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石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料.石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达530OW/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s),又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Q·cm;比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料.因为它的电阻率极低,电子跑的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄
、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管.

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮.它不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬;作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快.石墨烯在原子尺度上结构非常特殊,必须用相对论量子物理学才能描绘,同时,石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况.石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔切,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定.

石墨烯的微观结构呈现微观的二维结构,二维层状材料因其独特的层内原子连接方式,表现出显着的电子离域行为,由此带来了出众的物理和化学性质.团簇具有确定的原子数与明确的结构,是一类介于原子/分子与纳米晶体之间的凝聚态物质,团簇的亚纳米尺寸使得单分子级别的作用力即可主导其自组装行为,可作为"超级原子"构建全新的亚纳米尺度低维材料体系.团簇电子结构、化学性质与原子/分子有类似性,团簇组装体作为一类"超级分子",其中电子可能被多个团簇所共享,对于高度有序的二维团簇组装体,电子在具有相同化学环境的团簇间的离域行为,可能带来异乎寻常的电子结构和催化性质.基于此,清华大学化学系王训课题组首次报道了一类基于多金属氧簇(POM)的新型类石墨烯材料——"团簇类烯".与以往二维材料体系以原子 、分子为结构基元不同,该团簇类烯以亚纳米尺度的团簇为结构基元,构筑了一类新型的亚纳米二维材料体系.团簇类烯对于烯烃催化环氧化反应,在催化活性和稳定性方面均显示出极大的提升,其转换频率(TOF)是未组装团簇基元的76.5倍.离散傅里叶变换(DFT)计算结果显示,团簇间的电子离域行为有效的降低了材料参与氧化还原反应的活化能,从而造成了催化活性的显着提升.13种不同元素取代的Keggin型团簇均可用于团簇类烯的构建.本研究揭示了团簇类烯材料独特的电子结构
、出众的催化性质和良好的结构普适性,有望启发基于团簇的新材料的设计与合成.

石墨烯和强激光组合打开了极高能离子加速的大门,对激光驱动的离子加速的研究是为了开发一种紧凑和高效的基于等离子体的加速器,它适用于癌症治疗、核聚变和高能物理.大阪大学的研究人员与日本国家量子科学技术研究所(QST) 、神户大学和台湾中央大学的研究人员合作,报告了在日本QST的关西光子科学研究所用超强的J-KAREN激光器照射世界上ZUI薄和ZUI强的石墨烯靶材而直接进行高能离子加速.他们的研究结果发表在《Springer Nature》的《科学报告》上.

在激光离子加速理论中,更薄的靶材需要更高的离子能量.然而,由于强激光的噪声成分在到达激光脉冲的主峰之前就破坏了目标,所以一直很难直接用极薄的靶体来加速离子.在这种状况下有必要使用等离子体反射镜,它可以消除噪声成分,以实现强激光的有效离子加速.

(a) 实验示意图.通过用超强的J-KAREN激光照射大面积的悬浮石墨烯目标(LSG),产生高能离子.(b)和(c)分别显示了石墨烯的拉曼光谱和显微镜图像.(d)和(e)分别显示了使用固态路径跟踪器和汤姆逊抛物线光谱仪(TPS)的堆栈检测器的示意图.(g)和(f)分别显示了TPS和堆栈的典型数据.

因此,研究人员开发了大面积悬浮石墨烯(LSG)作为激光离子加速的目标.石墨烯被称为世界上ZUI薄和ZUI强的二维材料,它适合于激光驱动的离子源.原子级薄的石墨烯是透明的,高度导电和导热,而且重量轻,同时也是最强的材料,到目前为止,石墨烯已经得到了各种的应用,包括在交通
、医药、电子和能源等方面.同时我们也展示了石墨烯在激光-离子加速领域的另一个颠覆性应用,其中石墨烯的独特功能发挥了不可或缺的作用.

石墨烯的应用

1 、电子信息领域

电子信息领域是石墨烯最重要的应用领域.该领域的产业化决定着石墨烯的真正价值和无可替代性.目前研究热点在石墨烯传感器
、石墨烯柔性电子器件、石墨烯逻辑电路等.

