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bepaly体育杨志远教授和王德超青年教师在矿物功能纳米材料和多孔液体及其气体捕集与分离领域取得系列进展

发布日期:2023-12-27     作者: 化工学院     浏览数:    分享到:

近期,bepaly体育杨志远教授和王德超副教授团队在“矿物功能纳米材料和多孔液体的先进制备及其气体捕集与分离应用领域取得了系列研究成果,并发表在多个国际知名的TOP期刊上。

(1)成果一:青年教师王德超在多孔液体领域取得重要进展,发表在ACS出版社旗下知名期刊Accounts of Materials Research,并受到了期刊主编专题访谈与ACS美国化学会官方报道

图1 文章主页截图

近日,我校bepaly体育的王德超副教授、杨志远教授与西北工业大学、北京化工大学、西安电子科技大学等单位的研究人员合作在ACS出版社旗下知名期刊Accounts of Materials Research发表述评文章“Porous Liquids Open New Horizons: Synthesis, Applications, and Prospects”,并被遴选为期刊封面论文,还接受了期刊编辑的专题访谈,ACS美国化学会的官微主页对此也进行了专题报道。链接如下,https://mp.weixin.qq.com/s/dSHK96G4QsyvpziiqVSfQg;https://mp.weixin.qq.com/s/oTAa4chSqKdhTU_ax9zREg;https://mp.weixin.qq.com/s/vvafRGAy_xL6Ga-f4JdKeA

文章主要展示了该团队在多孔液体(Porous Liquids,PLs)的创新设计与精准合成方面的最新进展,重点阐述了团队如何将长达20余年研究的另一种类液体材料(无溶剂纳米流体,Solvent-free Nanofluids, SFNs)合成思想成功应用于多孔液体的制备,具体从界面相互作用(如静电作用、酸-碱作用、偶极-偶极/四极作用等)的角度系统阐述了如何定向、可控地合成多孔液体。其次,总结多孔液体在气体吸附与分离、膜分离、重金属离子选择性吸附和萃取脱硫等相关领域的应用潜力。最后,全面概述了多孔液体领域目前面临的挑战、机遇和未来发展方向。论文第一作者为王德超,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为杨志远教授和西北工业大学郑亚萍教授。

图2 文章TOC图,将无溶剂纳米流体的合成思想应用于多孔液体

图3 被遴选为期刊封面论文

图4 王德超教师、杨志远教授接收期刊主编专题访谈与期刊主页特别报道

图5 多个权威媒体对本工作进行了宣传报道

图6 王德超教师、杨志远教授等接收期刊主编专题访谈

文章链接:Dechao Wang*, Yunpan Ying, Yangyang Xin, Peipei Li, Zhiyuan Yang*,and Yaping Zheng*. Porous Liquids Open New Horizons: Synthesis, Applications, and Prospects[J].Accounts of Materials Research, 2023, 4(10): 854-866.https://doi.org/10.1021/accountsmr.3c00106(IF=14.6,入选期刊封面论文)

期刊简介:《Accounts of Materials Research》是上海科技大学与美国化学会出版社合作出版的高水平国际权威期刊(2022年IF为14.6),2020年获“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目”支持,主要发表简明扼要的个人述评和观点文章,关注工程技术和材料科学各领域的研究进展。据悉,本期刊采取以邀稿或者个人提交申请的方式,经过严格的同行评议后,发表某领域知名学者的工作,旨在向读者介绍系统的研究工作以及前瞻性观点。Accounts of Materials Research期刊发展势头强劲,和美国化学会综述期刊Accounts of Chemical Research和Chemical Reviews一起组成新的高影响力综述期刊平台。

(2)成果二:Chemical Engineering Journal:Expanding the gallery of solvent-free nanofluids: Using layered double hydroxides as core nanostructures

2023年1月,杨志远教授联合西北工业大学郑亚萍教授报道了一种将水滑石(LDHs)转化为一种新型的稳定、均匀的LDHs纳米流体(LDH-F)的通用策略。通过共价键将颈冠层接枝在LDHs纳米片(LDH-NS)表面,获得的LDH-F结合了流动性与LDHs纳米片的功能,并通过实验和模拟方法明晰了CO2选择性吸附位点,制备的LDHs基无溶剂纳米流体有望应用于高效碳捕集与选择性分离领域。本文第一作者为西安科技大学在读博士鞠晓茜,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为杨志远教授和郑亚萍教授。

