1、项目名称：光驱动污染控制催化剂的合成方法学及应用基础研究提名意见：围绕光驱动污染控制应用于大气和水污染净化，结合纳米技术、光(电、材料)化学、催化及环境化学交叉技术领域，设计多级结构纳米催化剂，创新理论和技术，解决太阳光利用率差、电子-空穴复合率高和高浓度污染处理难等关键问题，提高污染物去除效率，推广实际应用。项目历时15年，多项研究成果处于国际领先地位，8篇代表性论文全部发表在环境和化学的顶级刊物，被SCI他引1821次，平均单篇他引228次，单篇最高他引767次，应邀为J. Photochem. Photobiol C和Chem. Sci.等撰写综述，出版Springer 专著 1部，成果
2、被应用于渔业废水、吉林石化化工废水(2015年吉林省科学技术三等奖)和空气净化(2011国际工业博览会高校展区二等奖)，本研究成果获2015年度上海市自然科学一等奖。第一完成人李和兴教授担任Appl. Catal. B副主编和全国光催化专委会副主任，入选Elsevier中国化工领域高被引学者第三名，参与火力发电厂化学废水处理、发电厂水处理、火电厂大气污染物排放标准的制定，并担任全球能源互联网理事，负责能源环保领域。通过该项目研究，发展了纳米催化剂制备、精确组装、定向结构裁剪和表面化学修饰等技术，深化了光驱动污染物控制理论研究，为推动化学、材料和环境学科发展，推广光催化在环境净化中的应用做出了重
3、要贡献。我单位认真审阅了该项目推荐书材料，审查了完成人资格，确认推荐书内容真实有效，相关栏目符合填写要求。推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。项目简介：项目属环境科学与技术领域的理论基础研究。环境净化是当今全球研究热点和难点。光驱动污染控制具有条件温和、易操作、直接利用太阳光、去污普适性好和无二次污染等优点，有望成为新一代高效节能的绿色环保技术。关键是设计高效纳米催化剂、提高光捕获及利用率、减少光生电荷复合率、阐述反应机理及构效关系等。项目针对上述问题开展了（1）光驱动污染控制催化剂合成方法学与组装生长机理研究；（2）光驱动污染控制催化剂结构组成调控及其促进光利用的研究；（3）光驱动污染控制协同
4、效应及其促进电荷分离的研究。主要贡献：(1) 光驱动污染物控制纳米催化剂制备方法学创新：率先将超临界、EISA、醇热醇解和喷雾干燥技术引入催化剂的制备，揭示纳米材料组装生长规律；(2) 光驱动污染物控制催化剂创新：可控调控组成、形貌结构及晶面生长，制备出核壳、纳米管、花球、介孔单晶、特定晶面暴露等多级结构的修饰和非修饰TiO 2及非TiO 2光催化剂，扩大光催化剂范畴，增强光驱动污染物控制使役性能； (3) 光驱动污染物控制理论创新：深化光驱动污染物控制反应机理及构效关系研究，提出多次反射增强光捕获的模型，探索半导体催化剂能级调变与光激发活化机理，实现复合材料及光催化偶合反应体系协同促进光生电
5、荷分离，提高光驱动污染物去除活性。在大量实验及理论研究的基础上，归纳出实现高效高效光驱动污染控制的三条科学规律，并开发了全天候污水净化系统和吸附-光催化复合空气净化器，已实施应用。项目历时15年，研究成果处于国际领先地位。承担国家杰出青年基金和国家自然科学重点基金等一批科研项目；承办了全国光催化和光化学会议、全国环境化学大会和资源化学国际学术研讨会等；获批环境科学和化学上海重点学科、资源化学教育部重点实验室和环境功能材料教育部创新团队，与普林斯顿大学和新加坡国立大学组建教育部国际联合实验室。8篇代表作均发表在环境和化学的顶级刊物上(J. Am. Chem. Soc.5篇、Angew. Chem
6、. Int. Ed.1篇、ES Chem.Asian J. 2010, 5, 36-45; Chem. Mater. 2014, 26, 287-298等)。福州大学王心晨教授在Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5234的综述中详细介绍了我们合成高活性有序介孔金修饰氧化钛的方法及组装机理，充分肯定Au促进光生电荷分离过程及协同效应，是提高光驱动协同降解苯酚和还原Cr(VI) 的重要原因。代表性论文 3（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2325-2331）被黑龙江大学付宏刚教授在Chem. Soc. Rev.（2013 , 42, 9509-9549）
