将化学工程基本原理与方法应用于纳米材料制备与组装过程,建立了以材料结构为过程控制和优化目标的开发方法;发展了火焰燃烧、静电自组装、介孔限域反应组装等新技术,开发了多种新颖结构金属氧化物、硫化物和聚合物基复合新材料,提出了基于化学工程原理控制材料结构的新思路;创新性地提出了材料结构控制方法及反应器设计原理,实现了纳米材料制备过程的工业化放大。主持了国家自然科学基金重点、973项目前期研究专项及863计划等项目;第一完成人获省部级科技进步一等奖2项、二等奖1项和自然科学奖二等奖2项;申请中国发明专利53项,其中授权17项;在Adv Mater、Cryst Growth Des、Appl Catal B等国内外期刊发表论文270余篇,SCI收录125篇,EI收录173篇,发表论文被国内外他引1600余次。2001年教育部跨世纪优秀人才,2007年上海领军人才,2008年上海青年科技英才。
Nanomaterials;Structure control;Confined assembly;Process scale-up;Chemical engineering
近年来,纳米材料的合成取得了突破性进展,从单纯的合成和表征发展到在纳米尺度控制材料形态和结构,以及通过组装等方法形成具有特定结构的复合材料体系。本项目主要开展纳米材料制备、结构调控与化学工程基础研究,目标是在开发新颖结构纳米材料的基础上,发展化学工程学科的基本理论和方法,并推进纳米材料的产业化和应用项目设计了气相火焰燃烧合成的多重射流燃烧反应器,借助于流体混合、火焰温度场和停留时间分布控制制备了一维纳米结构、介孔结构以及半球异质结构等新颖纳米材料,提出反应器设计原理和放大准则。揭示了表面传递/反应与晶面生长之间的匹配关系,首次制备了高指数晶面为主导的锐钛型二氧化钛单晶等纳米材料;阐明了固/液界面传递、反应与材料成核生长间的关系,控制制备了金属氧化物和介孔碳等复合材料,在锂离子电池和超级电容器等方面具有良好的应用前景。创新性地提出了反应与传质解耦并强化传质制备主-客体复合材料的方法,实现了树状大分子封装以及介孔孔道组装贵金属、半导体和石墨烯等量子点等,复合体系兼有客体量子点和主体材料的独特性能。提出了弹性体和无机颗粒协同改性聚合物复合材料的思路,发展了多元复合材料的增韧机理及结构控制方法,开发的聚合物复合材料在全国多家企业实现了推广应用,创造了良好的经济和社会效益。申请中国发明专利32项,授权中国发明专利34项。在JCR I-II区期刊发表SCI收录论文75篇,包括Adv. Mater. 1篇,Angew. Chem. Int. Ed. 1篇,Energy Environ. Sci. 2篇,ACS Nano 1篇、Chem. Commun. 12篇,Nanoscale 6篇,J. Mater. Chem. (A) 9篇和Ind. Eng. Chem. Res. 12篇,其中ESI高引论文15篇,ESI热点论文3篇,已被SCI他引2100余次。项目立项以来,承担人作为第一完成人获得了国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖和上海市科技进步一等奖;获得上海市自然科学牡丹奖和全国优秀科技工作者,入选国家百千万人才工程并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。研究团队中1人获得国家优秀青年科学基金资助,2人入选教育部新世纪优秀人才,2人入选上海高校“东方学者”特聘教授,1人入选上海市曙光学者,1人入选上海青年科技启明星计划。指导毕业博士研究生8人,硕士研究生10人。