图7 论文首页截图

图8 文章TOC图,无溶剂纳米流体LDH-F的制备和优势

文章链接:Xiaoqian Ju,ZhiyuanYang*,DechaoWang,Xinbo Duan, Yangyang Xin,Hanbo Zhu, Xiaoqian Li,Yinyan Li, Dongdong Yao,and Yaping Zheng*.Expanding the gallery of solvent-free nanofluids: Using layered double hydroxides as core nanostructures[J].Chemical Engineering Journal, 2023, 455: 140797.https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140797(工程技术一区TOP,IF=15.1)

(3)成果三:ACS Applied Materials & Interfaces:Nanoflower-like Layered Double Hydroxides into Solvent-Free Nanofluids for CO2Capture

2023年11月,杨志远教授和王德超副教授报道了一种通过Ostwald反应制备了纳米花状的层状氢氧化物LDHs(NFL)的新型技术,不同于传统LDHs的层状堆叠结构,NFL暴露了大量羟基能够作为接枝有机低聚物的活性位点。丰富的-OH官能团使LDHs接枝更多的有机低聚物,有利于降低黏度和提高接枝效率,最终提高了NFL基无溶剂纳米流体(NFL-F)的分散稳定性、提高CO2捕集容量和CO2/N2分离选择性。本文第一作者为西安科技大学在读博士鞠晓茜,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为杨志远教授和王德超副教授。

图9 无溶剂纳米流体对CO2的吸附位点示意图

图10 文章主页截图

文章链接:Xiaoqian Ju,Zhiyuan Yang*,Jingwen Wang,Baolu Cui,Yangyang Xin,Yaping Zheng,and Dechao Wang*. ConvertingNanoflower-like Layered Double Hydroxides into Solvent-Free Nanofluids for CO2Capture[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2023: 15, 56181-56191.https://doi.org/10.1021/acsami.3c13000(一区TOP,IF=9.5)

(4)成果四:Fuel:Microwave-assisted in-situ growth of Zr-MOP-NH2on the LDH surface for enhancing CO2capacity

2023年10月,杨志远教授与王德超博士利用LDHs表面丰富的羟基将金属有机多面体(Metal-Organic Polyhedra,MOPs)均匀分散在LDHNS表面,进一步利用微波的协同作用,在10 min内获得了粒径均匀、颗粒分散的LDHNS/Zr-MOP-NH2复合材料。实验及理论结果表明,LDHNS/Zr-MOP-NH2具有更高的CO2吸附容量、选择性分离系数、循环稳定性和热稳定性。这是首个将MOP与矿物材料LDHs结合用于CO2捕集的研究,将为矿物功能复合材料应用于气体捕集与分离领域带来新的见解。本文第一作者为西安科技大学在读博士鞠晓茜,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为杨志远教授与王德超副教授。

图11 论文主页截图

图12 文章TOC图,LDHNS/Zr-MOP-NH2的制备及其对CO2的吸附位点

文章链接:Xiaoqian Ju, Zhiyuan Yang*, Xinbo Duan, Jingwen Wang, Yangyang Xin, and Dechao Wang*. Microwave-assisted in-situ growth of Zr-MOP-NH2on the LDH surface for enhancing CO2capacity[J].Fuel, 2024, 358: 130259.https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130259(工程技术一区,IF=7.4)

(5)成果五:Nano Research:A generalizable strategy based on the rule of“like dissolves like”to construct porous liquids with low viscosity for CO2capture

2023年3月,王德超副教授、杨志远教授联合西北工业大学郑亚萍教授联合提出了一种基于“相似相溶”原理制备低黏度III型多孔液体的通用策略。气体吸附-解吸试验表明,P-UiO-66-PLs在CO2/N2选择性分离方面具有巨大潜力。利用模拟计算和测试结果建立了P-UiO-66-PLs的孔结构与孔环境(作用位点)与CO2吸附(收)之间的关系,揭示了孔结构与孔环境(作用位点)与CO2选择性吸附(收)机理。本文通讯作者为王德超副教授和西北工业大学郑亚萍教授。

