本成果通过系统计算、材料筛选等方式对氢能、生物质能和二氧化碳实现高效转化利用，同时可对污染物（CO、VOCs、COS、CS2等）化学链脱除，具体包括：制氢、储氢研究；生物质能源高效转化利用，包括生物质/污泥/塑料/固体废弃物的热解、气化、碳化等处理，得到高值化合成气、生物油或炭基材料等；CO2的高效转化利用，包括CO2吸附剂的设计制备，CO2的热化学裂解等；基于化学链的能源转化技术，具体包括化学链制氢、化学链甲烷转化、化学链甲醇转化、化学链丙烷脱氢、化学链高炉煤气脱除CO、化学链VOCs转化、化学链脱硫等；先进能源材料制备，可研究性能优异的气凝胶材料，实现能源的高效清洁低碳转化与利用。

配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 祝涣钧 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 吴凌志 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 郑毅 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 王梓 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化学与化工学院应用化学专业 2019年9月至2023年6月 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 覃玲 化学与化工学院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及应用研究 四、项目简介 配位聚合物是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。它具有多样的拓扑结构，并且稀疏多孔，密度较低。这些特点使得它在吸附，催化，储能的各个方面有着优良的效果。 本项目主要目的在于合成钴/镍基配位聚合物，选择合适的有机配体与金属离子钴/镍通过配位键构筑得到钴镍基配位聚合物，利用单晶衍射、元素分析、红外光谱等方法对其结构及组成进行表征，或者通过合成和掺杂的方式，调控它的析氢性能，设计出高催化活性和稳定性、低成本的非贵金属催化剂。 项目组成员通过设计选择有机配体与金属离子，通过溶剂热方法合成了多种金属有机框架材料，并将其热解得到衍生材料。通过线性伏安扫描法等多种实验方法测试了它们的电催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始电位为-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通过掺杂Zn2+后，过电位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我们还合成了一种对金属离子（Fe3+）与抗生素（加替沙星）有明显检测效果的锌基材料，可作为多功能探针检测水中金属离子和抗生素的残余量。由于化合物没有催化位点，我们通过掺杂钴金属的方式，改善了它的电催化析氢性能，使它具有较低的初始电位(-423 mV)、较低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和较好的循环稳定性。 项目为研究高性能和稳定性的HER电催化剂及金属离子和抗生素荧光探针材料的设计合成提供了可行的思路。

已有样品/n“新型高密度存储材料与器件”面向大数据时代对海量数据存储和处理的需求，研究相变、阻变、铁电等新型存储材料和器件的设计与制备关键技术，发展用于高密度存储阵列的选通器件及三维集成技术，研制兼具信息存储、逻辑、运算、编解码等多功能的新型原型器件以及柔性阻变存储器原型器件，将为我国发展具有自主知识产权的新型高性能存储材料与器件奠定技术基础。

