福州大学化学学院/能源与环境光催化国家重点实验室创新团队的研究论文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在国际顶级刊物《Nature Catalysis》在线发表。 氢气由于其能量密度高，燃烧后生成水清洁无污染，是未来能源的理想载体。太阳能光催化分解水制氢气被认为是获取氢能源的理想途径之一。开发高效廉价的光催化剂是光解水技术的核心。近年来，氮化碳光催化剂由于其制备工艺简单，价格低廉，无毒无污染等优点，受到了广泛的关注。 该工作以具有高结晶度的氮化碳光催化剂polytriazine imides（PTI）单晶为模型，研究了其在光催化全解水反应中的活性面。光催化全解水实验表明，PTI的性能与其{10-10}/{0001}晶面的面积比呈近似线性关系，进一步证实了{10-10}晶面是光催化反应的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化剂在全解水中的产氢与产氧速率分别达到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ单色光照下的量子效率达到了８％，高于之前报道的结果。该论文从分子尺度上研究了氮化碳光催化剂的反应活性面，为高性能氮化碳光催化剂的发展提供了重要的研究基础。

非晶态合金是一类原子排列具有长程无序短程有序特点的材料，其具有优良的物理、化学和力学性能，已成为一种技术潜力很大的新型材料。非晶态合金作为催化剂的研究自二十世纪八十年代以来一直是催化学科研究的热点问题之一，大量研究成果见诸于报道，但由于种种原因，其工业化进程一直比较缓慢；南开大学开发出了粉末诱导化学镀法制备负载型非晶态合金催化剂的新方法，进而成功实现了催化剂生产的工业化，并在多个加氢领域中得到应用及试用。如，葡萄糖类加氢，硝基苯类加氢，烯烃，炔烃类加氢，肟基类加氢，腈类加氢等等。与常规的加氢催化剂

新型高熵合金催化剂可以直接代替原有的贵金属催化体系，大大减少催化剂价格及成本，可广泛应用于传统化工催化及新能源电催化领域。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 90%的化工品生产需要高性能催化剂，清洁能源汽车及燃料电池的商业化也离不开高性能催化剂。然而，现有商用催化剂一般为贵金属（价格昂贵）或简单合金（性能及稳定性差），无法实现高效、节能、环保的催化过程及清洁能源利用。 新型高熵合金催化剂可以直接代替原有的贵金属催化体系，大大减少催化剂价格及成本，可广泛应用于传统化工催化及新能源电催化领域。 以化工催化中氨气氧化制硝酸为例，工业界使用贵金属PtPdRh催化剂网格，价格高昂，并且反应温度为900℃。使用纳米分散的高熵合金催化剂（PtPdRhCoCe）,整体贵金属用量减小90%以上，且反应温度降低200℃，可同时实现性能优异及高度稳定。 因此，通过针对不同反应进行高熵合金催化剂的开发，有望代替贵金属催化剂，大大提升反应活性及能源效率及产品产出率等。

开发了多种结构的纳米复合催化材料，用于高性能的电解水制氢电极材料。

L-半胱氨酸（L-CySH）是组成蛋白质的20多种氨基酸中唯一具有还原性基团巯基的氨基酸，为谷胱甘肽的组成成分之一。由于其分子中含有活性的巯基，具有许多重要的生理功能： 可以增强肝功能，用于治疗肝炎、肝硬化与肝昏迷等症状；可以作为解毒剂，解除苯、萘等有毒芳香物质及药物中毒；可用于治疗因原子能辐射、X射线以及其它短光波所引起的放射性障碍和各种白血球减少症；有抗过敏与消除过敏症的作用；可用于蛋白质氨基酸制剂，解毒镇痛剂、疲劳恢复剂、溃疡治疗剂，L-半胱氨酸还是特效的化痰剂；可促进毛发生长和防止食品氧化等。因此L-半胱氨酸已经广泛应用于医药、食品、化妆品以及饲料工业。此外由L-半胱氨酸可以得到多种衍生物，有镇痛、消炎、退烧、止痛以及抑制细菌和肿瘤生长的作用，目前也在得到不断的开发和应用。 国内目前L-半胱氨酸的生产主要依靠人或动物的毛发经酸水解或碱水解提取L-半胱氨酸后，再经过电解还原制得L-半胱氨酸。该方法收率低，能耗高，水解过程产生大量刺激性气体，废酸处理困难，对环境污染严重。随着L-半胱氨酸生产技术的发展，微生物转化法制生产L-半胱氨酸逐渐取代了毛发水解制备L-半胱氨酸。微生物转化法制备工艺以其反应条件温和、专一性强、对环境友好等优点而日益受到重视。本课题组利用自行筛选的高效菌株，通过高密度培养获得大量菌体，可以将底物D,L-2-氨基-Δ2-噻唑啉-4-羧酸（D,L-ATC）转化为L-半胱氨酸，浓度为5.8g /L，转化率92%，半胱氨酸得率78%。

