研究方向

1. 烟气脱硝催化剂结构设计与应用    

氮氧化物（NO_x）作为主要的大气环境污染物之一，能够引起酸雨、光化学烟雾和雾霾等问题，严重危害着生态环境和人体健康。目前，选择性催化还原脱硝（SCR）技术是控制NO_x排放的主要手段，非电行业种类多，排放烟气的成分和温度等复杂多变，常规的中温钒基催化剂无法满足其温度窗口。因此，开发满足烟气温度窗口要求并具有良好抗水抗硫抗污染组分的高性能脱硝催化材料具有重要的研究意义。    

针对工业烟气温度低，SO₂、水、尘含量偏高等问题，我们围绕钒基催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、脱硝机制、抗中毒机制等方面的基础研究，提升催化剂酸性位与氧化还原能力，研发高效稳定的低温、超低温钒基脱硝催化剂。针对钒基催化剂具有生物毒性等缺点，我们开展了绿色无毒非钒基（锰基、铁基和铈基等）脱硝催化剂的研发，深入探究催化剂结构与性能之间的构效关系、脱硝反应机制以及抗水抗硫性能的提升策略，设计并开发可完全替代钒基催化剂的新型无毒脱硝催化剂。    

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，与企业合作，利用工业催化剂生产线开展整体式催化剂的制备和成型工艺研究，设计工艺路线，掌握催化剂成型过程中关键制备参数。优化催化剂烘干与煅烧工艺，确保催化剂成品率，实现催化剂工业化生产。    

2. VOCs催化燃烧催化剂结构设计与应用    

挥发性有机气体（VOCs）作为一种主要的大气环境污染物，其排放是导致雾霾、臭氧污染的重要原因。在诸多的VOCs减排技术中，催化燃烧法是净化效率最高、最有效的VOCs减排技术之一。催化燃烧法治理VOCs污染的技术核心是催化剂，低含量贵金属催化剂、非贵金属催化剂、耐硫型催化剂、多污染组分协同处置催化剂等是VOCs催化燃烧催化剂研发的主要方向。    

针对化工、石化、制药、印刷、喷涂等行业排放的多污染、难降解VOCs组分，我们发展了低含量贵金属基、Ce基、Co基等催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制、抗水抗硫中毒作用机制等方面的基础研究，通过构建限域结构、核壳结构、单原子结构等降低贵金属含量，解决催化剂在应用过程中低温活性差、抗水抗硫能力差、易结焦失活等关键科学与技术问题。    

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，将粉体催化剂浆料涂覆在堇青石载体上，深入探究催化剂涂覆工艺对催化性能的影响，通过对催化剂涂覆工艺的设计和优化，获得贵金属含量低、涂层均匀、脱落率低、抗压强度高的整体式催化剂，确定最佳涂覆工艺，并实现催化剂的工业应用。    

3. Cl-VOCs及二噁英催化氧化消除催化剂结构设计与应用    

Cl-VOCs是VOCs中非常重要的一类，通常具有较高的沸点，且难以被降解，对人体及环境均会造成严重影响。催化氧化法是最具有工业应用前景的Cl-VOCs消除方法，但是由于其结构中含有氯，现有Cl-VOCs消除催化剂普遍存在低温活性和稳定性差、催化剂易积氯中毒且存在二次副产物等问题，极大制约了该技术的工业应用。开发出适用于Cl-VOCs催化氧化的高性能催化材料，并探寻合适的反应条件以规避催化剂氯中毒及二次毒副产物的生成具有重要的研究意义。    

针对Cl-VOCs消除催化剂存在的问题，我们重点围绕CoO_x、CeO_x、CuO_x、MnO_x和FeO_x等非贵金属氧化物和Ru基贵金属催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系和Cl-VOCs消除机制的研究，提高催化剂抗氯中毒能力，解决Cl-VOCs低温催化氧化消除反应中的关键科学与技术问题。    

二噁英是Cl-VOCs中的一类，其毒性强，危害大。我们采用二噁英模拟物，开展高性能二噁英催化氧化消除催化剂关键技术研发，通过对催化剂组分的设计和优化，并系统研究整体式催化剂成型工艺，完善催化剂生产方案以实现催化剂的工业生产与应用。    

4. CO催化氧化催化剂结构设计与应用    

CO是一种危害严重的气体污染物，它易燃、易爆、无色无味，能与人体的血红蛋白结合，降低了血红蛋白的输氧能力，严重时可造成人体内缺氧而窒息死亡。CO来源广泛，如机动车、炼钢厂、火力发电厂、矿井中都含有大量的一氧化碳，同时化学工业、机动车尾气的排放等也都产生大量的一氧化碳气体。消除低浓度CO最好的方法是催化氧化法，开发低贵金属含量催化剂及非贵金属催化催化剂是CO催化氧化消除技术发展的重要方向。    

