一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 分子筛是指具有规则分子级别孔道结构的结晶硅铝酸盐，广泛应用于催化与吸附分离工业过程。对于工业结构革新和绿色环保化工具有十分重要的意义。 我们长期从事分子筛材料的研究和开发工作，目的有多种先进的分子筛材料得以推出。 1应用于甲醇制烯烃反应的分子筛催化材料 我们基于对甲醇制烯烃反应与失活机理的理解，成功设计AlPO-34催化剂。AlPO-34骨架杂质量级的Si可产生痕量Brønsted酸中心，与反应物甲醇作用形成痕量苯基碳正离子进而引发烃池路线实现甲醇制烯烃反应，同时大大降低了甲醇制烯烃二次反应的发生。与工业化催化剂SAPO-34相比，AlPO-34将甲醇制烯烃反应中低碳烯烃收率提高一到两个百分点，稳态寿命提高一倍。根据目前所开车的60万吨MTO装置的经济效益测评,低碳烯烃收率每提高一个百分点,每年的净利润便可提高6000万元（授权发明专利：ZL201110226964.4）。 2分子筛超薄纳米片材料 分子筛超薄纳米片具有短的孔道和较开放的晶穴,在保持分子筛择形效果的同时可以有效降低客体分子的扩散阻力，在催化与吸附分离方面表现出更高的性能，受到广泛的关注。我们使用便宜易得的模板剂与阻隔剂，成功制备了b轴取向的50纳米以下的MFI分子筛纳米片，其生产成本不足目前文献报道的五分之一，产率高达80%，此方法极具工业应用前景。目前，该技术相关的发明专利已提交，处在审查阶段。 3Lewis酸分子筛的规模化制备 我们开辟全新的方法，通过合成后处理技术将Sn、Zr等孤立金属离子引入分子筛骨架，成功制备出一系列Lewis酸分子筛材料，并将其应用在多种催化反应中。其中，Sn-分子筛与Zr-分子筛在环氧化合物开环反应中表现出极其优异的性能，具有工业应用前景（授权发明专利：ZL201410169234.9；ZL201410620863.9）。 4应用于烟气脱硝Fe-分子筛催化剂的直接合成 Fe-分子筛催化剂是新一代烟气脱硝催化剂，其综合性能已经可以与传统V2O5-WO3/TiO2体系相媲美，且避免了使用高毒性组分V2O5所产生的环境污染问题，在欧美发达国家已得到推广应用。我们成功开发原位晶化法，一步直接制备Fe-分子筛，解决了Fe-分子筛制备复杂，重现性差的问题，同时大大降低Fe-分子筛的生产成本，所制备样品在烟气脱硝反应中表现出优于Johnson Matthey产品的性能（CN201410527707.8）。

本发明公开了一种电卡材料及其制备方法。电卡材料由覆盖在 柔性衬底上的BST陶瓷纳米线阵列构成，所述BST陶瓷纳米线阵列中， Ba 和 Sr 的摩尔比为(1～3):1。本发明首次将 BST 陶瓷纳米线阵列用作 电卡材料，通过将 BST 陶瓷纳米线阵列转移到柔性衬底上，充分利用 铁电陶瓷良好的电卡效应和纳米线阵列特殊微结构具有的柔韧性，制 得具有良好柔韧性和理想电卡效应的电卡材料，实现了无机柔性电卡 材料的制备

我们开发成功的新型，高效，低成本的可见光响应型太阳能电池，其发电原理完全不同于现在使用的硅太阳电池，以模拟植物的光合作用作为原理，也区别于现在研究的色素增感型太阳能电池，材料费仅为非晶硅太阳能电池的十分之一，因此也叫做“光合成模拟型太阳能电池”。成功合成了在可见光领域动作的氧化物半导体光催化剂，从根本上解决了可见光响应型光电极材料。这一成果发表于《Nature》杂志，并开发出一系列新型光催化剂，在更宽的可见光领域（至600nm）有反应，已申请了多项发明专利。该成果可解决偏远地区人民的照

