项目成果/简介:1991 年发现的碳纳米管（CNT）以及 2004 年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是 21世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备 SWNTs 的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图 1），纯度达 70%以上，并达到了产业化规模（达 200 公斤/年以上）。采用机械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS 及聚氨酯等为基质材料，电导率达 0.2 S/cm、导电临界含量仅为0.06%、电磁屏蔽效果高达 49dB 的复合材料。 本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备（图 2）。通过透射电子显微镜（图 3）及原子力显微镜（图 4）确定了石墨烯的二维平面结构。 获得了可溶性石墨烯材料及柔性透明导电薄膜（图 5）；制备了基于石墨烯的高稳定性有机光伏电池及复合材料。 图 5、基于石墨烯的透明电极材料 所研制的单壁碳纳米管及石墨烯已用于数十家科研机构的研究和相关产品/样机的研制，包括应用于国家 863 重大汽车电池项目（中科院物理所）和军工卫星电池项目（中国电子科技集团公司第十八研究所）等。已研制出晶体管、锂离子电池、超级电容器（图 6）以及高性能复合材料等多种产品，具有广阔的应用前景。应用范围:南开大学在碳纳米材料的制备及应用研究方面取得了一批开创性成果，该项目技术的推广，将促进我国新材料、微电子、储能、资源保护等领域的技术进步和发展，为我国在这一新型纳米材料领域占据有利地位，提高国际竞争力，做出重要贡献。

1991 年发现的碳纳米管（CNT）以及 2004 年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是 21世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备 SWNTs 的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图 1），纯度达 70%以上，并达到了产业化规模（达 200 公斤/年以上）。采用机械共混及"原位"聚合 等方法，使SWNTs 有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS 及聚氨酯等为基质材料，电导率达 0.2 S/cm、导电临界含量仅为0.06%、电磁屏蔽效果高达 49dB 的复合材料。 本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备（图 2）。通过透射电子显微镜（图 3）及原子力显微镜（图 4）确定了石墨烯的二维平面结构。 获得了可溶性石墨烯材料及柔性透明导电薄膜（图 5）；制备了基于石墨烯的高稳定性有机光伏电池及复合材料。 图 5、基于石墨烯的透明电极材料 所研制的单壁碳纳米管及石墨烯已用于数十家科研机构的研究和相关产品/样机的研制，包括应用于国家 863 重大汽车电池项目（中科院物理所）和军工卫星电池项目（中国电子科技集团公司第十八研究所）等。已研制出晶体管、锂离子电池、超级电容器（图 6）以及高性能复合材料等多种产品，具有广阔的应用前景。

本发明涉及一种 Fe2O3 层状纳米阵列、具有层状结构的 Fe2O3/PPy 柔性复合材料及其二者的制备方法和应用，属于材料领域。 该 Fe2O3 层状纳米阵列利用特定规格的 ZnO 纳米棒模板作为原料制 备，该 Fe2O3/PPy 柔性复合材料采用气相原位化学聚合法复合 Fe2O3 层状纳米阵列和 PPy 得到。气相原位聚合方法更为简单、易实现，可 控性较好。Fe2O3 层状纳米阵列具有特殊的层状结构，具有比表面高

1991年发现的碳纳米管（CNT）以及2004年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是21世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备SWNTs的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图1），纯度达70%以上，并达到了产业化规模（达200公斤/年以上）。 采用机械共混及"原位"聚合等方法，使SWNTs有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS及聚氨酯等为基质材料，电导率达0.2 S/cm、导

清华大学化学工程系魏飞团队在亚纳米尺度下原位研究分子吸附扩散机制领域取得重要进展。该团队采用皮米电镜原位成像策略，实现了分子筛中小分子吸脱附行为和分子筛骨架结构动态演变的原位实时观测，首次发现了刚性分子筛的亚单胞拓扑柔性结构特点，揭示了分子扩散突破孔径限制的微观机制，丰富了对分子筛择形催化与限域效应的理解。

六价铬对人体具有慢性毒害，可以通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体，主要积聚在人体内的肝、肾和内分泌腺中。六价铬有强氧化作用，所以慢性中毒往往以局部损害开始，逐渐发展到不可救药。通过光催化可实现六价铬还原为无毒害的三价铬。现有光催化剂多数只能利用紫外光区域，催化性能较低。酞菁在可见光区域具有良好吸收效果，通过利用八甲基取代的酞菁铜纳米棒与氧化石墨烯制备复合材料，可以有效提高光催化剂的光谱吸收范围，实现太阳能的充分利用，同时加快电荷传输，实现在水溶液中高效还原六价铬，在日常太阳光照下两小时内降解97%的水中的六价铬。

1991 年发现的碳纳米管（CNT）以及 2004 年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是 21 世纪的战略性材料。 本项目发明了一类新的催化剂和大量制备 SWNTs 的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备（图 1），纯度达 70%以上，并达到了产业化规模（达 200 公斤/年以上）。采用机械共混及"原位"聚合等方法，使 SWNTs 有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS 及聚氨酯等为基质材料，电导率达 0.2 S/cm、导电临界含量仅为0.06%、电磁屏蔽效果高达 49dB 的复合材料。 本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备（图 2）。通过透射电子显微镜（图 3）及原子力显微镜（图 4）确定了石墨烯的二维平面结构。

