【省重点实验室】黑龙江省CO2资源化利用与能源催化材料重点实验室

发布者:国磊发布时间:2022-02-18浏览次数:10

一、实验室概况

实验室依托哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院所属的“材料科学与工程”一级学科博士学位授权点和“高分子化学与物理”二级学科硕士学位授权点,以及“材料化学”、“无机非金属材料工程”、“高分子材料与工程”和“材料物理”四个本科专业。其中无机非金属材料工程专业为中国工程教育认证专业和国家一流专业,高分子材料与工程专业为国家特色专业、省一流专业、中国工程教育认证申请受理专业,材料化学专业为省一流专业、中国工程教育认证申请受理专业。

实验室在国内较早开展CO2资源化利用和能源催化材料的研究工作。近年,实验室面向“碳达峰”和“碳中和”国家战略发展需求,先后开发了系列晶态多孔基高效光/电催化CO2还原产能催化剂,特别是开发了系列对工业尾气浓度(15%左右)下CO2捕获与原位催化转化材料,明确了低CO2浓度下催化材料对CO2的富集和还原机制,为CO2的资源化利用奠定了研究基础。

实验室以服务“碳达峰”和“碳中和”为目标,针对我省对CO2资源化利用的技术需求,从CO2吸附和转化材料的设计、制备与机制等方面基础研究入手,从解决CO2资源化利用技术瓶颈背后关键科学问题出发,取得了系列创新性研究成果和具有自主知识产权的发明专利成果。实验室先后在国际化学和材料科学领域顶级期刊J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,ACS Energy Lett.,Appl. Catal. B-Environ.,J. Mater. Chem. A等发表高水平论文100余篇,其中高ESI被引论文8篇,授权发明专利20项。通过技术积累,目前实验室正与大唐电力集团合作开发烟炉尾气中CO2吸附与转化关键材料,与肇东天时化工合作开展低浓度CO2捕获与催化材料研究工作,为我省绿色经济的发展提供科技服务。

CO2资源化利用与能源催化实验室研究方向服务于习近平总书记于2020年提出的“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标与愿景,面向《黑龙江省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和省委省政府确定的重点任务,围绕省委建设“六个强省”的中新材料和新能源领域的科学和技术需求。本实验室相关研究方向对上述领域发展与方向决策能够提供科学有效的理论支撑。

二、组织结构

学术委员会主任:兰亚乾 教授  华南师范大学

实验室主任:张凤鸣 教授

三、主要研究方向

实验室坚持科技创新,注重多学科交叉,围绕CO2资源化利用中前沿科学问题,面向国家对“碳达峰”和“碳中和”发展战略需求,结合本省发展实情,专注CO2还原和能源催化材料的设计与开发,形成了四个特色研究方向。

研究方向一:光/电催化低浓度CO2还原产能              

学术带头人:张凤鸣

设计合成高效光/电催化CO2还原催化材料,通过对催化剂结构设计,实现对异相催化体系的表界面和催化活性位点的调控,提高对低浓度CO2催化反应活性和催化选择性,结合原位表征技术和理论计算明确催化反应机理和构效关系。

1)人工光合成CO2还原产能

2)电催化CO2还原产能

3)光电催化CO2还原产能

研究方向二:光热协同催化CO2还原研究                     

学术带头人:燕红

通过结构设计与调控,以及局域等离子共振作用的调节,拓宽催化剂光吸收范围、提高光热效率、调控热电子活性,实现更加高效的光热协同催化CO2还原产能。

1)非贵金属基光热催化CO2还原催化剂研究

2)表面等离子共振光热协同催化CO2还原催化剂研究

研究方向三:氢能绿色制备及大分子化合物降解产能     

学术带头人:胥焕岩

以光能、光伏技术获取的电能为动力,在催化剂的作用下高效将水分解制取氢能;通过催化剂的结构设计与调控,实现在光/电催化下将木质素等生物质、废弃润滑油等大分子转化为动力燃料。

1)光/电催化分解水产氢

2)大分子化合物可控降解产能

研究方向四:催化机理与机器学习优选催化剂               

学术带头人:张桂玲

利用理论计算和分子模拟,研究CO2还原机理;利用全自动化筛选方法,结合机器学习和DFT计算,自动搜索催化剂的各种表面活性位点对CO2及H的吸附能、给出最优结构模型,从而预测具备高反应活性的CO2还原催化剂,并实验合成目标催化材料。

1)CO2还原催化机理研究

2)机器学习预测与遴选晶态多孔框架基光/电催化CO2还原催化

3)机器学习遴选双金属协同催化、串联催化反应模型结构