01 、石墨烯传感器

在电子技术中,电信号一般更容易处理.传感器可以将气体
、光、力等各种信号转换成电信号.石墨烯独特的能带结构具有优异的电学性质.石墨烯原子裸露在表面上,其电子态很容易受到外界信号的改变而改变,从而导致电学性质的变化,通过电信号来体现.这种特性使石墨烯在传感器领域能发挥巨大的作用.

02 、 石墨烯柔性电子器件

当下电子设备,尤其是智能手机,未来的发展方向都是是折叠和卷曲.石墨烯作为超薄柔性的二维材料,具有优异的力学性质,同时兼具超高载流子迁移率和透光性,是一种理想的柔性透明导电薄膜材料,可以用作新一代柔性触控屏.

03、 石墨烯逻辑电路

逻辑电路是计算机
、数字控制、自动化等诸多领域的基础,利用二进制运算规则,实现逻辑运算.简单来说,我们需要利用电路的开和关来控制计算机实现不同的功能.计算机运算的快慢决定于电路材料的载流子迁移率.石墨烯具有极高的载流子迁移率,有希望用来制造下一代超快集成电路.

2 、储能领域

01
、 石墨烯锂离子电池

锂离子电池通过锂离子在电池的正负极之间来回移动来实现电能的存储和释放.理论上,石墨烯可以作为活性材料来直接储存锂离子,也可以作为导电材料来辅助电池的性能.实际中,石墨烯直接储存锂离子的能力不能达到实际使用需求.所以更多的是作为导电剂来提高电化学效率.

02、石墨烯超级电容器

超级电容器和锂离子电池一样,也可以储存和释放电能.超级电容器的储存单位电量较少,但可以瞬间提供大量的电量,所以可以满足需要瞬间大功率放电的需求.石墨烯/金属氧化物复合材料利用石墨烯作为金属氧化物的载体,使其在纳米尺度分散,可用于赝电容器中的电极活性材料.导电性 、机械稳定性
、和电化学性能都得到了提高.

03、 石墨烯固态储氢

传统的氢气储运主要通过高压气态法或低温液态法实现,高压气态法对容器质量要求高 、容易造成氢气的泄露,安全性低.低温液态法需要将氢气冷却至-200 以下,成本昂贵,经济性差导致适用范围小.同时这两种方法都必须使用笨重的罐体来承压或保温,造成了巨大的有效质量损失,导致总储氢密度大幅降低.石墨烯界面纳米阀固态储氢材料,以高活性轻金属氢化物为原材料,在不同组分界面建立石墨烯界面纳米阀结构,通过界面纳米阀非催化动力学调控机制实现储氢材料安全
、可控、低温稳定释氢.

3 、复合材料领域

石墨烯是目前力学强度最高的材料,其弹性模量高达1TPa,拉伸强度高达180GPa,被认为是增强材料力学性能的理想添加剂.仅仅较小的石墨烯添加量,材料的韧性
、强度、和刚度等力学性能得到显着的提升.

01  、石墨烯/高分子聚合物复合材料

02、 石墨烯/无机非金属复合材料

无机非金属材料本身已经具有较高的刚性和强度,石墨烯主要起到增韧性或组织裂纹增长的作用.之前的研究主要集中在石墨烯陶瓷复合增强材料和石墨烯碳纤维复合增强材料.现在已经向建筑行业逐渐转变,出现石墨烯增强水泥
、石墨烯增强玻璃等.

实验室面向国家重大需求和国际学术前沿
，以建设材料化学工程领域高水平的科学研究、人才培养和学术交流基地为目标，围绕“用化学工程的理论与方法指导材料制备与加工过程” 、“发展以新材料为基础的化工单元技术与理论 ”的学术思路 ，开展创新性应用基础研究
，致力于解决制约我国过程工业可持续发展的能源
、资源和环境等瓶颈问题，构建化学工程与材料学科交叉研究的平台。