7、系统介绍高度推介，认为该工作深化了溶剂热多醇醇解制备多级结构氧化钛的方法，阐述了材料的组装和生长机理以及多次光反射促进光催化活性的模型，有利于提高光驱动污染物控制效率。代表性论文 4（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14283-14286）已被SCI 他引159次，为ESI高被引用论文。该工作被广泛用于生长机理及透光和导电性解释，同时认为我们的工作为制备超长纳米金属线提供了新思路和技术，有助于发展柔性透明电极以及组装复合型电池器件，提高光驱动污染物控制效率 (Adv. Mater. 2015, 27, 1480-1511；Small 2015, 11, 1232-12
8、52等)。代表性论文 5（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4719-4721，被中科院金属研究所成会明院士和澳大利亚昆士兰大学逯高清院士在Chem. Rev.（2014, 114, 9559-9612）中重点介绍，认为我们深入探究了苄基诱导(001)暴露的TiO 2纳米片自组装，首次发现相邻薄片间苄基 堆积对形成层状结构起关键作用，有序片层堆积导致光子晶体，为类光子晶体的发展提供了实验手段，奠定了理论基础。代表性论文 6（Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1105-1108）被复旦大学赵东元院士在Chem. Mater.（2014 , 2
9、6, 287-298）中详细介绍，高度评价了我们的理论研究，认为清晰阐明了醇热醇解合成(001)面暴露介孔单晶TiO 2中硫酸根结构诱导晶体定向生长机理，解释了光驱动污染物降解性能与纳米催化剂形貌结构和晶面的关系。代表性论文 7（Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 4410-4414）被日本丰田中央研究所的Ryoji Asahi教授在Chem. Rev. (2014, 114, 9824-9852)上大篇幅介绍了超临界制备掺杂TiO 2催化剂的方法， 进一步肯定光驱动降解污染物活性的提高归因于纳米催化剂的高比表面积和缺陷以及修饰剂的强相互作用，有效抑制载流子的复合
10、。代表性论文 8（Appl. Catal., B 2012, 111-112, 334-341）已被SCI 他引158次，为ESI高被引用论文。该工作被美国肯特州立大学Mietek Jaroniec教授和武汉理工大学余家国教授在Chem. Soc. Rev.（2016, 45, 2603）专题介绍，同时在ACS Catal.（2013, 3, 186-191）上也高度评价了我们的工作，认为我们发展了纳米材料制备技术，研制的花状BiOBr 微球具有独特光化学性能，有助于光吸收和光生电荷分离，是实现高效可见光驱动污染物分解的极佳催化剂。项目特色主要表现在：(1) 光驱动污染物控制新型催化剂的设计，
11、包括纳米材料合成方法学创新及催化剂组成和形貌结构的可控调变，(2) 光驱动污染物控制理论探索，包括多级结构纳米催化剂的组装和生长机理，光驱动污染物降解的构效关系阐述，特别是提出了多次反射促进光催化捕获模型，并总结了半导体能带间隙调变规律，（3）协同效应促进光催化的构思和实施，包括设计了复合半导体光催化剂、光催化氧化-还原偶合体系、吸附-光催化复合体系、植物-吸收辅助光催化反应装置、带太阳能电池板的全天候光（电）催化反应器。超临界、醇热醇解、喷雾干燥技术已被国内外多个课题组采用并制备光催化剂，有关多级结构光催化剂的生长机理及光催化反应中光捕获和活化的解释被国内外广泛引用。带太阳能电池板全天候光驱
