制定方面，远远落后于国外。因此，为了真正实现草丝纤维材料的自主创新，必须形成人造草丝材料设计的基础理论和方法，即通过对天然草坪的仿生学、运动力学性能和运动安全性能的研究，形成人造草丝材料设计的基础理论和方法，以实现人造草丝材料的功能设计、材料安全性能设计、材料寿命设计以及材料的形态设计。本项目通过对草坪的运动力学性能和运动安全性能的研究，形成人造草丝材料设计的方法，实现人造草丝材料的功能设计、材料安全性能设计、材料寿命设计以及材料的形态设计。系统研究和解决上述人造运动草丝纤维材料产业化过程的一些关键技术和一些基本科学问题。在此基础上，开发高耐久性、高耐候性功能型色母粒、纳米复合功能型母粒及关键制备技术，从而开发出具有自主知识产权的人造草丝产品，以填补国内空白，推动我国体育新材料的发展。同时将这些关键技术用于人造运动草丝纤维材料规模化生产过程中，建立高性能人造草丝纤维材料国产化的工程示范。
华东理工大学
2021-04-11