1 成果简介随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，环境污染、疾病监测、食品安全等民生热点日益受到人们的关注。如何对上述问题进行简单、快速的监控，将一些危害降至最低，保障人民生活和生产，这就需要一种可实时实地检测、操作简便的多应用传感器件。 表面等离子体波（ SPP）传感器是一种基于光学检测的传感器件，被广泛用于药物筛选、食物检测、环境监测和细胞膜模拟等方面。相对于目前常见的化学、电子、力学等传感器，SPP 传感器拥有实时检测、无需标记、对被检测物无损害、探测方法简单等众多优点。为了降低成本、 稳定性能、减小体积，集成型 SPP 传感器件的成为了现今研究热点。然而现有的集成型 SPP 传感器件普遍存在灵敏度低，探测范围小等问题，限制了其应用的推广。 课题组从 2006 年开始合作从事集成型 SPP 传感器件研究，在清国家 973 项目、自然科学基金重点项目、教育部清华大学自主研究项目等项目资助下， 创新性提出一种基于 SPP-介质波导异质垂直耦合器的可集成生化传感芯片，并对传感芯片的传感特性和应用进行了深入研究和探索。芯片的特点和性能如下：可集成，芯片体积小，可与便携设备集成；可批量生产，价格低廉；灵敏度较传统的集成型 SPP 传感器件高出一个数量级；可实现对传感区域的精确或者大范围调节；可实现对纳米量级大小的物质的探测；传感性能稳定，应用领域广泛。上述优点表明该芯片可以工厂大批量生产经营，也可以用于实验室的科研研究，在化学，生物，医学等多 个领域均有应用价值。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的器件。 图 1 (a) 集成型 SPP 传感芯片与一元硬币尺寸对比图 (b) 传感芯片的显微镜照片2 应用说明可集成型 SPP 生化传感芯片在实验室经多次验证，可以实现对折射率液体以及纳米级薄层物质的高灵敏探测，并初步应用于对双酚 a（简称 BPA，一种塑料生长常用原料，每年生产将近 2700 万吨含 BPA 的塑料类物质， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的检测。实验结果表明，该芯片对于 BPA 的探测极限浓度可以达到 0.1ng/ml （欧盟公布食品准则中水含有BPA 的最高浓度为 1ng/ml）。3 效益分析由于目前国内尚无同类产品， 而且此产品在疾病检验，环境监测，药品鉴别等多个领域具有应用价值， 因此本仪器具有较大的市场推广空间。本传感芯片价格低廉，使用简便，对样品无二次污染，性能稳定，甚至对纳米量级的生化小分子探测均具有高灵敏度，相对于其他类型的传感器件， 具有明显的经济和技术优势。

随着纳米颗粒制备技术的日渐成熟，其应用技术也日益受到人们的广泛重视。但由于纳米颗粒粒径小、比表面积和表面能大、颗粒不稳定极易团聚，导致其优异的性能不能充分发挥，因此纳米技术研究中最艰巨的任务之一是使纳米颗粒能够稳定存在且不发生团聚。最常使用的方法是把纳米颗粒分散于介质中，通过静电稳定机理、位阻稳定机理和静电位阻稳定机理等来制备稳定分散的浆料。其中涉及到的核心科学问题为纳米颗粒的表面改性及其浆料稳定性。 项目组根据不同纳米材料表面特性以及应用场合不同，攻克了纳米粉体表面化学改性技术、纳米粉体在溶液中稳定分散技术等关键技术，制得了纳米四氧化三铁、二氧化钛、氧化铟锡、氧化锌、氧化镁、氮化硅、碳化硅等多种分散稳定性优异的水基、乙醇基浆料，其颗粒平均粒径≤100nm，比表面积≥30m2/g，固含量从0.5～20％不等。不同纳米粉体含量浆料静置稳定性从1～30d至1年不等，研究成果为纳米材料的应用奠定了坚实的基础。 应用前景： 纳米四氧化三铁浆料是采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂方法，通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚来制得。平均粒径在20nm左右，具有超顺磁性，浆料Fe3O4固含量在0.5～20％，浆料静置稳定性在1年左右。可应用在磁性密封、生物医药载体、磁保健、磁记录材料、高梯度磁分离器、微波吸收材料以及静电复印显影剂。 纳米二氧化钛浆料作为产品或产品添加剂应用范围很广，主要可应用于抗紫外剂，纳米环保、抗菌、自清洁剂，随角异色效应型纳米涂料，静电屏蔽剂等。 纳米ITO水基浆料加入水性涂料中，经涂敷制得ITO薄膜。由于ITO薄膜具有优良的光电性能，对可见光的透过率达70％以上，对红外光的反射率≥70％，对紫外线的吸收率≥70％，对微波的衰减率≥85％，导电性和加工性能极好，硬度高且耐磨耐蚀，可用作防隔热涂料等。