本发明公开了一种负极材料，包括包覆有碳层的氧化锌颗粒及 包覆有碳层的铁酸锌颗粒，氧化锌颗粒和铁酸锌颗粒的粒度均小于 5nm，碳层的厚度为 1～2nm，包覆有碳层的氧化锌颗粒及包覆有碳层 的铁酸锌颗粒堆积形成复合微粒，所述复合微粒中氧化锌颗粒及铁酸 锌颗粒的重量比为 0.35～0.4：1，复合微粒的粒度为 100～300nm，包 覆有碳层的氧化锌颗粒及包覆有碳层的铁酸锌颗粒之间形成孔隙。本 发明制备出的碳包覆锌基复合物氧化物空心八面体负极材料比容量 高，倍率性能好，循环稳定性好。

项目背景： AUV 是新一代水下机器人，具有活动范围大、 机动性好、安全、智能化等优点，是完成各种水下任务（民用和 军用等）的重要工具。配备复合材料的 AUV 耐压舱体在满足强度 和稳定性要求下，可增大壳体内部容积，减小壳体重量，增大 AUV 的航程，提高 AUV 的综合性能，因此，进行 AUV 耐压壳体设 计有着重要的意义。 所需技术需求简要描述：1.适用于深海工作深度 2000 米以 上无人潜航壳体的新型耐压复合材料及其成型工艺与产业化制 备技术。2.开发的新型复合材料耐压壳体应具有强度高、模量大、 密度小、尺寸稳定性好、线膨胀系数低、耐海水、耐酸、耐溶剂 腐蚀等特性，外压应不小于 20MPa，内压不小于 80MPa，满足深 海无人潜航器壳体的制造要求，并可进行健康诊断。  对技术提供方的要求:1.可用于 2000 米以上深海作业的无 人潜航器壳体制备材料与制备工艺；具备产业化生产的工艺技术 及量产条件； 2.新型耐压壳体，外压不低于 20MPa、内压不低 于 80MPa，可实现 1500 公里以上，50 小时以上水下连续航行和任务执行。 

成果与项目的背景及主要用途： 泡沫铝材是一种新型的功能材料，一般孔隙率在 45％～98％之间，根据孔隙特点分为开孔与闭孔两种，各国学者早在 40 年代后期就对泡沫金属材料有所研究，但由于发泡工艺与孔的尺寸很难控制，一直未得到发展，直到 80 年代中期以后才取得长足进展，开发出了一些有工业价值的生产工艺。目前，日本与德国在研究、生产与应用泡沫铝材与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝材的研究始于 80 年代后期，并取得了一系列的研究成果，但尚未取得突破性的成就，仍处于起步阶段。 目前，泡沫铝的应用主要有：防火和吸音板、冲击能量吸收材料、建筑板、半导体气体扩散盘、热交换器、电磁屏蔽物等方面。还应用于冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域，应用范围还在不断扩大。 技术原理与工艺流程简介： 本课题采取的是传统的粉末冶金工艺，把铝粉和造孔剂混合后，压制成预制件，在热水中将造孔剂溶解掉，然后在真空炉中对预制件进行真空烧结，就得到了开孔泡沫铝。本试验方法具有以下优点： 1.采用的粉末冶金法可以制备复杂形状的试样，工艺简单容易实现。 2.通过改变工艺参数可以十分容易地控制孔隙率、孔形状及孔的大小。这一点是其它方法难以做到的。 3.采用的造孔剂为尿素、碳酸氢铵，成本低、形状可控且容易去除。 技术水平及专利与获奖情况： 1. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li. Processing of open cell aluminum foams with tailored porous morphology. Scripta Mater 53(2005)781-785.(JCR 工程技术二区，2004 年影响因子 2.112,检索号：952BD.同时被 Ei 检索，检索号：05289206237) 2. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, X.W. Du, J.J Li, H.C.Man. A novel method for making open cell aluminum foams by powder sintering process. Mater lett 59(2005)3333-3336. (JCR 工程技术 三区，2004 年影响因子 1.186) 3. 姜斌，赵乃勤. 泡沫铝的制备方法及应用进展.金属热处理. 30(2005)36-40.（Ei 检索，检索号：05279197817） 应用前景分析及效益预测： 泡沫铝以其独特的结构而具有许多优异的性能，它不仅具有多孔材料所具有的轻质特性，还具有金属所具有的优良的力学性能和热、电等物理性能，如渗透、阻尼、能量吸收、高比表面积、电磁屏蔽等性能。目前，泡沫铝材已经广泛应用于防火装饰材料、冲击能量吸收材料、热交换器等。由粉末冶金法制备的泡沫铝工艺简单，成本低廉，可以制备复杂形状的试样。并且通过改变工艺参数可以容易地控制孔隙率、孔形状及孔的大小，这一点是其它方法难以做到的。所以本方法有推广应用价值。 应用领域： 泡沫铝的应用主要有：防火和吸音板、冲击能量吸收材料、建筑板、半导体扩散器盘、热交换器、电磁屏蔽物等方面。还可广泛应用于冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域。 合作方式及条件：合作开发

