石墨烯是材料科学领域的一颗迅速崛起的明星，开启了二维材料的大门。作为纳米光电子器件广泛使用的理想电极材料，石墨烯除了具有优异的弹性和刚度外，还具有最高的载流子迁移率(104-105 cm2 V-1 s-1)。然而，石墨烯作为一种典型的半金属材料，它的零带隙极大地限制了其在半导体工业的应用。自石墨烯被发现以来，它的零带隙一直是世界范围内最具挑战性的难题之一。  多年来，人们一直致力于解决这一关键问题，最主要的打开石墨烯带隙方法可以概括为下面两种。第一种是通过掺杂、吸附、衬底相互作用、外加电场、应变、建立二维异质结等方法直接打开石墨烯的带隙。不幸的是，在打开石墨烯带隙的同时，保持其具有超高载流子迁移率的线性电子色散的多种尝试，至今仍未成功。第二种方法是开辟新的路径，寻找新的具有超高载流子迁移率（线性色散）的二维材料，如二硫化钼、硅烯、锗烯和磷烯等，它们构成了新的二维材料家族。遗憾的是，迄今还没有发现任何具有类似石墨烯线性电子色散和超高载流子迁移率的二维半导体。 北京大学物理学院史俊杰教授及其研究团队注意到：钙钛矿材料具有多样的组成和结构，如ABX3(具有三个不同原子位置的三维结构)、A'2[An-1BnX3n+1] (二维Ruddlesden-Popper型结构)、A'[An-1BnX3n+1] (二维Dion-Jacobson型结构)、A'2An-1BnX3n+3(二维111型结构)和AnBnX3n+2(二维110型结构)等，为材料设计提供了一个理想和庞大的平台。此外，钙钛矿结构中阳（阴）离子价态的劈裂和置换，阳（阴）离子的混合等，为组分工程提供了更多的可能性，从而极大地调节了所设计的钙钛矿材料的电子结构（带隙和电子色散）及物理、化学性质，为寻找具有新奇性质的材料开辟了一条新的道路。图注：左图为二维Ca3Sn2S7钙钛矿结构示意图，中图为它的三维线性色散能带图（带隙0.5 eV），右图为它的光吸收系数，并与光伏明星材料MAPbI3及Si的光吸收系数作对比。 最近，他们在硫化物钙钛矿的研究中，意外发现了一种新奇的稳定且环境友好的二维钙钛矿半导体Ca3Sn2S7材料，它具有类似石墨烯的线性Dirac锥电子色散，直接的本征准粒子带隙0.5 eV，超小载流子有效质量0.04m0，室温下载流子迁移率高达6.7×104 cm2V-1s-1，光吸收系数高达105 cm-1（超越钙钛矿光伏明星材料MAPbI3）, 从一个全新的角度实现了打开石墨烯带隙的梦想。该研究将会为二维钙钛矿材料的设计和研发提供新的思路，并进一步促进半导体产业的发展。

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 学号 冯畴境 化学化工学院环境工程 2019-2023 201931043101 李暄 化学化工学院环境工程 2019-2023 201931043116 罗雨欣 化学化工学院环境工程 2019-2023 201931043111 黄品杰 化学化工学院环境工程 2019-2023 201931043110 张一丹 化学化工学院环境工程 2019-2023 201931043105 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 周家斌 化学化工学院 教授 环境材料与污染控制 刘丹 化学化工学院 讲师 环境材料与污染控制 四、项目简介 工业生产当中产生大量的有机废水需要净化处理，对此问题，本课题准备采用光催化耦合基于硫酸根自由基的快速降解水中有机污染物。制备出磁性好、易回收且具有良好催化性能的Z型CuFe2O4/MnO2复合材料来活化PMS。PMS在复合催化材料表面会迅速反应生成硫酸根和羟基的自由基，同时在光照下实现电子空穴的有效分离。通过光催化和高级氧化产生的强氧化性的活性物种会争夺有机物的最外层电子来实现对有机废水的高效降解。 因为CuFe2O4具有磁性好、易回收、可重复使用、低毒、化学性质稳定、可见光催化活性等优点，可减少二次污染，且能够高效的活化PMS，此外，PMS可作为电子受体快速转移和消耗光生电子，实现电子和空穴的有效分离，提高其光催化活性。同时，通过掺杂MnO2颗粒进一步提高CuFe2O4催化剂比表面积，在反应体系中能够进一步活化PMS产生氧化自由基，从而有效地降解有机物。

团队开发创新实践类教学仪器，包括智能四轮小车、DSP和STM32嵌入式实 验套件、智能平衡小车以及DSP电机控制实验箱等。利用此系列产品可以揩建完 整的创新电子电控类实验室，针对不同年级和不同课程的需求，逐步层阶式培养 提高学生电子部件基本应用能力、硬件设计能力、软件编程以及创新和实践应用 能力。 目前，产品已经设计完成，其中，智能四轮小车和智能平衡小车已经在 重庆大学电气工程学院相关课程中使用，获得学院师生的一致好评。产品科技创 新，产品附加值更高，在初步推广中得到了很多高校老师和学生的认同。 产品的主要特点和创新点： 积木式开发套件； 采用DSP和STM32控制芯片，可扩展高级应用算法； 集成电力电子模块、信号采集模块、人机交互单元、蓝牙、陀螺仪等多种功 能模块； 支持C语言开发； 支持MATLAB/Simulink快速搭建算法模型； 丰富的实验内容和外设扩展接口。