针对矿井救生舱、防毒面具、烟草降害、隧道半封闭空间空气净化、钢铁烧结机尾气净化等常温、低温CO消除技术需求，我们发展了低含量贵金属基及非贵金属基催化剂，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制、抗水中毒作用机制等方面的基础研究，深入分析催化表面活性氧物种对催化性能的影响机制，通过提高活性组分分散性、提高载体与活性组分强相互作用提高催化剂活性，解决催化剂在常温、低温条件下活性差、抗水能力不足等关键科学与技术问题。    

5. 烟气脱硫催化剂结构设计与应用    

还原性工业炉窑尾气、石化行业天然气中含有还原性含硫杂质（羰基硫COS、二硫化碳CS₂、甲硫醇CH₃SH和硫化氢H₂S），这些含硫杂质会造成催化剂中毒，还会腐蚀管道和损害设备。有机硫和H₂S排放到大气中会产生严重恶臭，且不易分解，会对大气环境造成严重的影响。因此，有机硫和H₂S的同步脱除已经成为含能气体净化及制备高级化工原料气必须解决的问题。目前常采用催化水解和催化氧化的方式，将含硫气态污染物转化为单质硫进行净化和回收。    

针对冶炼、化工、石化等行业排放的多组分还原性含硫杂质，我们围绕过渡金属、稀土金属及纳米炭基材料开展了催化剂结构设计、催化剂脱硫构效关系、催化反应动力学和热力学、催化反应机理等方面的基础研究。探究催化剂制备条件对有机硫和H₂S定向同步催化净化性能的影响，提出适合用于有机硫和H₂S定向同步催化净化的催化剂结构特性；基于密度泛函理论深入研究有机硫和H₂S在催化剂表面的催化反应机理，为有效脱除有机硫和H₂S的催化剂的应用奠定理论基础。    

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，结合不同企业对气态含硫污染物的脱除需求，开发出一系列的脱硫催化剂。在中试过程中优化催化剂的生产参数和适用条件，实现催化剂的工业化应用。    

6. 高浓度有机废水湿式催化氧化处理催化剂结构设计与应用    

高浓度有机废水广泛产生于化工、医药、染料、农药和食品等行业，具有成分复杂、无机盐含量高、可生化性差、生物毒性大等特点，其引发的一系列水体污染、生态环境恶化、威胁人体健康等问题日益突出。湿式催化氧化技术是借助催化剂在比较温和的条件下以较高能效将有毒有害的有机污染物去除的高级氧化技术，具有氧化效率高、无二次污染、流程简单、占地面积小等优点，比较适合于农药、印染和医药化工等高浓度有机废水的治理，但催化剂贵金属含量高导致运行费用高，催化剂碳质沉积和活性组分流失导致性能差等问题都直接影响了湿式催化氧化技术的工业化应用。因此，湿式催化氧化的技术核心是高效、稳定和低贵金属含量催化剂制备关键技术的研发。    

针对湿式催化氧化催化剂存在的问题，我们重点围绕Pt、Ru和Pd等贵金属催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制等方面的基础研究，掌握高效、低贵金属含量催化剂的制备工艺。系统分析贵金属催化剂中毒机理以及影响因素，提出湿式催化氧化催化剂的稳定性增强策略，解决贵金属催化剂在应用过程中因碳质沉积和金属流失所导致的催化活性降低等问题。基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，开展催化剂成型工艺及中试放大技术研发，掌握催化剂成型工艺中关键制备参数，实现公斤级催化剂的中试放大生产。    

7. 氨催化分解制氢工艺及催化剂技术开发    

氢能具有热值高（1.4×10⁵ kJ/kg）、清洁、无污染等特点，是我国能源体系的重要组成部分。氢气储存、液化条件苛刻，而氨是优异的储氢载体（17.3 wt%氢含量），具有液化、储存和运输便利等优势。通过氨催化分解制氢，是我国绿色氢能产业发展的重要路径之一。研发温和条件下高效氨催化分解制氢工艺和催化剂是其核心技术。    

根据未来小型加氢站、化工厂等氢气供应特点，针对现有氨催化分解反应温度高、氨分解效率低等问题，我们重点围绕Ru、Fe、Ni基催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制等方面的基础研究，掌握高效、低贵金属含量催化剂的制备工艺。深入探究催化剂制备条件和催化剂结构特点对于氨分解效率的影响规律，利用DFT计算结合原位技术深入研究催化反应机理，为氨分解制氢催化剂技术开发奠定理论基础。    

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，开展催化剂成型工艺及中试放大技术研发，掌握催化剂成型关键技术。将研究成果与氢能产业发展需求相结合，开发出工业用温和条件氨分解制氢催化剂及配套工艺技术，并与企业合作研发出氨催化分解制氢成套设备，完成中试示范应用，推动氨催化分解制氢技术工业化。    