针对生物陶瓷、生物医用高分子材料及其复合材料，采用3D打印技术制备符合个性化、结构/强度/降解特性可调节、多组分协同的骨修复植入材料，包括生物陶瓷植入材料和生物陶瓷/高分子复合长效药物缓释植入材料。 生物陶瓷植入材料功能：骨缺损占位支撑；修复各种骨性空隙、空洞及缺损；负重部位骨折、骨缺损修复（在固定器械和材料辅助下）；植入器械表面修饰，提升生物活性。 长效药物缓释植入材料功能：抗感染（感染引起的骨不连；植入金属器械取出后旷置部位感染控制；内固定植入物引起的感染）；协同成骨（小分子药物缓释与生长因子缓释）；病灶清除手术或清创术后的占位支撑，诱导骨再生，原位药物持续缓释化疗（骨结核、骨肿瘤等）。

利用廉价的农作物秸秆提取纤维素进行功能化改造并制备托盘鲜肉食品保 鲜垫，实现货架期延长，维持肉制品良好卖相，有效防止废弃秸秆在焚烧处理时 造成的环境污染，为冷鲜肉向乡镇远距离配送提供了可行性参考。 创新要点 技术产品主要改善鲜肉制品包装形式，延长货架期，维持良好卖相；同时实 现农作物秸秆合理应用，实现其深加工。 

项目以海上风机叶片和大飞机结构材料为研究目标，提出根据环氧树脂和双马来酰 亚胺树脂结构特点，设计并在碳纳米管表面引入带有特征官能团的结构，通过工艺调整 和仪器分析相结合控制特征官能团的数量，制备出质量稳定的多功能碳纳米管改性剂。 然后在不改变碳纤维/环氧树脂或 BMI 复合材料基本成型工艺的条件下，利用此多功能 碳纳米管改性剂提高碳纤维/环氧树脂或 BMI 复合材料的韧性、强度、模量、耐冲刷能 力、耐腐蚀和抗老化性能。 