类金刚石薄膜（diamond-like carbon, DLC）是一种亚稳态的非晶碳膜，其结构、物理化学性质接近于金刚石。作为一种新型的硬质薄膜材料具有一系列类似于金刚石的多种优异性能，如高硬度、低摩擦系数、高耐磨耐蚀性、高热导率、在可见到紫外光范围内透明、良好的绝缘性和化学稳定性、优异的生物兼容性及表面光滑等，可广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等领域。 本项目通过物理气相沉积方法制备的类金刚石薄膜具备质量稳定，与基体结合强，硬度、弹性模量、摩擦系数和透光性可调控，耐摩擦磨

此类教学设备弥补了现有院校相关专业无法通过相关实验验证或者解决实际的知识问题。

提升学生创新能力，为学生提供新开发的大门；

本发明公开了一种 GO-TiO2 复合材料及其制备方法和在分离/富集重金属离子中的应用。本发明在GO 上原位合成了纳米 TiO2，对二者的比例进行了优化使氧化石墨烯和 TiO2 质量比为 1∶1~9，制备了兼有 GO 和 TiO2 优良性能的 GO-TiO2 复合材料，并成功用于分离/富集环境水样和底泥中的重金属和稀土元素。本发明

产品详细介绍 l 作不受供电极性影响 l 线性电压输出或模拟催化燃烧电桥输出 l 工作电压范围3.0V-5.0V l 工作电流典型值为80mA l 最新的MEMS探测器技术 l 量程：从0-5000ppmCO2到0-10%VolCO2 l 全金属结构，绝缘外壳 l 体积小 l 灵活的电路访问设置 l 用户可以通过硬件连接进行标定 l 宽温度工作范围 l 快速响应

氧化锆纤维成果转化 本项目涉及从原料的合成、纤维及其制品的制备以及相关设备等系列专利群，具有独立自主知识产权，该发明专利群不仅在技术上处于国际领先水平，还可转化为生产力，形成具有高附加值的产品，产生经济价值和社会效益。本项目在国内外没有先例可借鉴，从工艺到设备大都是自主研发设计，投入的人力、物力和时间非常大。已在山东德艾普节能材料有限公司实施转化。 由于氧化锆纤维具有极低的高温导热系数和耐温性，决定了氧化锆纤维及其制品在超高温隔热领域具有及其广泛的应用市场前景。主要应用包括高温电炉、退火炉、单晶炉、中高频感应炉以及气氛炉等的高温面的隔热。1600度以上的保温，每年具有几千吨的市场需求，可产生上百亿的经济价值。 《氧化铝特种陶瓷材料及相关应用》成果转化 该专利技术成果主要涉及的是氧化铝微晶陶瓷磨料(S-G磨料)和氧化铝基陶瓷纤维的“溶胶-凝胶”法制备及其相关应用等，已在山东东珩胶体材料有限公司实施转化。 氧化铝特种陶瓷材料及相关应用市场需求大，技术转化条件成熟，具有良好的转化前景。微晶陶瓷磨料(S-G磨料)和氧化铝纤维在国际上已经得到普遍的应用和推广，尤其是在军事材料、航空航天材料。目前国内还是空白，但是以美日为首的西方发达国家对我国进行技术封锁、材料禁止买卖，限制我国先进制造业、航空、航天等方面的发展，陈代荣教授团队研究的氧化铝特种陶瓷材料将会填补国内空白，打破美日等国对我国的技术封锁，实现氧化铝陶瓷材料在军事、航空、航天、人民生活用品等方面的广泛应用。 碳纤维复合芯架空导线 碳纤维复合芯导线是一种新型节能型增容导线，具有质轻，高强、耐腐、抗疲劳、弧垂变化小、安全节能等优点，同时可以实现倍容输电，并具有自融冰功能，可以减少输电回路，提高架线土地利用率，降低线路改造成本，是原有钢芯铝绞线的最佳替代品。适用于高地质灾害、大跨越、城网改造升级、沿海等高腐蚀区域以及超高压和特高压输电，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 本产品以高性能碳纤维及山东大学自主研发的耐高温特种树脂为原料，具有独特的防劈裂结构设计，以先进的自动化拉挤机组为硬件保障，产品性能指标达到国际领先水平，六家合作企业挂网业绩已达3万公里。曾获国家能源科技进步一等奖，山东省科技进步一等奖等奖项。 碳纤维系列成果还有碳纤维复合材料抽油杆、单兵防护、碳纤维复合材料高压气瓶、碳纤维复合材料三维编织体等，成熟度基本都可以量产。