12、动污水处理系统和吸附-光驱动空气污染净化器已应用于渔业废水、化工废水和室内空气净化，分别获2015年吉林省科学技术三等奖和2011国际工业博览会高校展区二等奖，获环境领域全国优秀博士论文提名奖和光催化优秀青年奖，获批环境科学和化学上海市重点学科、环境功能材料教育部创新团队、资源化学教育部重点实验室，与普林斯顿大学和新加坡国立大学组建教育部国际联合实验室，承办全国光化学与光催化会议、全国环境化学会议、资源化学国际学术研讨会等。李和兴担任环境顶级刊物Appl. Catal. B（IF = 9.446）副主编和全国光催化专委会副主任，入选Elsevier中国化工高被引学者第三名， 参与火力发电厂化学
13、废水处理、发电厂水处理、火电厂大气污染物排放标准的制定，并担任全球能源互联网理事，负责能源环保领域。 该项目研究促进了本学科的发展，体现在光驱动污染控制催化剂的合成方法学创新，光驱动污染控制理论的丰富和发展，特别是纳米结构精准组装机理、光利用与催化耦合效应、多功能协同效应等方面具有重要突破。同时，为低浓度污染物降解和矿化提供了新技术和新理论，促进了环境学科的发展。代表性论文专著目录：1. Li, H.; Bian, Z.; Zhu, J.; Zhang, D.; Li, G.; Huo, Y.; Li, H.; Lu, Y., Mesoporous Titania Spheres with T
14、unable Chamber Structure and Enhanced Photocatalytic Activity. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, (27), 8406-8407. 2. Li, H.; Bian, Z.; Zhu, J.; Huo, Y.; Li, H.; Lu, Y., Mesoporous Au/TiO2 Nanocomposites with Enhanced Photocatalytic Activity. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, (15), 4538-4539.3. Bian, Z.; Zhu,
15、J.; Wang, J.; Xiao, S.; Nuckolls, C.; Li, H., Multitemplates for the Hierarchical Synthesis of Diverse Inorganic Materials. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, (4), 2325-2331. 4. Zhang, D.; Wang, R.; Wen, M.; Weng, D.; Cui, X.; Sun, J.; Li, H.; Lu, Y., Synthesis of Ultralong Copper Nanowires for High-Perfo
16、rmance Transparent Electrodes. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, (35), 14283-14286. 5. Zhu, J.; Wang, J.; Lv, F.; Xiao, S.; Nuckolls, C.; Li, H., Synthesis and Self-Assembly of Photonic Materials from Nanocrystalline Titania Sheets. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, (12), 4719-4721. 6. Bian, Z.; Zhu, J.; Wen,
17、 J.; Cao, F.; Huo, Y.; Qian, X.; Cao, Y.; Shen, M.; Li, H.; Lu, Y., Single-Crystal-like Titania Mesocages. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, (5), 1105-1108. 7. Li, H.; Zhang, X.; Huo, Y.; Zhu, J., Supercritical Preparation of a Highly Active S-Doped TiO2 Photocatalyst for Methylene Blue Mineralizatio