研究方向一：材料结构与传递现象

研究思路是通过分子模拟手段和必要的实验研究 ，在多尺度范围内揭示材料结构、性能与制备的关系
，并对过程设计 、生产加工的流程进行模拟，构建材料化学工程的理论基础 。在研究方向的选择上 ，研究材料的分子设计
，通过模拟和实验研究揭示材料的结构－性能关系，从而实现根据最终产品的性能要求裁剪
、构筑材料的分子结构的目的；通过研究材料微结构传递和反应物质与材料的相互作用规律以及这种作用规律与宏观环境的变化关系 ，描述微结构中的传递现象，建立材料的功能与微结构的定量关系；通过对材料微观/介观尺度下存在的基本规律进行研究
，获得材料制备和应用过程中微观/介观层次的相结构及演变过程和机理，从而提供材料技术应用的理论依据 ，为新材料的制备与应用提供理论基础；对材料制备及应用中所涉及的与流体流动相关的各种宏观现象进行计算流体力学模拟
，为材料制备和应用的工艺流程提供改造设计与创新设计
。拟开展如下研究工作：

1）材料的分子设计研究

运用分子模拟、分子组装等技术开展新材料分子及表面结构设计与构筑研究，包括对微/纳米材料 、无机/有机聚合物基杂化材料等的分子及表面结构进行设计与构筑 ，揭示材料结构－性能的关系
，为材料的制备与应用提供理论基础。主要包括研究微/纳米材料可控制备新技术及相关科学基础理论，从量子
、化学热力学及结晶动力学的角度 ，研究纳米材料的形成机理及微结构控制规律
，建立材料制备加工过程－材料形态结构－材料应用性能之间的关系；研究微/纳米材料的表面修饰与构筑即微/纳米粒子的表面改性、微/纳米粒子表面与表面改性剂相互作用，改善微/纳米粒子表面的可润湿性 ，增强微/纳米粒子在介质中的分散性和相容性
，特别研究具有超亲水 、超疏水表面的微/纳米材料及其具有功能化生长的功能化微/纳米材料；针对有机－无机杂化材料制备与加工，研究无机材料表面改性机理及表面结构控制 ，以及与有机单体原位聚合
、杂化过程机理，通过无机材料的表面设计和表面处理控制无机/聚合物复合材料的界面结构和行为
，得到多种性能优良的多元多尺度复合材料，提高纳米杂化复合高分子材料的加工性能 ，探索其特异的光电等特异性能 。

2）材料界面分子传递现象研究

通过分子模拟技术、密度泛函理论 、逾渗理论等手段
，研究材料微结构传递和反应的物质与材料的相互作用规律、以及这种作用规律与宏观环境的变化关系，描述微结构中的传递行为 ，建立材料功能与微结构的定量关系
，实现面向应用需求来设计材料微结构的目标
。主要包括通过分子模拟从分子层面来研究材料化学工程，如膜科学
、介孔材料、燃料电池产氢等的共性科学问题 ，包括流体在非均一表面和受限条件下的结构与动态性质
，探索微传递与微扩散机理并建立相应的热力学模型；研究纳米尺度多孔材料中的受限行为的研究，多孔材料包括：碳材料（活性炭） ，分子筛
，多孔硅胶，纳米管 ，以及low-k和High-k多孔微电子介电材料等，研究流体物质与固体表面的相互作用
，以及基于分子模拟研究流体混合物在多孔膜中的扩散和渗透，为建立表观理论模型和设计新型功能性材料提供机理上的指导；将材料学的理论与方法引入经典的传质理论中 ，构建膜过程传质结构模型
，建立多孔陶瓷膜的分离性能与其微结构之间的关系模型，建立膜面滤饼形成的动力学模型 ，描述膜分离机理
，实现面向应用过程的膜材料微结构设计的目的。

