材料工程研究部

材料工程研究部

材料与环境工程研究部围绕材料与环境工程领域的共性科学问题,研制新型复合材料、环境材料、新能源与战略材料,实现规模生产与工程应用。2021年度研究部承担的国家重点研发计划项目和课题以及中科院重点项目顺利结题。在基础研究和应用领域均获得新突破,发表文章83篇,申请国家发明专利20项,申请国际专利2项。新承担国家重点研发定向支持、中科院B类先导科技专项培育项目以及企业委托等10余项。

基础研究领域,围绕近地面臭氧污染催化分解技术,关注过渡金属氧化物成本低活性高,但受水汽影响且稳定性差的缺点,采用原位拉曼光谱技术,证实了臭氧在氧化锰催化剂表面的分解反应中过氧根的分解和脱附是限速步骤,未脱附过氧根的累积是影响催化剂寿命的主要原因,首次发现过氧根在锰钴尖晶石上累积大大减缓(图1),这是催化剂具有高活性和稳定性的主要原因(Appl. Catal. B: Environ. 2022,303, 120927)。

推广应用领域,获2021年中国环境保护协会环境技术进步一等奖。从源头上解决了涂料类溶剂使用源行业尾气VOCs低浓度、不集中、难有效治理的难题,形成水性涂层材料替代传统溶剂型涂料的系统解决方案,研制成功高性能水性涂料系列产品,涂料溶剂含量降低92%以上,在满足防护性能要求的同时VOCs减排90%以上,完成了时速600公里磁浮车体与内饰的推广应用(图2),并产生了显著的经济效益和社会生态效益。项目成果申请发明专利32项,已授权22项。

此外,稀土高效分离领域形成了钕铁硼油泥料高值利用方案,解决了高油泥料行业共性难题,完成了百公斤实验验证(图3)。硅、锆、铪的碳化物、硼化物和氮化物超高温陶瓷基复合材料制备与陶瓷前驱体合成工艺进一步应用推广,并得到批量化应用。高性能锂离子电池用石墨烯导电剂、高效燃料电池催化剂设计、碳复合耐火材料物相重构、微细粒金矿选冶协同高效分离贵金属工艺、超弹性SiC纳米纤维气凝胶等方面均取得显著成效。

1 锰钴尖晶石催化分解臭氧机理示意图

Fig. 1 Scheme of the O3 catalytic decomposition mechanism over manganese cobalt spinel

2时速600公里磁浮车涂装效果

Fig. 2 Application of 600 km/h maglev paint effect

3钕铁硼高值回收百公斤级试验

Fig. 3 Application of NdFeB high-value recovery for 100 kg scale