18、n. Environ. Sci. Technol. 2007, 41, (12), 4410-4414. 8. Huo, Y.; Zhang, J.; Miao, M.; Jin, Y. Solvothermal synthesis of flower-like BiOBr microspheres with highly visible-light photocatalytic performances, Appl. Catal., B 2012, 111-112, 334-341.主要完成人情况：姓名：李和兴排名：1行政职务：院长技术职称：教授工作单位：上海电力学院完成单位：上海师范大学对
19、本项目技术创造性贡献：担任本项目负责人，负责项目设计和实施、光电材料合成方法学创新、材料生长和光驱动污染控制反应机理研究、反应器设计及应用开发等，参与能源电力相关环保标准制定。姓名：卞振锋排名：2行政职务：无技术职称：教授工作单位：上海师范大学完成单位：上海师范大学对本项目技术创造性贡献：开展溶剂热多醇醇解及EISA 合成多级结构光驱动污染控制纳米催化剂。评价光驱动去除污染物效率，探索催化剂可控生长机理，阐述光捕获和光电转换机理以及特定结构形貌对光驱动污染控制的促进作用。姓名：朱建排名：3行政职务：无技术职称：教授工作单位：上海师范大学完成单位：上海师范大学对本项目技术创造性贡献：开展超临界和
20、溶剂热多醇醇解技术，合成晶面暴露氧化钛及其复合材料，阐述晶体可控生长及界面组装机理，评价光驱动污染控制效率，阐述光富集和光催化构效关系，开发吸附和光热催化联用空气净化器。姓名：霍宇凝排名：4行政职务：无技术职称：教授工作单位：上海师范大学完成单位：上海师范大学对本项目技术创造性贡献：采用超临界和喷雾干燥等合成修饰型TiO 2及非TiO 2可见光催化剂，评价其在光驱动降解染料污染物反应中的活性和矿化率，同时，设计悬浮型、转盘型以及光催化-膜蒸馏反应器提高光驱动污染控制效率。姓名：张蝶青排名：5行政职务：无技术职称：副教授工作单位：上海师范大学完成单位：上海师范大学对本项目技术创造性贡献：开发微波
21、离子热路线，合成新型结构形貌的光电复合材料，评价光电转换和光驱动氧化去除NOx效率，阐述反应机理、构效关系及多功能材料的协同效应。完成人合作关系说明：完成人李和兴、卞振锋、朱建、霍宇凝和张蝶青同为资源化学教育部重点实验室、资源化学教育部国际合作联合实验室及教育部环境功能材料创新团队成员，已进行长期合作。李和兴为本项目的第一完成人，是本项目7篇代表作的通讯作者，是上海市自然科学一等奖项目“新型光催化剂的合成方法学及其光催化作用的科学问题研究”的第一完成人。卞振锋作为项目骨干参与了整个项目的研究，是本项目2篇代表作的第一作者和2篇代表作的第二作者，参与指导博士和硕士研究生。朱建作为项目骨干参与了整
22、个项目的研究，是本项目1篇代表作的第一作者、2篇代表作的第二作者、2篇代表作的第三作者和1篇代表作的第四作者，参与指导博士和硕士研究生。霍宇凝作为项目骨干参与了整个项目的研究，是本项目1篇代表作的第一作者和通讯作者、1篇代表作的第三作者、2篇代表作的第四作者和1篇代表作的第六作者，参与指导博士和硕士研究生。张蝶青作为项目骨干参与了整个项目的研究，是本项目1篇代表作的第一作者和1篇代表作的第四作者，参与指导博士和硕士研究生。协作承担国家自然科学杰出青年基金、重点基金、国际合作重大项目等，共同完成项目研究内容，作为共同完成人获2015年度上海市自然科学一等奖。知情同意证明：项目代表性论文1、2、4、6的共同通讯作者卢云峰，代表性论文3、5的共同通讯作者Nuckolls, Colin，代表性论文4的共同通讯作者孙静，代表性论文6的共同通讯作者沈美庆等四位论文作者，已经知晓上述论文作为“光驱动污染控制催化剂的合成方法学及应用基础研究” 项目的代表性论文申报 2018年度国家自然科学奖，也已知晓“获奖项目所用论文专著不得再次用于申报国家科技奖、未获奖项目所用论文专著不得连续两年使用” 的有关规定，并在知情同意证明上签字认可。知情同意证明作为提名书附件一并提交国家科学技术奖励工作办公室。