微藻可以通过自身的光合作用高效固定二氧化碳，同时生产生物燃料以及高 附加值产品，已成为国内外技术开发的热点。在微藻能源利用工艺流程中，用于 微藻培养的光生物反应器占总设备投资和运行成本的一半。由于相关研究工作的 缺乏，生物反应器受微藻光合效率、传质以及光照的限制，体积大、占地宽、成 本高、产率和效率低。为了强化微藻光生物反应器中光传递，提高光分布的均匀 性，构建了内嵌空心导光管的新型平板式微藻光生物反应器，通过空心导光管的 引入实现了将光能导入反应器中光衰减严重区域，提高了反应器内藻细胞的产量。 在此基础上，为了优化反应器的光分布，设计了内置导光板的光生物反应器，并 将其用于工业化中常用的跑道池反应器中（如图1所示），使微藻产量提到了 193. 33%,生物质产量达到2. 31g/L,油脂产量达到1258. 65mg/L。导光板目前工 艺成熟，成本低廉，对微藻无毒害作用，因此将其用于微藻产业化培养的跑道池 反应器中，基本不会增加建造及运营成本。按目前藻粉市场价来算，微藻150 元/千克，传统跑道池反应器的收益为0.18元/升，而利用内置导光板的跑道池 光生物反应器可获得0.35元/升的收益。同时，在工业化常用的管式反应器的基 础上，创新性的提出了一种新型非连续光照管式光生物反应器，通过间断遮光方 式，形成了反应器内明区和暗区的周期性分布，实现了微藻在反应器内流动时的 规律性明暗交替，从而触发闪光效应，使微藻生长速率提高了 15%。 在微藻生长到稳定期后，需对反应器中的微藻进行采收。传统的采收方式包 括离心、絮凝、气浮、膜过滤等，这些方法均耗能较多。为了降低采收成本，提出聚丙烯酸系高吸水性树脂吸收培养基浓缩微藻，吸收后可通过高温烟气脱水回 收再利用。利用采收后的湿藻进行水热液化的预处理方式，将藻细胞破壁，使细 胞内的多糖、蛋白质、油脂等析出并解聚成小分子的单糖、氨基酸、脂肪酸，之 后这些小分子物质经微生物发酵，产出甲烷、氢气等高热值的生物燃料。此外， 微藻破壁后，可直接经萃取等过程，得到硫代多糖、二十碳五烯酸（EPA）、二十 二碳六烯酸（DHA）、虾青素等高附加值产品。其中，硫代多糖具有抗氧化、抗肿 瘤、抗炎、抗病毒等活性，并且可以作为抗凝血剂和免疫调节剂。EPA被称为“血 管清道夫"，能促进循环系统的健康和防止胆固醇和脂肪在动脉壁上积聚，并对 治疗由自身免疫缺陷引起的炎症有效。DHA俗称“脑黄金”，是神经系统细胞生 长及维持的一种主要成分，是大脑和视网膜的重要构成成分，在人体大脑皮层中 含量高达20%,在眼睛视网膜中所占比例最大约50%。虾青素是已知氧自由基清 除能力最强的天然色素，其抗氧化能力是维生素E的1000倍，雨生红球藻是最 佳的天然虾青素来源，含量达到3%-5%,是目前唯一被美国FDA审核准许可用于 人类直接使用的虾青素产品，我国于2010年批准纳入食品新资源产品目录。 针对微藻生物质高效能源化利用的问题，提出太阳能加热实现微藻水热预处理， 再利用水解液和固态残渣厌氧发酵制取富氢甲烷气，实现微藻全组分转化利用， 并建立了中试系统（如图2, 3）o通过太阳能水热水解，微藻发酵产甲烷过程的 速率和转化率得到显著提升。

该项目为“十五”国家 863 计划课题成果。针对难降解工业废水浓度高、色度大、 有毒有害的特点，开发出催化铁、催化铝等内电解方法，经处理后废水的可生化性大大 改善、色度降低，且产生的铁离子等起到混凝作用，强化了后续好氧生物处理工艺。对 一般化工区混合废水采用该方法预处理、再经通常的生物处理工艺，出水可以达到二级 排放标准。 

已有样品/n基于HZO铁电FinFET的混合存储器件。该器件在电荷俘获模式下，表现出高耐 久性（>1012），高操作速度（<20ns），良好的数据保持特性（104@85oC），与DRAM 的性能相近，为在SOC芯片及CPU芯片中集成嵌入式DRAM提供了可能。当器件工作在 电筹翻转模式下的时候，器件表现出非常好的数据保持特性（>10年）以及对读取 信号串扰的免疫能力，使该器件同时具有优越的不挥发存储特性。

        对于难降解工业废水的处理，单独催化臭氧氧化技术存在臭氧剂量大、气体回收难、出水毒性高等问题，而单独生物降解处理难降解有机废水周期长、设备成本高。催化臭氧氧化与微生物降解近场耦合工艺则将按序进行的催化氧化装置和生物挂膜装置两个处理单元合并，利用催化臭氧技术提高难降解有机废水的可生化性，同时采用生物膜技术减少后续处理成本，能够实现低成本提高COD、色度和浊度去除率的效果，同时降低出水毒性，减少环境生物风险。

矿山安全与工程，能源科学与工程

课题从事纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用基础研究，在金属-空气电池、锂离子电池关键材料与技术以及能源清洁高效利用等领域开展工作，制备了一系列的金属与合金、金属氧化物、金属硫化物纳米材料以及无机/有机复合材料等，研究了纳/微米材料组成、结构、形貌与电极性能之间的关系，考察了材料高效储能的化学热力学、动力学等性能，并开展其能量转换与储存新规律的探索研究，探讨解决提升高能化学电源的容量、功率与寿命的有效途径。为纳米新能源材料的制备、表征及在能源领域的应用打下了基础。 研究