本发明属于污染物检测技术领域，涉及一种Fe‑MOF/Fe<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;复合材料及其作为纳米酶在检测马拉硫磷中的应用。将六水合三氯化铁溶液和富马酸溶液混合，得到混合液A，然后进行回流反应，得到Fe‑MOF前驱体；将硫源加入到Fe‑MOF前驱体的乙醇分散液中，超声处理后，密封并进行水热反应，制得Fe‑MOF/Fe<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;复合纳米材料。本发明所提供的制备方法流程简便、原材料价格低廉、资源丰富，合成成本低，且产品性能稳定，适合大批量合成。通过溶液颜色变化可实现对马拉硫磷的可视化检测，具有高灵敏度、低检测限、宽线性响应范围和较好的选择性及稳定性。

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院张芳副教授与美国Texas A&M University张人一教授团队开展合作研究，揭示区域雾霾形成的新机制，与驱动我国雾霾的长期趋势和辐射强迫变化的主要原因。研究显示，近几年，我国虽然重度雾霾发生频率减少，但中/轻度雾霾仍然频频发生，这主要由于在低的SO2浓度和中等相对湿度条件下黑碳（BC）表面的催化氧化反应所引起的颗粒物快速增长所造成。新发现的这种反应机制会增强BC气溶胶对大气的加热和对地表的冷却效应，降低边界层高度，加剧雾霾的发生和发展。但同时，增强的大气加热和地表冷却效应几乎可抵消，因此对大气层顶的总辐射强迫几乎无改变。研究结果表明，近期国家对工业源减排有效的减少了空气中SO2的浓度， 但控制SO2的浓度仅减少重度雾霾的发生频率，不会根本消除重度雾霾的发生与减少轻/中度雾霾发生的频率。指出需同时控制一次排放的黑碳以及其他污染气态物（NOx和NH3等）。 该成果第一作者为北京师范大学全球院张芳副教授。参加研究的其他团队还包括中科院大气物理研究所孙业乐研究员团队等。本研究得到国家自然科学基金和科技部国家重点研发计划资助。成果于北京时间2月10日发表在美国著名科学期刊《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，缩写PNAS）上。 由于一系列强有效的减排措施，自2013年以来我国重度雾霾（日均PM2.5>200 μg m-3）发生的频率已明显减少。但研究团队基于长期观测资料的分析显示，过去15年（2004-2018年）轻/中度雾霾（PM2.5=100-200 μg m-3 ）天数平均达到全年的30%（~113天），且近几年并未呈下降趋势（2013和2018年分别达到176和227天），及重度雾霾的时有发生。如何解释这种雾霾的形成与趋势，仍然是我国研究学者所面临的具有挑战性的前沿科学问题。 本研究论文基于长期观测资料及短期强化观测、实验室烟雾箱模拟以及模型计算等多种手段和方法，从中国近几年强减排、强控制的情境下但雾霾仍然频频发生为着重点，针对我国高浓度水平的一次细颗粒物黑碳（Black Carbon, B）和气态前体物，设计并控制不同湿度条件开展了新鲜排放的BC暴露在大气中最常见的气态污染物（SO2,NO2和NH3）中的烟雾箱模拟实验，揭示BC表面催化SO2的氧化反应过程中硫酸盐的形成和增长、化学机理和影响因素。研究团队发现在极低的SO2浓度（几个ppb）和中等相对湿度（40%）下该反应就可快速生成PM2.5中的主要成分硫酸盐。进一步将实验室烟雾箱的结果应用到实际大气中硫酸盐生成的估算中，发现通过这种BC表面的催化反应途径对中/轻度雾霾和重度雾霾期间硫酸盐总量的贡献分别达到了90-100%和30-50%。此外，基于辐射传输模型模拟计算，还发现该反应机制显著增强了BC气溶胶对大气的加热和对地表的冷却效应，而这种反应机制对大气层顶的净辐射强迫的改变却很小。因此，这种新的机制不仅解释和厘清了为何在大力减排SO2的情境下，我国近几年中/轻度雾霾仍然频频发生的原因和化学机理；首次指出BC气溶胶对区域环境产生重要影响，对全球气候辐射强迫的贡献则可能微乎其微。该研究成果对我国及世界发展中国家合理制定减排措施以治理雾霾、改善空气质量及应对气候变化均具有切实有效的理论指引意义。 论文第一作者我校全球院张芳副教授多年来一直从事大气化学、大气物理以及全球气候和区域环境领域相关的研究，基于多种手段和方法（外场观测、烟雾箱实验和模型模拟等）开展大气细颗粒物（气溶胶）及其环境气候效应研究。近几年的研究主要集中在区域大气细颗粒物理化特性、二次转化和形成、老化和混合状态、吸湿核化（CCN）及其环境气候效应。相关成果发表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等领域内权威期刊等近70篇，Google 学术SCI总引1600余次， H-index 指数 19。