3）材料的多尺度模拟及耦合研究

由于材料微结构及其演化在空间和时间分布范围很大，需要采用不同尺度下的模拟以获得材料性能的完整表征和正确预测 。通过采用量化计算 、分子模拟以及介观模拟等方法 ，对材料微观/介观尺度下存在的基本规律进行研究
，揭示材料制备和应用过程中微观/介观层次的相结构及演变过程和机理，获得材料在宏观上体现的性能 ，从而提供材料技术应用的理论依据
，为新材料的制备与应用提供理论基础
。同时，针对材料制备及应用过程中所涉及的化学工程“三传一反
”各种宏观现象进行CFD（计算流体力学）模拟 ，为材料制备和应用的工艺流程的改造或创新设计奠定基础。主要包括基于分子模拟研究大尺度分子在不同溶剂中的相行为和自组装，并在统计力学的基础上建立描述聚合物和表面活性剂相行为的状态方程
，研究溶质的存在对表面活性剂相行为和的影响，以及溶质在胶束条件下的传递行为和动力学行为；以CFD技术的理论模型和各种工程应用为研究对象 ，理论模型的研究内容主要是指除CFD技术自带一些通用模型之外的可以运用于特殊使用场合的物理
、化学、数学模型
，如各类反应模型 、气泡流模型
、流化床模型、特殊的传热模型等 。应用研究主要是针对无机非金属材料行业的燃烧系统（如水泥回转窑 、碳酸锶
、碳酸钡、铬盐煅 、磁粉
、玻璃、陶瓷窑炉能的优化设计 、优化操作、节能降耗等；及石油化工加热炉－油气混烧
、重整与催化剂再生等过程自动化控制和最最优调节与操作等
。高分子聚合反应器中聚合速率、粘性特性及反应装置的优化设计。

研究方向二：材料制备的化学工程方法

基本研究思路是利用化学工程学科的理论及方法指导材料的设计与制备，通过对材料生产过程进行系统的化学工程研究 ，同时发展若干重要新材料的设计与制备方法
，奠定新材料产业形成的理论与技术基础 。在研究方向的选择上，依据国家重大需求和本实验室的优势研究方向 ，重点发展生物基高分子材料制备技术
，以缓解大宗原材料和重要化学品生产对矿石资源的高度依赖；重点发展水泥生产的绿色制备技术，提供其循环经济的理论基础；建立面向应用过程的无机膜材料设计方法 ，通过对无机膜材料的功能－结构－制备关系的理论研究
，揭示宏观使用性能与材料微结构的定量关系以及材料的微结构形成机理与控制规律，从而建立面向应用过程的陶瓷膜材料设计与制备的理论框架。拟开展如下研究工作：

1）生物基材料研究

以国家石油替代战略目标为导向 ，研究生物质为原料的大宗高分子基础原材料的制备技术，缓解材料工业对矿石资源过分依赖的局面
。用生物化学的理论揭示生物高分子及单体的合成机理 、生物高分子性能和工艺参数控制的关系。用现代化学工程手段
，解决生物材料制备过程中的若干关键问题，使我国的生物基材料制备技术达到国际先进水平 。主要包括：生物催化剂筛选和改造 ，面向生物材料单体和高聚物制备所需
，开展微生物或酶发现的理论和方法学研究，建立和完善生物催化剂的改造方法学 ，搭建离子束
、激光、化学诱变剂常用诱变技术平台
，能够在更快时间内，开发出性能更好 、更经济的适用生物材料制备的微生物菌种
。建立合理分子设计 ，定向进化改良微生物的方法
，在离子束生物技术与分子生物学结合改造微生物方面形成特色，在变种库构建和高通量筛选方法上实现突破。围绕几个大宗聚合物单体制备所需 ，开展微生物菌种筛选和改造研究
，包括聚乳酸单体L-和D-乳酸；被誉为“21世纪大型纤维”PTT生产的关键单体1,3-丙二醇；聚氨基酸单体L-和D-氨基酸，如L-精氨酸 ，L-丙氨酸及丙酸生产菌种研究 。筛选和改造适用于制备聚谷氨酸
、聚赖氨酸等聚酰胺类生物高分子和威兰胶多糖类高分子用的生物催化剂；生物高分子材料的生物催化过程：研究生物转化生产单体和高聚物的代谢机理，以生物高分子聚谷氨酸合成代谢途径为研究对象
，应用近年来研究相当活跃的同位素示踪分析和代谢工程理论和技术，分析生物代谢途径和网络 ，阐明生物聚合的关键酶和限速步骤
，在此基础上采用分子生物学手段强化代谢中心流，敲除副产物代谢旁路 ，使微生物菌种朝着聚谷氨酸合成的方向进行代谢
，达到超量合成聚谷氨酸的目的
。研究单体和高聚物的生物转化过程中调控和优化问题。拟重点研究丁二酸的高密度发酵，放大生产的影响因素 ，探索生物路线生产丙酸的技术 。研究细胞的固定化技术以提高丙酸生产菌种的稳定性和催化活力
，综合考虑副产物维生素B12的联产和回收问题，实现丙酸生产过程的利益最大化 ，并设计反应与分离耦合装置
，实现丙酸的连续生产；生物高分子材料的催化合成：生物基平台化合物脱水催化工程的应用技术研究，以生物乙烯及生物基丙烯酸为研究体系 ，探索以生物发酵得到的生物小分子为原料，通过化学法脱水制得大宗化学品
，提高催化剂反应选择性及使用寿命，并通过一系列表征手段探索其改性及反应机理；建立完整的工业催化剂性能评价体系 ，并进行生物发酵过程与催化脱水工艺过程耦合一体化研究
，建立中试规模工艺和装备，进而完成对该工艺的技术经济指标评价 ，为工业规模化生产提供工业化装备的设计、制造和优化技术
。

