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郑南峰:他和他的化学世界

时间:2019-03-22 17:10     来源:学习强国     字体显示:        阅读:{{ pvCount }}次

  一个花洒,在普通大众的眼中,关注点或许是它的品牌、手感、形状等等,然而在年轻的化学家郑南峰眼中,看到的却是它的化学行为。比如,用过一段时间后的花洒出现绿斑,在普通大众看不到的视野下,固体表面正在进行一场“调皮”的化学变化。

 

郑南锋在实验室里。 

  如何操纵不同化学反应,最大限度地得到想要的成分,从源头上避免形成毒副产物,一直是化学家的追求,也是厦门大学化学化工学院教授郑南峰坚持了十多年的研究方向。郑南峰专注于金属纳米材料的表面配位化学的研究。相较于大块单晶表面,金属纳米材料表面积大,化学活性高,常被用作化工过程的催化剂,以降低能耗、提高生产效率。但在分子水平上,这类材料的表面结构相当复杂,导致难以理解它们的一些独特化学性质。郑南峰做的便是通过构筑表面结构均一的、可被表征的模型纳米材料,借助多学科方法和技术,去深入认识其中结构和性能调控的分子本质,并最终将新认识、新机理应用于实际复杂材料的性能调控。

  在这样的研究思路下,郑南峰课题组取得了多项重要科学发现。2010年12月,课题组发现了一种新型纳米材料“钯蓝”,仅有几个原子层的厚度使所合成的超薄钯纳米片拥有绚丽的蓝色,这一发现立即得到了国际国内的广泛关注。面对钯超薄纳米片的创新发现,郑南峰第一个想到的就是它的应用。经过多角度尝试,他们发现,这一材料可直接应用于肿瘤的近红外光热疗,并拥有很高的光热稳定性。钯蓝在水中分散形成均一的蓝色溶液,拥有高表面积和优越催化性能,尺寸可调控在肿瘤的富集程度,优化肿瘤的近红外光热疗效果。

  2014年5月,《科学》杂志发表了郑南峰等研发的一种新型复合纳米材料催化剂。它是“贵贱金属”合体——由很贵的铂金和便宜的铁镍氢氧化物交织而成,尺寸不足5纳米。这个肉眼根本看不到的小东西,却能在清除空气中的有毒气体时发挥大作用。在防毒面具中应用它,可突破现有技术,长效去除一氧化碳;在空气净化器的过滤网中引入它,则可有效去除甲醛。

  2016年1月,郑南峰带领的合作团队巧妙地运用了配位化学的概念,利用表面配位修饰调控金属催化剂的界面电子结构,大幅提高了铂催化剂的催化加氢选择性,拓宽了优化多相金属催化剂性能的实践途径,并为发展绿色高新精细化工产业链提供了新思路。

  2016年5月,《科学》杂志再次报道了郑南峰课题组在单原子分散贵金属催化剂研究方面的新突破,使这些可回收的多相催化剂拥有完美的化学反应选择性。提出了单原子分散钯催化剂的光化学合成新策略,成功制备了负载量高达1.5wt%的Pd1/TiO2催化剂。利用这一策略,可发展高负载、高活性、高稳定性单原子分散贵金属催化剂,有望应用于环境保护、能源和化工等领域,有效地降低固废和其他污染物的排放。

 

  2018年,郑南峰带领的团队在多相催化的金属——载体界面和金属——有机界面效应研究方面取得重要进展。发现了“惰性”载体氧化硅与铜之间存在可以数量级提升酯基加氢催化性能的活性界面,揭示了相关界面效应的分子作用机制,并应用于指导实用铜催化剂的制备;发现钯纳米材料经简单硫醇处理后,生成了表面修饰有硫醇根的富钯硫化物,在分子水平上揭示了对催化活性影响不大、但可大幅提升中间炔半氢化催化选择性的独特电子和表面位阻效应,降低化工毒副产物排放。

  目前,郑南峰已在Science(《科学》)、Nature(《自然》)等国际刊物上发表论文170余篇,他引13000余次,h-指数 66,获18项国家授权发明专利。课题组研究工作“金属纳米材料的表面配位化学”,以金属纳米材料为主要研究对象,从配位化学角度系统地研究了金属纳米晶体、纳米团簇的表界面结构调控及其构——效关系,并将认识应用于实际材料体系的性能优化,取得的创新性成果于2018年获国家自然科学奖二等奖。

  如今,金属纳米材料的表面配位化学研究得到了国际同行的高度认可,在化学、材料、生物医学、能源等多个学科形成了重要影响力,表面配位调控金属纳米结构方法被采用,表面配位制备的金属纳米材料被应用,表面配位调控的特异性催化机理被高度认可,若干表面配位金属纳米催化剂也已得到工业应用。

  以表面配位化学为基础研究主攻方向,郑南峰的材料应用研究正向着环保、化工、健康等多个方向延伸。不忘科研初心,将基础研究化作为应用研究的营养和能量,郑南峰正在他的化学世界里稳步前行。

  来源:学习强国  2019年3月20日

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