图13 文章主页截图

图14 文章Scheme图—多孔液体P-UiO-66-PL的制备流程

文章链接:Yangyang Xin, Hailong Ning, Dechao Wang*, XiaoqianLi, Wendi Fan, Xiaoqian Ju, Hongni Wang, Yichi Zhang, Zhiyuan Yang, Dongdong Yao*, and Yaping Zheng*.A generalizable strategy based on the rule of “like dissolves like” to construct porous liquids with low viscosity for CO2capture[J].Nano Research, 2023: 16, 10369-10380.https://doi.org/10.1007/s12274-023-5516-2(中科院一区TOP,IF=10.0,中国科技期刊卓越行动计划—领军期刊

(6)成果六:Separation and Purification Technology:A novel magnetic loading porous liquid absorbent for removal of Cu (II) and Pb (II) from the aqueous solution

2023年6月,王德超副教授联合南通大学杨睿璐副教授提出了一种以负载Fe3O4的空心二氧化硅(HS)为多孔客体的新型功能磁性多孔液体(Fe3O4@HS-PL),并将其成功应用于对水中重金属离子Cu(II)和Pb(II)的吸附。该多孔液体对于水溶液中重金属离子表现出优异的吸附性能,并且具有良好的再生性能。这是将多孔液体用于废水处理的实例,开启了重金属离子新型功能吸附分离材料开发的新时代。本文通讯作者为西安科技大学的王德超副教授。

图15 文章主页截图

图16 文章TOC图,Fe3O4@HS-PL对水中重金属离子Cu(II)和Pb(II)的吸附位点

文章链接:Ruilu Yang*, Qi Zhang, Jian Shi, Yaping Zheng*,Dechao Wang*, Jian Zhang, Siyuan Liu, and Zhuting Fu. A novel magnetic loading porous liquid absorbent for removal of Cu(II) and Pb(II) from the aqueous solution[J].Separation and Purification Technology, 2023, 314: 123605.https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123605(中科院工程技术一区TOP,IF=8.6)

(7)成果七:Applied Materials Today:The new emerging MXene/LDHs nanocomposites: A critical review of synthesis strategies, morphological regulation, and application prospects

2023年8月,王德超博士、杨志远教授在国际知名期刊Applied Materials Today发表综述论文,系统化概述了MXene/LDHs纳米复合材料的创新设计与制备、形貌可控调节及其在吸附、催化、储能等领域的应用。基于LDHs作为一种理想的构筑单元,通过结合其他功能纳米材料的优点,被应用于设计具有优异性能和多功能性的复合材料,总结提炼了MXene/LDHs纳米复合材料面向特定应用领域的发展瓶颈、未来挑战及解决措施,旨在为2D纳米材料研究领域的学者提供创新设计、可控制备、构-效关系分析的科学依据。本文第一作者为西安科技大学在读博士生鞠晓茜,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为杨志远教授和王德超副教授。

图17 文章主页截图

图18 MXene和LDHs的性质及MXene/LDHs纳米复合材料的形貌与应用

文章链接:Xiaoqian Ju,Zhiyuan Yang*, Xinbo Duan,Hanbo Zhu, Baolu Cui,Jingwen Wang, Zhiye Du, Yuxi Liu, Yaping Zheng,and DechaoWang*. The new emerging MXene/LDHs nanocomposites: A critical review of synthesis strategies, morphological regulation, and application prospects[J].Applied Materials Today, 2023, 34: 101908.https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.101908(一区TOP,IF=8.3)

(8)成果八:精细化工:多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展

2023年6月,王德超副教授、杨志远教授在EI期刊《精细化工》发表综述论文《多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展》。综合分析多孔液体对CO2吸附/吸收,CO2催化转化,多孔液体与膜结合对CO2的选择性分离的研究,总结了多孔液体的性能以及优缺点,提出多孔液体在CO2捕集利用方面的未来发展趋势,期望能够为多孔液体对于其他种类气体的捕集或利用提供参考。本文第一作者为西安科技大学在读硕士生汪静雯,第一署名单位为西安科技大学,通讯作者为王德超副教授和杨志远教授。