(1)以表面活性剂-高分子复合体系在溶液中形成的软物质团簇为模板，采用普通市售白炽灯为辐射源，在温和条件制备纳米钯催化剂，已获发明专利授权（授权号：ZL 201210262888.7）。 (2)以表面活性剂为模板，采用普通市售白炽灯为辐射源，在温和条件下获得有良好光学性质的钯纳米薄片材料。该制备方法条件温和，制备得到的钯纳米薄片材料，发现在 340nm 附近出现等离子共振吸收峰，发明专利授权（专利号：ZL 201210210613.9）。 (3)以六角相溶致液晶为软模版，分别在避光和可见光的条件下获得纳米 Pd电催化剂，适合用于作电催化剂。此项工作生产周期短，产物均匀性好，易于规模化生产。发明专利授权号：ZL 201210387737.4。 (4)以表面活性剂-高分子复合体系为软模板，利用乙醇为还原剂，采用简易加热方式，首次合成了多面体纳米钯材料。发明专利授权号:ZL 201210403633.8。 (5)采用超声波辐射技术，以表面活性剂-高分子复合体系构筑为软模板，获得一种具有菊花状纳米钯聚集体材料。

南开大学李伟课题组与宜宾天原集团股份有限公司、湖南新晃新中化工有限责任公司合作所开发的具有自主知识产权的新型低汞触媒各项性能指标完全符合低汞触媒行业标准 HG/T4192-2011 要求，工业运行情况稳定，在转化率、选择性及使用寿命上具有优势，且其制备方法创新，制备工艺简单，绿色环保，已通过中国石化联合会组织的技术鉴定，具备向行业内进一步扩大推广优势，在国内处于领先水平。 项目特色： 选择硅烷偶联剂作为表面活性剂以及特殊金属氯化物对煤质炭进行预处理，使活性炭表面羟基官能团转化为其他与特定金属离子有强结合力的官能团，大幅提升活性组分负载牢固度，提高触媒抗积碳能力，同时也有效提高了活性组分的分散性，并有效做到降低汞用量，降低助剂金属用量，增强汞负载稳定性，提高低汞触媒活性及选择性，延长低汞触媒使用寿命。该制备方法简便易行，适合工业化大生产的需求。 市场应用前景： 本项目开发的低汞催化剂反应转化率，选择性均达到 99%以上，使用寿命超过 8000 小时，活性组分氯化汞质量百分含量 6%以下，在万吨级 PVC 工业装备上已装填催化剂 100 余吨，生产出合格产品 10万余吨，创造产值近 7 亿元。该技术催化剂量产投资规模为 5000 万。 基于本技术的产品表观密度可达 40-100Kg/m3，具有质轻、价廉，优良的保温隔热和隔音性能；优良的阻燃性能（可达 A 级或 B1 级）。 本项目社会贡献和经济效益在于优质的保温材料是降低能耗改善大气环境的重要环节，可以为减少城市雾霾作贡献，需求量巨大，经济效益可观。