8. 吸收法CO₂捕集催化剂技术开发与应用 

随着全球气候变暖的威胁日益严重，减少温室气体排放，尤其是二氧化碳的排放，已成为全人类共同面临的挑战。二氧化碳捕集技术，尤其是CO₂化学吸收法，是实现大规模CO₂减排和遏制全球气候变化最有效的方法之一。

吸收法CO₂捕集过程中面临最主要的技术问题是吸收剂再生能耗高，采用催化解吸是降低能耗的有效技术途径，催化剂开发是关键。我们将重点围绕金属氧化物类、羟基化金属氧化物类以及分子筛类固体酸催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制等方面的基础研究，掌握高性能固体酸催化剂的制备工艺。深入探究催化剂制备条件和结构对于CO₂吸收、解吸效率，CO₂解吸量、解吸温度以及反应能耗的影响规律，利用DFT计算、原位技术等分析手段深入研究催化反应机理，为吸收法CO₂捕集技术开发奠定理论基础。

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，开展催化剂成型工艺及中试放大技术研究，掌握催化剂成型关键技术。开发出工业用高效低能耗固体酸催化剂制备及配套工艺技术，设计并开发CO₂捕集成套设备，将CO₂捕集技术与CO₂高值化利用技术有机结合，完成中试放大、示范应用及产业化，进一步推动我国低成本CO₂捕集技术工业化，为我国双碳目标的实现做出贡献。

9. CO₂氧化丁烯脱氢制丁二烯催化剂结构设计与应用    

丁烯在我国产能过剩，大部分被用作燃料烧掉，导致碳排放量剧增。同时，CO₂是造成温室效应的主要气体，也是一种未得到有效利用的潜在碳源。将CO₂减排与正丁烯脱氢产业链有机结合，不仅实现了产能过剩正丁烯的资源化利用，同时也将排放的CO₂回收利用，实现了1,3-丁二烯的“绿色化”生产，应用前景非常广阔。    

CO₂氧化丁烯脱氢制丁二烯反应存在的关键科学与技术问题在于如何抑制正丁烯的异构化，同时避免催化剂的积碳失活，须开发出1,3-丁二烯高选择性的催化剂。我们重点围绕Fe、V和Cr基等过渡金属催化剂体系，系统开展催化剂结构设计、构效关系、反应机制、抗积碳机制等方面的基础研究，提出抑制催化剂积碳失活策略，着力提升丁烯转化率和1,3-丁二烯收率。    

基于前期探索获得的催化剂关键制备技术，实验室将粉体催化剂活性组分与成型助剂、结构助剂等混合，考察规整结构催化剂对催化性能的影响，明确规整结构催化剂的成型工艺方案，获得具有自主知识产权的催化剂关键制备技术，为其在工业领域的应用奠定基础。    

10. 路桥建设用化工功能材料制备与应用    

《交通强国建设纲要》提出，到2035年，我国基本建成交通强国，其中尤其强调西部地区补短板，这无疑将进一步助力西部地区交通建设加速发展。路桥建设虽属传统行业，但在建设过程中所使用的新技术、新材料等，对路桥建设质量起至关重要的作用。    

（1）针对现阶段路桥施工过程有碱速凝剂存在的后期强度低、腐蚀环境等缺陷，深入分析无碱无氯速凝剂制备过程铝离子配位作用机制，探索“离子引入工艺”和“离子保护工艺”，掌握工艺路线，提供无碱无氯速凝剂技术方案。    

（2）针对西北地区盐渍土对公路路基造成的溶陷和盐胀危害，采用化学改良法，深入探索有机高分子材料与土颗粒间的化学、整合和吸附等作用机制，固化盐渍土，阻滞盐分迁移，解决路桥施工中盐渍土对路基的危害。    

（3）针对路桥施工过程产生的钻孔废弃泥浆量大、难以处理和影响施工等问题，采用絮凝分离-机械脱水法，深入探索絮凝沉淀过程沉降时间、微观结构、絮凝体宏观形貌、脱水率等絮凝参数的变化，剖析絮凝剂对泥浆的作用机理，为废弃泥浆绿色高效处理提供技术支撑。    

（4）针对甘肃路桥建设急需强度高、价廉、供应量大和供应稳定的改性材料的现状，利用风机叶片轻质、强度高、量大、耐腐蚀的优势，将其作为粉末填料和起加筋作用材料，增强改性沥青混合料的力学强度和耐久性，形成一种路用性能优良、耐久性和排水性好、使用寿命长的风机叶片改性沥青混合料，并在不显著降低沥青混合料性能的条件下，减少材料生产的经济成本。