图19 文章主页截图

图20 多孔液体的发展历程

文章链接:汪静雯,王德超*,辛洋洋,鞠晓茜,蒙蜀黔,都峙烨,李嘉迪,郑亚萍,杨志远*.多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展[J].精细化工.2023,

https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20230021.(EI期刊)

以上工作得到了国家自然科学基金、国家科技重大专项课题、中国航天XXX项目、国土资源部重点实验室重大专项、陕西省科技攻关/重点研发项目、陕西省自然科学基金、西安科技大学高层次人才引进计划项目等项目的资助。分析测试与表征工作得到了西北工业大学测试中心和西安科技大学分析测试中心的大力支持。

通讯作者简介

杨志远,博士(后),博士生导师,二级教授,化学工程学科带头人,化工学院工会主席,校级创新团队“煤炭转化与多联产”工科第一批和第二批第一层次负责人。长期从事气体分离与富集、计算机过程模拟、煤炭精细加工、矿物功能材料等方面的教学和科研工作。

担任《洁净煤技术》杂志编委,国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室委员、中国能源学会会员、美国化学学会会员、“匹兹堡煤科学会议”分会主席等。近年来主持完成国家自然科学基金面上项目1项,国家科技重大专项课题、“973”项目子课题、国家“十一五”科技攻关课题、国土资源部重点实验室重大专项、陕西省科技攻关/重点研发项目等多项国家级/省部级项目。与中国石油集团、陕煤集团、中煤科工集团、陕西能源集团开展了20余项校企合作项目,与西北工业大学、新加坡国立大学等国内外知名科研院所开展交流合作,研究成果获省部级科技进步一等奖1项、二等奖/三等奖等多项。截止目前,公开发表学术论文90余篇,其中SCI、EI收录80余篇;独立出版学术专著1部,授权发明专利5项,实用新型专利20余项和软件著作权3项等。

王德超,博士,山东德州人,化工学院青年教师,化工系教工党支部副书记、系副主任,中国化工学会专业会员和中国化学会会员。2022年博士毕业于西北工业大学,期间受CSC资助在新加坡国立大学(NUS)化工系留学,师从先进多孔材料与膜分离领域的国际知名学者ZHAO Dan教授(团队主页https://blog.nus.edu.sg/dzhao/#.X0cnXvlZkwA),2022年4月入职化工学院。研究方向为多孔液体与无溶剂纳米流体的设计构筑及其气体捕集、分离、转化与膜分离应用,擅长先进多孔材料(MOFs、COFs、MOP等)或二维纳米材料的创新设计制备、利用化学(高分子化学)手段可控调节多孔液体/无溶剂纳米流体表界面性质及孔道特性实现化工生产中应用导向的气体捕集与分离。目前主持国家自然科学基金青年项目、陕西省自然科学基金、西安科技大学高层次人才引进计划项目、企业横向课题等共计4项;主持并结题西工大博士论文创新基金1项,作为科研骨干先后参与面上项目、中国航天XXX项目、国家科技重大专项子课题、新加坡科技局项目等多项国内外横/纵向课题,获得西工大优秀博士毕业生等称号。

近年来(2023年11月统计),共发表SCI论文近50篇,其中以第一/通讯作者(含共同通讯)在AFM、Accounts of Materials Research、Nano Research等期刊发表SCI论文20余篇(一区TOP论文近15篇,ESI高被引2篇,期刊封面论文1篇),参编Wiley出版社专著1部,是多孔液体领域的国内青年领军学者之一。鉴于多孔液体领域形成的研究优势和丰富经验,受Elsevier、Wiley邀请撰写“Porous Liquids”英文论著2部(主编,撰写中),受Green Chemical Engineering期刊主编邀请论文1篇;担任多种期刊客座编辑,担任AM、Small等权威期刊审稿人,受邀在全国多个化工/化学学术会议上做关于多孔液体研究的大会邀请/口头报告。

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