催化剂是现代化学工业的基石，高效催化体系的构建对于实现化学反应的快速化、专一化和温和反应具有决定性的作用，对于实现绿色化学、节能减排意义重大。本团队在承担了 3 项国家自然科学基金项目（20771046，20903048，21106054）的基础上，针对催化酯化、催化环氧化、催化臭氧化等反应开发了多种不同的体系，包括固体酸、分子筛、离子液体、纳米氧化物、金属配合物等多个类型，其中部分催化环氧化和催化酯化体系已经应用于工业催化。 关键技术、指标及创新点 （1）开发了针对植物油脂的无羧酸环境下催化环氧化的新工艺。先后开发了以铼系配合物、HMS 分子筛、光催化及 SALEN 配合物为代表的催化体系； （2）开发了针对酯化、酯交换反应的非质子酸新催化体系。先后开发了杂多酸、固体酸、离子液体、有机酸和纳米氧化物为代表的催化体系； （3）开发了针对有机物臭氧化降解的新催化体系。先后开发了纳米氧化锌、纳米氧化铈、分子筛和磁性纳米结构为代表的催化体系。 

常见的纳米酶大多数是金属化合物纳米颗粒，其催化活性主要是来自在纳米颗粒表面的金属离子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位点和支持、稳定活性位点的网络环境对于高催化效率同样重要。通过调整活性位点的成分和环境可以实现高的活性和选择性。水凝胶是一类具有良好生物相容性的三维亲水网络材料，其结构可以有效地保护酶分子活性中心，同时提供更好的底物迁移微环境，从而实现有效的催化作用，载酶水凝胶材料已成为生物学研究中的热点。纳米凝胶为水凝胶的纳米粒子，具有类似于宏观水凝胶材料的亲水网络及类似流体的传输特性，其纳米的尺寸可以作为进一步体内生物应用的理想载体。在受限的纳米空间中实现修饰或组装以获得杂化纳米凝胶仍然存在挑战。应对这一挑战，同济大学化学科学与工程学院王启刚团队从仿生的角度出发，设计了一种酶催化的原子转移自由基聚合（ATRPase）和金属配位交联方法成功制备出纳米人工多酶凝胶体系。该体系具有模拟超氧化物歧化酶（SOD-like）和过氧化物酶（POD-like）特性，可以实现肿瘤微环境级联催化的响应成像。日前，相关研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”为题，发表在国际著名学术期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德国应用化学》） 上。同济大学化学科学与工程学院为该文的唯一通讯作者单位，硕士生齐美园为第一作者，王霞副教授和王启刚教授为共同通讯作者。 图1.（a）人工多酶凝胶体系的ATRPase及配位交联制备流程（b）模拟SOD和POD级联酶催化的肿瘤微环境响应的荧光成像机制。研究人员首先在纳米粒子表面修饰酶催化的原子转移自由基聚合的引发剂(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶为催化剂，修饰有双键的赖氨酸（N-acryloyl-L-lysine）为聚合单体，在纳米粒子周围聚合制备得到聚赖氨酸高分子刷，最后通过亚铁配位交联，从而构建出具有多酶活性的人工多酶凝胶体系（如图1所示）。凝胶体系中高分散的Fe离子一方面作为凝胶网络的交联剂，同时作为模拟酶的活性中心。通过模拟SOD和POD酶，先将肿瘤部位高水平的O 2 •− 催化转化为H 2 O 2 ，进一步基于肿瘤部位提升的H 2 O 2 通过级联酶催化反应实现肿瘤微环境响应的安全、高效的肿瘤成像。该人工多酶凝胶体系类似自然的过氧化物酶催化机制不产生羟基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同时，ATRPase方法和金属配位交联技术可进一步实现多种纳米材料体系的制备，用于药物输送和其他生物医学应用。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等经费支持以及中国科学院强磁场科学中心的技术支持。王启刚教授团队多年来一直致力于高分子凝胶固定酶技术及其生物诊疗应用，近5年累计以通讯作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊发表SCI论文50多篇。文献链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf课题组网站：https://qgwang.tongji.edu.cn/