2）无机膜材料研究

我国过程工业中
，资源利用率低 、能源消耗高
、环境污染严重等问题大都与分离过程中的高能耗和低效率有密切关系，而无机膜材料是解决分离过程中这些问题的有效途径之一。对无机膜材料的设计、制备与应用进行系统的研究 ，在理论上建立面向应用过程的膜材料设计与制备的理论框架
，在方法上建立我国膜材料的设计技术平台和指标评价体系，在技术上解决若干对国民经济有重要影响的特种膜材料的微结构控制和膜形成的关键问题 ，使得我国无机膜材料制备技术达到国际先进技术水平
，为我国无机膜领域的跨越式发展和在国家重大工程中的应用提供基础 。主要包括多孔陶瓷膜制备方法与微观结构的关系研究，建立粒子堆积孔径及孔隙率与原料粒子粒径分布之间的关系方程 ，在理论上揭示膜形成过程中孔道的空间结构变化规律，对膜在多孔载体上热处理过程中颗粒的一维受限变化行为与烧结制度间的关系进行研究
，建立多孔载体上薄膜热处理过程中“一维受限烧结机理 ”，对多孔陶瓷膜中物质传递机理和流体力学进行研究 ，研究设计结构更加合理的大型陶瓷膜元件
，基于掺杂理论，从材料学角度对膜表面性质进行剖析 ，研究掺杂对膜材料微结构及表面性质的影响
，关联膜材料微结构及表面性质与掺杂控制条件的关系，从而获得高性能的陶瓷膜材料；致密金属膜的设计制备与氢气分离集成过程研究 ，在前期光催化沉积制备钯膜的专利技术基础上
，研究开发新型超薄金属合金膜制备方法，通过光催化沉积制备完整致密的金属透氢膜 ，研究超薄化金属膜的耐久性；混合导体膜材料的设计 、制备及应用
，研制新的高氧通量
、高稳定性的具有自主知识产权的透氧膜材料、继续开展将CO2热分解和CH4部分氧化制合成气耦合在一个致密透氧膜反应器中的膜反应过程，研究反应过程中膜材料结构的演变规律 ，研制高效 、稳定的二氧化碳分解催化剂、制备支撑体和膜层不同种材料的片式/管式担载型混合导体透氧膜，并建立担载型致密透氧膜透氧机理的数学模型
、制备中空纤维混合导体致密透氧膜
，建立CH4部分氧化制合成气的膜反应器样机、研究膜反应器的设计和管式膜反应器的高温密封材料和技术；有机/陶瓷复合膜的设计 、制备及应用，重点开发高性能复合PDMS/陶瓷透醇膜材料及有机/陶瓷复合透水膜 ，突破复合膜放大制备技术及膜元件
、组件以及成套装置工程化放大过程中的若干关键问题
，预期形成规模化制备改性PDMS/陶瓷透醇膜的制备技术、渗透汽化膜组件的工业设计技术，以及与膜组件相匹配的成套装备 ，建立透水 、透醇膜一体化测试平台；分子筛膜的制备及其在有机物混合体系中的分离研究
，研究支撑体制备技术，分析多孔支撑体微观结构对分子筛晶体成长的影响 ，从而实现对不同种类的膜进行相对应的支撑体设计与制备；研究分子筛晶体生长机理
，建立分子筛膜晶体成长过程与制备控制参数之间的关系；重点研究NaA型分子筛膜的规模制备，并以乙醇/水体系为重点 ，进行NaA分子筛膜渗透汽化工业装置的研制
，达到工业应用的水平
。