本项目通过复合改性剂的分子设计和控制有关反应参数，使表面改性后的氧化铝微粉在不同性质或组成的水性介质中有较为理想的相容性和分散稳定性。 特点： 1. 根据不同性质或组成的水性介质，设计和合成复合改性剂； 2. 控制有关反应参数，使氧化铝粉体的表面包覆率和表面改性效果可 控； 3. 剩余反应物、溶剂和复合改性剂均可回收和循环使用，整个氧化铝微粉的表面改性过程闭合循环，清洁环保。 专利 1：一种氧化铝磨料粉体的表面改性方法（20161011250.9） 专利 2：一种高水分散稳定性氧化铝粉体的资源化表面改性方法（201611166922.5）

以2-甲基-6-乙基苯胺（MEA）、甲氧基丙酮、氯乙酰氯和手性催化剂为主要原料，通过缩合、不对称氢化、酰胺化等步骤合成（S）-异丙甲草胺。创新开发出结构新颖的手性双膦配体催化剂，不对称氢化反应S/C达1.12×105，氢化产物 ee%值达91.4%，反应压力由文献报道的4.5-5.5MPa降至3.0MPa，具有活性高、对映体选择性好的优点；开发出无溶剂连续不对称催化氢化技术，将环流反应器与自动化控制技术集成，生产效率高；开发出外消旋阻止技术进行酰胺化，产品ee%值达88.2%；各步反应收率高，总收率达92.7%（以MEA计）。拥有2项中国发明专利授权.

三氟甲基化合物具有良好的化学及生物活性，被广泛应用于医药、化工、染料以及功能材料等领域。在烯烃官能团化的工作基础上，刘心元、谭斌课题组开展了CF3自由基引发非活性烯烃和远程的酰胺α-C-H键的不对称官能化的研究工作。课题组利用氰化亚铜和手性磷酸组成的协同催化体系构建了含有CF3的手性缩醛胺化合物。在温和的反应条件下高效地实现了专一化学选择性、高区域及高立体选择性的非活性烯烃和远程酰胺的α-C-H键的不对称官能团化。

项目的简单概述 本项目根据反应热喷涂的原理，研究开发了反应热喷涂粉末的前驱体碳化-复合技术，在此基础上成功开发了TiC/金属系列陶瓷-金属复合涂层反应热喷涂粉末。该产品技术具有如下特点：(1)所制备的粉末具有包覆结构，结合强度高，流动性好，可以保证喷涂过程中反应组元充分反应、获得优质的TiC/金属反应热喷涂复合涂层；(2)涂层中TiC颗粒细小（普通火焰喷涂≤300nm；等离子喷涂≤500nm），涂层与基体结合强度高；(3)对喷涂条件要求低，既可用于普通火焰喷涂，也可用于等离子喷涂；(4)生产和应用(喷涂)成本低。 项目的最新进展、所达到的水平 已申报2项国家发明专利，可产业化。 项目的关键数据，如性能指标等 ①喷涂方式：普通火焰喷涂或等离子喷涂 ②孔隙率：≤3％(普通火焰喷涂) ③涂层表面硬度：HRA≥90(普通火焰喷涂) ④耐磨性能：普通Ni60涂层的12～18倍(普通火焰喷涂)

乙烯工业是石油化学工业的龙头和核心，乙烯生产装置的核心部分是裂解炉，整个乙烯装 置效益与裂解炉的设计和操作有直接的关系，高水平设计和优化操作裂解炉是乙烯生产装置经 济效益提升的前提。本项目以乙烯裂解炉为例，研究了不同辐射模型对裂解炉流动、传质、传 热和反应的影响，建立准确的辐射模型；在此基础上，研究三维燃烧器的燃烧机理，比较不同 燃烧模型对裂解炉运行状况的影响，建立准确的燃烧模型；在以上模型的基础上，研究了裂解 炉炉膛CFD与炉管裂解反应模型耦合模拟和实验验证；在此基础上，建立基于CFD模拟的区域 法数学模型，研究了其在工业裂解炉中的应用，以提高工业装置的操作运行水平，降低成本和 能耗。

