环境催化是环境科学与催化科学交叉的边缘新兴学科,它是环境化学、环境工程、催化化学、化学工程及材料化学等多学科的交叉与融合,又是环境保护和绿色化学最重要的科学与技术基础,也是催化领域发展最为迅速的学科方向之一。环境问题是人类进入21世纪所面临的重大问题,环境保护在社会与经济可持续发展战略中占有重要的地位,许多技术被应用于环境保护当中,环境催化就是这样一种将环境工程与催化技术相结合的新技术。郑州师范学院“环境催化科研创新团队”就是一支对可持续能源开发与环境净化过程中的关键催化科学与技术开展深入研究的科研创新团队。
作为一个年轻的科研创新团队,“环境催化科研创新团队”无论是团队带头人还是团队成员都具有良好的敬业和合作精神,成员之间分工明确,责任清晰,已形成了以团队带头人为核心,青年骨干为主体的创新群体,富有创新活力和发展潜力。
一、扎实基础,形成扎实团队
团队带头人陈凌霞教授,系郑州师范学院化学化工学院副院长。主要承担的课程有《化工基础》、《精细化工》、《有机分析》、《物理化学实验》等。主编《精细化工》、《科学发展史》。发表论文若干,参与申请专利2项。
作为团队的带头人,陈凌霞教授以其渊博的专业知识、精湛的专业技能、创新的学术思想、超强的团队组织协调与合作能力,像颗磁石般吸引着团队的成员,发挥着极强的团队凝聚作用。团队现已吸纳成员12人,其中教授1人,博士11人。团队通过挖掘骨干、培育重点,凝练研究特色,形成具有核心领军人才、梯队结构合理的科研队伍,并积极培养青年教师的科研兴趣,引导他们深入挖掘各自的研究领域,使他们成为科研创新团队的生力军,保持可持续的学术科研发展后劲。
二、勇于创新,明确研究方向
该团队主要以有机物的催化转化、催化新材料和污染物的分离和净化、光催化及其催化机理理论为基础,所明确研究方向主要集中在以下四点:
1、多相催化加氢和产氢研究。纳米Ru催化剂催化芳香烃选择加氢研究,以石油苯或煤基苯为原料,利用纳米钌基双金属催化剂实现苯选择性加氢生产环己烯,从环己烯出发制备己内酰胺和己二酸。己内酰胺和己二酸是尼龙-6和尼龙-66的单体,广泛应用纺织、汽车、电子等行业,是现代化学工业的基本原料,具有安全、节能、环保、碳原子利用率高等优点。纳米Ru、Co、Fe和Ni催化剂催化硼氢化钠水解产氢研究,氢气的含能为石油的3倍,且氢气燃烧后的产物是水,是最为清洁的能源。硼氢化钠水解制氢技术具有储氢效率高、氢气纯度高、反应启动快、速率容易控制、安全性高、副产物可回收利用等突出的优点近来备受关注。
2、新型可见光催化剂的开发及在能源环境方面的应用。光催化分解水产氢、光催化处理有机废水和光催化还原CO2。重点工作集中在开发新型高效的光催化剂,研究催化机理,提高催化活性和量子转换效率,进而促进光催化技术的产业化,包括铋基半导体复合光催化剂、有机无机杂化多酸光催化剂、具分级结构的仿生光催化材料、镍基材料负载的g-C3N4复合光催化剂和石墨烯基金属卟啉复合材料。
3、钯催化的碳氢活化/串联环化反应。利用钯催化的串联环化反应构建异喹啉-4-酮骨架并研究其反应机理。具体如下:①基于氮原子邻位两个sp2碳参与的钯催化的串联环化反应,构建新型、多样化的异喹啉-4-酮骨架。②基于氮原子邻位两个sp2-sp3碳参与的钯催化的串联环化反应,构建新型、多样化的(3H)-异喹啉-4-酮骨架。③基于氮原子邻位两个sp3碳参与的钯催化的串联环化反应,构建新型、多样化的 (1,3)-二氢异喹啉-4-酮骨架。④对上述钯催化的系列串联环化反应,进行其反应机理的研究,阐明串联反应中影响多步反应的关键因素,揭示氮原子在邻位碳参与碳氢活化/由醛直接羰基化反应中的作用。
4、复合催化杂化膜制备研究及环境分析。①使用溶胶-凝胶法制备纳米催化剂,以络合法为基础,对其合成机理、合成条件、产物性能进行深入研究。②将制备的高性能、低溶损催化剂通过物理、电场方式引入NIPS过程制备纳米PES杂化催化膜。探讨不同掺入形式、加入量对纳米PES杂化膜微孔结构的影响。制备膜孔均匀、孔隙率高、纳米催化剂均匀分布的PES杂化膜。③通过热致相分离法,将制备的催化剂直接通过物理混合至铸膜液中,制备PP杂化催化膜。探讨不同粒度催化剂对热致相分离成膜的影响。④将制备的高性能纳米杂化催化膜应用生活污水处理过程中,将超滤、膜蒸馏和COD氧化过程进行耦合,考察操作时间、压力和温度等操作条件对锂吸附率、产品料液水质的影响。⑤环境污染物分析。
三、团结协作,共创高质量成果
科研团队的建设在追求高品质科研成果的同时也需要进行团队人才的培育,以实现科研成果的不断创新,并为该领域发展提供人才储备。
1、该团队将对可持续能源开发与环境净化过程中的关键催化科学与技术开展深入研究并加强推广应用,进一步凝练学术方向,主要在有机物的催化转化、催化新材料和污染物的分离和净化、光催化及其催化机理理论研究方向,汇聚人才队伍,继续深入研究催化反应过程调控方法、催化剂设计制备方法及其催化动力学机理模型,为能源开发和环境净化的相关产业提供坚实理论和技术支撑。承担和完成国家、省部级和企业合作课题3~5项,发表高水平论文10~15篇,申请发明专利5~6项,争取获得省部级科技成果获奖3~5项,力争申请具有特色的郑州市环境催化研究实验室。
2、培养国家和社会需求,尤其河南省及中原经济区建设所急需的高层次催化学术人才和催化工程技术人才,形成结构合理和创新能力较强的研究队伍。遴选硕士生导师2~4人,培养青年骨干教师2~4人,晋升教授和副教授2~4人,培养具有扎实科研能力的优秀本科毕业生35名,并把这些学生成功输送到国内重点大学进行硕士学位深造。
3、通过创新科技团队的建设,建成郑州市特色的环境催化研发平台,立足中原,为中西部提供催化专业人才、催化技术,为可持续发展的社会需求提供服务、做出贡献。
时代的车轮滚滚向前,团队应当适时调整,抢抓机遇,不断开辟新的研究领域。我们期待通过“环境催化科研创新团队”的不断建设,逐步提高创新效率,提升人才队伍的整体科研实力,建成郑州市特色的环境催化研发平台,立足中原,为中西部提供催化专业人才、促进催化技术创新,为可持续发展的社会需求提供科学技术服务做出自己的一份贡献。