3）胶凝材料研究

针对我国水泥生产资源消耗量大但有效利用率低下问题，本方向吸纳化学工程理论 ，通过对水泥制备中机理问题及熟料体系研究，突破传统的硅酸盐水泥熟料矿相体系
，提高水泥熟料胶凝性，改善传统水泥制造工艺。本方向的研究可以在我国建立强度与耐久性兼优的高性能水泥材料新体系 ，实现水泥和水泥基材料的高性能化和生态化 。主要包括对高C3S熟料的C3S最佳含量
、矿物相匹配和掺杂物质的作用进行研究
，制备出高C3S熟料。研究掺杂C3S调制结构，建立与水化活性的关系；研究高C3S熟料、表面活化的天然辅助性胶凝材料和石膏的优化复合来制备高性能水泥 ，并得到转化应用；基于水泥低水灰比的实际应用和高性能化来开展水泥浆体的组成和结构研究
，建立水泥浆体结构模型；针对有害离子侵蚀环境和碱集料反应典型工程应用开展高性能水泥基材料耐久机理研究，建立寿命预测模型 ，提出高耐久水泥基材料的设计原理
。

研究方向三：材料的化学工程应用基本研究

思路是紧密围绕国家中长期科学与技术发展规划
，面向缓解过程工业的资源 、能源和环境瓶颈问题的重大需求，以开发的新型材料为基础 ，研究新型分离技术
、新反应技术以及过程集成技术
，形成具有自主知识产权、对国民经济有重大影响的标志性成果，实现理论研究对国民经济和社会发展的直接贡献。在方向选择上 ，围绕节能减排的具体目标，重点发展以膜材料 、吸附等新材料为基础的新型分离技术；以生物材料
、膜材料、催化材料等新材料为基础的新型反应技术；以新材料为基础的过程集成技术及相关的基础研究
，主要集中在反应－膜分离耦合 、膜催化反应器、微化工反应过程等集成技术的应用基础研究 。拟开展如下研究工作：

1）基于材料的分离过程研究

发展以新材料为基础的新型分离技术，具有节约能源的特征
。本实验室以新材料如膜材料
、新型吸附材料等为基础发展起来的新型分离技术 ，如膜分离、吸附分离等
，在分离过程中一般不产生相的变化，因此具有节约能源的特征 ，发展十分迅速
，成为分离领域的主要发展方向。主要包括基于膜材料，开展膜法污水处理技术研究及工程应用研究 ，在钢铁等行业实现规模应用
，重点研究污水中污染物成分对膜和膜污染过程的影响及机理 、膜的有机和生物污染模型的建立
、性能优越的新型分离膜材料（尤其是抗污染膜）的设计与开发、新型膜组件的开发 、膜组件清洗技术开发等；提出采用透醇膜渗透汽化过程与乙醇发酵过程相耦合的膜生物反应器集成过程，并与透水膜渗透汽化流程相结合 ，形成连续制备无水乙醇的新工艺；膜分离技术与生物质衍生物水相重整制氢耦合研究
，开发出小型生物质制氢装置，推动氢能源的普及应用 ，并有针对性地对膜法氢分离金属膜材料和制氢与膜分离集成过程展开研究，在膜组件装配
、高温密封技术、制氢与膜分离集成方式以及操作工艺等对分离效率及膜的稳定性影响等方面开展工作
，为透氢金属膜的评价和使用提供测试分析平台，为氢能源的工业化应用提供技术和理论基础；基于新型吸附材料 ，对吸附分离过程进行研究
，进一步探明多孔吸附材料微结构和表面化学性质对吸附性能影响规律，针对常规吸附剂无法分离的体系 ，开发出具有自主知识产权 、技术性能国内外领先的新型吸附剂和吸附过程并实现工业化
，为气体能源储存
、大气污染治理等提供技术支撑；面向传统产业提升气体净化技术水平，推广应用新型吸附分离过程 ，推动吸附过程的工业应用 。