南开大学蓖麻生物航油集成技术，是在“应对气候变化、绿色低碳发展”的前瞻理念下，集成南开十几年蓖麻产业链开发基础及化学化工科研优势，自主研发，现已取得阶段性成果：建立了“生物航油基础研发基地”，突破了催化剂关键技术，打通了工艺流程，产品全项达标，成本在目前所有生物质航油中最低，申请中国发明专利 7 项，列入国家发改委《战略新兴产业重点产品目录》、《国家重点推广的低碳技术项目指南》等，获第四届国家和天津市创新创业大赛奖项，具有拉动千亿元绿色低碳产业链的巨大发展潜力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以动植物油脂或农林废弃物等生物质为原料生产的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用（50%），且不需要对发动机做任何改进。2012 年开始的欧盟航空碳税之争已迫使各国争相开发生物航煤技术来实现航空业的碳减排。生物航煤的研发契合国家十三五发展战略规划，对我国航空业减排、根治雾霾、维护能源安全、以及拉动三农等都有重要作用，是国家大力支持的绿色低碳产业创新增长点，是当前国家急需解决的重大科学难题之一。目前，该项目的技术难题就是核心催化剂脱氧活性不佳、航煤选择性低、稳定性差。 南开大学李伟教授科研团队目前已开发出具有完全自主知识产权的蓖麻航油制备及配套催化剂关键技术，使原料油转化率＞99%，蓖麻生物航油产品收率＞80%；经中石化石科院按国际生物航煤最高标准的 ASTM D7566 和国家喷气 3 号燃料（GB 6537-2006）等指标检测，全项达标。相关研究内容在《Bioresource Technology》发表论文 1 片、申报中国发明专利 7 项、国际发明专利 2 项。相关技术受到国内外高度重视及新闻媒体关注。在第四届中国创新创业大赛中以天津赛区第一名成绩进入全国总决赛，最终以第 6 名荣获“全国优秀团队”称号。

南开大学蓖麻生物航油集成技术，是在“应对气候变化、绿色低 碳发展”的前瞻理念下，集成南开十几年蓖麻产业链开发基础及化学 化工科研优势，自主研发，现已取得阶段性成果：建立了“生物航油基础研发基地”，突破了催化剂关键技术，打通了工艺流程，产品全 项达标，成本在目前所有生物质航油中最低，申请中国发明专利 7 项， 列入国家发改委《战略新兴产业重点产品目录》、《国家重点推广的低 碳技术项目指南》等，获第四届国家和天津市创新创业大赛奖项，具 有拉动千亿元绿色低碳产业链的巨大发展潜力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以动植物油脂或农林废弃物等生 物质为原料生产的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用 （50%），且不需要对发动机做任何改进。2012 年开始的欧盟航空碳 税之争已迫使各国争相开发生物航煤技术来实现航空业的碳减排。生 物航煤的研发契合国家十三五发展战略规划，对我国航空业减排、根 治雾霾、维护能源安全、以及拉动三农等都有重要作用，是国家大力 支持的绿色低碳产业创新增长点，是当前国家急需解决的重大科学难 题之一。目前，该项目的技术难题就是核心催化剂脱氧活性不佳、航 煤选择性低、稳定性差。 南开大学李伟教授科研团队目前已开发出具有完全自主知识产 权的蓖麻航油制备及配套催化剂关键技术，使原料油转化率＞99%， 蓖麻生物航油产品收率＞80%；经中石化石科院按国际生物航煤最高 标准的 ASTM D7566 和国家喷气 3 号燃料（GB 6537-2006）等指标 检测，全项达标。相关研究内容在《Bioresource Technology》发表论 文 1 片、申报中国发明专利 7 项、国际发明专利 2 项。相关技术受到 国内外高度重视及新闻媒体关注。在第四届中国创新创业大赛中以天 津赛区第一名成绩进入全国总决赛，最终以第 6 名荣获“全国优秀团 队”称号。 市场应用前景： 生物航油市场需求巨大，据国际民航组织规定，2020 年中国航空燃油的 30%（约 1200 万吨）要打上“生物质标签”，如果按“50%生 物质航油：50%化石航油”掺混，需要 600 万吨“纯”生物质航油， 总产值达数千亿元。但 2014 年全国生物航油产量不足 100 吨，离规 模化相差甚远。蓖麻航油具备占据 50%市场份额的可能性，按 5 年生 产蓖麻生物航油 300 万吨计算，仅技术转让和催化剂销售利润就可达 5 亿元以上。同时，使用生物航油可降低 50%以上的污染物排放，可 有效减排治霾，维护我们的环境安全。 拟开展合作方式： 现已申请中国发明专利 7 项，拟开展合作方式：建设年产万吨级生物航油 及配套催化剂示范生产装置，采用股权合作或实施许可的方式合作。