半导体纳米线是一种独特的准一维纳米材料。它不仅是电荷的最小载体，也是构建新的复杂体系和新概念纳米器件的基元。在该领域中，新现象和新概念层出不穷，推动着材料、物理、化学等交叉学科的发展，并将对未来电子、光电子、通讯等产业产生重大影响。在这一当今最前沿的研究领域中，国际上尤其是发达国家集中了最精锐的研发力量，以期望在纳米器件的实用化方面有所突破，在未来高科技争夺战中，保持领先并居于主导地位。在纳米研究领域，美国政府仅在2005年就投入10亿美元，而日本在同一年的投入约12亿美元。 我国的《国家中长期科技发展规划纲要》中也已经把纳米科技作为基础研究重大研究计划，列入重点支持范围。其中一维功能纳米材料的控制合成、性能调控及应用研究是目前纳米材料研究的世界热点。 张跃教授承担了973、863、重大国际合作、自然科学基金杰出青年基金和面上项目等各类纳米研究方向的课题，通过创新合成方法、优化合成工艺，实现了多种形貌的一维功能纳米材料的可控制备，利用等多种手段对纳米材料的形貌、结构进行了表征，并对其生长机理、力学性能以及光致发光、场发射、导电性等物理性能进行了系统和深入的研究，特别是在碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用领域取得了重要突破，其代表性成果包括： 1.改进了ZnO和掺杂ZnO一维纳米材料的制备方法。采用化学气相沉积法，在较低温条件下，通过不同工艺成功制备了纯ZnO及In、Mn、Sn等掺杂ZnO纳米棒、纳米线、纳米带、纳米电缆、纳米阵列、四针状纳米棒、纳米梳、纳米盘等多种形貌结构的纳米材料，实现了一维ZnO纳米材料较低温度条件下形态和尺度控制生长，产物品质纯净、产率高、质量好，易于工业化生产。制备方法受到国际同行的高度评价，认为是半导体制造领域中氧化物纳米结构集成方法的重大进步，不仅对从事纳米材料研究的科学家，而且对半导体产业意义重大。有关双晶ZnO纳米带的论文发表在国际知名期刊Chemical Physics Letters (2003，375：96-101)上，论文被引用60余次，位列该期刊2003至2007年被引用前50名之内。 2.提出了一维氧化锌纳米材料新的生长机理。首次合成四针状纳米氧化锌材料并揭示了该结构的八面体孪晶核生长的理论模型，该研究结果的论文发表在Chemical Physics Letters (2002,358:83-86)上，被他引更是达到了130 余次。首次发现和论证了一维氧化锌纳米结构中的螺旋位错诱导晶体生长机理，观察到了一维氧化锌纳米材料存在的大量螺旋位错、周期性的位错及生长台阶，发现生长是沿着位错进行，且与其伯格斯矢量的方向一致。 3.原位研究单根ZnO和In-ZnO纳米线的力学行为。利用TEM对单根纳米线加载交变电压使其发生共振，原位测量其本征共振频率，通过计算得出氧化锌纳米线的弯曲模量。氧化锌纳米线可以构建纳米悬臂梁和纳米谐振器，通过氧化锌纳米线构建的纳米秤，测量了黏附在纳米线自由端的纳米颗粒质量。该研究论文发表在英国物理协会的期刊J. Phys.: Condens. Matter( 2006, 18 (15), L179-L184)上，被评为该期刊2006年度的顶级论文(Top paper)，位列其中第九名，是该年度该期刊22篇Top papers研究论文中唯一由中国研究人员完成的成果。 4.合成了多种ZnS准一维纳米材料，并提出了四针状ZnS纳米结构的生长机理，指出其生长过程由立方相形核和六方相孪晶生长机制共同控制。同时率先报道了ZnS四针状纳米材料的光致发光性能，发光波长相对其它ZnS 纳米材料发生蓝移4.8~32.8nm。该研究论文发表在国际著名期刊Nanotechnology (18 (2007) 475603)上，在发表后的第一个季度内，下载量就超过250次，成为该期刊排名前10％的热点文章。 5.碳纳米管及ZnO纳米阵列的实际应用取得了重要突破。采用涂敷和CVD两种方法成功制备了多种大面积碳纳米管阴极，采用水热合成法制备了大面积一维纳米ZnO阵列阴极。首次研究了纳米阴极的强流脉冲发射性能，其中碳纳米管阴极的发射电流密度高达344 A/cm2，ZnO阴极的发射电流密度达到123A/cm2。系列研究成果发表在Carbon、Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊上。研制的多种纳米阴极在线性感应加速器上已经得到成功应用，阴极的发射电流强度及发射电子的均匀性远远高于现有的阴极性能指标。 张跃教授有关纳米材料的研究成果获教育部高等学校科学技术奖（自然科学奖）二等奖1项（2006-052），完成专著1部，另合作出版专著1部，发表论文80 余篇（其中SCI 40余篇、EI 近20 篇），重要成果发表在Appl. Phys. Lett.、Carbon、Advan. Funct. Mater.、 J. Physical Chemistry C、Chemical Physics Letters、J. Phys.: Condens. Matter、J. Physics D: Applied Physics、J. Nanosci. Nanotech.等国际知名期刊上，申报12项发明专利（已授权5项）。发表研究论文中的4 篇代表性论文，已被引用300余次，单篇他引超过130次。