2）基于材料的反应过程研究

以新材料为基础的反应技术正在改变着化工与石油化工的面貌
，发展以新材料为基础的反应技术，具有绿色、高效等特征
。本实验室以新材料如生物材料 、膜材料
、催化材料等为基础发展起来的新型反应技术 ，对传统的反应过程的技术进步具有重要的促进作用。主要包括基于生物材料的反应过程研究
，开展丙交酯的开环聚合研究，设计并合成新型开环聚合引发剂/催化剂 ，研究引发剂的结构与功能关系，以期获得高效引发剂
，在较短时间完成丙交酯聚合并达到较高分子量，用一步聚合代替现有的两步法聚合；以发酵得到的丁二酸为原料 ，开展生物可降解材料PBS及其共聚、共混材料的合成研究；基于环境友好催化材料的催化反应过程研究
，通过分析催化过程对催化材料的结构和组成的要求，研究基于新催化剂的催化过程研究 。重点研究ZSM-5 、MCM-22等沸石分子筛催化材料以及以其为活性组分的催化剂 ，SBA-15等介孔分子筛为载体的催化剂
，杂多酸为活性组分的催化剂等；并研究以甲苯择形歧化为代表的择形催化过程，以苯的羟基化为代表的芳烃定向氧化过程 ，以酯化和缩合反应为代表的精细化工过程等；研究可用于清洁燃油生产、化学品绿色合成的固体强酸催化材料催化应用研究
、固体强酸催化烷烃临氢异构化技术的中试研究；基于膜材料
，研究固体氧化物燃料电池及新型动力电池，通过新材料的开发制备及基础研究 ，实现以直接碳氢化合物为燃料的低温固体氧化物燃料电池技术
，千瓦级的管式燃料电池技术；前端聚合反应工程，研究内容包括前端聚合反应的化学反应动力学、化学反应热力学 、化工传递过程规律
。特别研究反应热量的产生和传递等因素及分歧参数对聚合物前端运动形式的影响 ，找出热传递和对流传导对前端不稳定性影响的关键因素以及影响前端聚合反应工艺的诸因素，建立其动力学方程。

3）基于材料的反应分离耦合过程研究

开展以新材料为基础的过程集成技术及相关的基础研究
，可以提高生产效率，使单位产品能耗更低
、资源利用率更高、“三废
”更少 。本实验室主要通过对反应－膜分离耦合 、膜催化反应器
、微化工反应过程等集成技术的研究 ，形成特色与优势研究方向
，服务于国民经济建设
。主要包括反应－膜分离耦合过程，以提高传统反应过程的资源利用率为目标 ，开展反应－膜分离耦合过程的基础与应用研究
，主要研究内容是反应过程与膜分离过程的匹配关系、耦合过程的流体力学 、反应动力学
、耦合过程的模型化、耦合过程中膜结构演变规律以及膜污染与再生 、耦合过程中膜组件的大型化
、标准化设计以及在线清洗技术，预期形成自主知识产权的反应－膜分离耦合技术 ，建立万吨级的反应－膜分离耦合示范装置；微反应过程研究
，利用新型的微反应器开发新的纳米颗粒合成与反应过程新工艺，特别是针对强吸热和防热反应、两相互不相溶体系 、传质控制的反应等开展研究工作 ，以期开发新的快速安全高效的微反应过程
，以新型的节段流形式连续合成纳米无机材料和沸石分子筛，达到连续快速尺寸可控的纳米材料合成新技术。

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