高性能催化材料团队
【骨干成员】
王 戈 北京科技大学教授
舒兴田 石油化工科学研究院副总工程师，中国工程院院士
于吉红 吉林大学教授，中国科学院院士
董文钧 北京科技大学教授
高鸿毅 北京科技大学讲师
【研究背景】
环境污染与能源短缺是当今世界面临的两个重大挑战，开发新型催化材料能够推进资源能源的清洁高效利用和传统工业的转型升级，对于提升我国科技创新能力及实现可持续发展具有重要的战略意义。然而当前先合成后检验的方法已经远远不能满足新时期对高效催化材料的迫切需求。材料基因工程理念的提出为催化材料的研发提供了新的研究途径，利用最先进的计算机技术，理论上尽可能多地预测出大量未知的催化材料，结合海量实验数据，建立材料组分、结构、形貌及性能的数据库，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，能够以更短的时间、更低的成本开发具有优异性能催化材料，大大提升我国催化材料的研发水平。
【研究目标】
面向国家对石油化工、新能源与环境领域高效催化材料研发的战略需求，融合高通量计算、高通量合成两大技术实现催化材料的预测与优选，探索多孔催化材料（分子筛、MOFs等）化学组成、微观结构与反应物的吸附构型、电子转移及转化路径的关联机制，揭示催化反应机理；快速创制系列具有关键核心意义的催化材料，筛选高性能催化材料并实现其放大制备、规模化生产与工业示范，提升新型催化材料自主创新能力和核心竞争力，推动我国“材料基因工程”领域的发展。
【主要研究内容】
1. 催化材料的高通量计算与数据挖掘；
2. 催化材料的高通量合成与性能评价；
3. 催化材料的规模化生产的与工业示范；
4. 催化材料的专用数据库。
【重要研究进展】
1. 多孔催化材料的高通量计算及数据库建设
在国际上首次建立了基于限定禁区和电子密度图设计具有特定孔道结构分子筛的理论方法；基于“材料基因工程”的理念开发了高通量预测与筛选新型多孔催化材料的计算机方法，实现分子筛结构102级并发式计算；建立了多孔催化材料的专用数据库，形成分子筛催化材料结构模型20万余条；初步建立了针对分子筛多孔催化材料的高通量计算软件平台；利用计算机数据挖掘技术探索了多孔材料合成参数与结构属性的关联，首次揭示了羟基自由基对分子筛晶化的催化机制；提出了基于模板导向、杂原子取代以及数据挖掘为指导的定向合成途径，特别是建立了将计算化学和组合化学相结合指导定向合成的途径，成功合成出系列新型高效多孔催化材料。
图1 多孔催化材料的高通量计算软件平台编辑界面
2. 多孔催化材料的高通量合成与放大制备
搭建了128批次的高通量水热合成实验装置，利用高通量合成装置开展了高性能分子筛的定向合成；完成容积10升高压釜的放大制备。高性能MTO催化剂的双烯（丙烯和乙烯）选择性大于86%，且催化剂的稳定性也大幅提升；完成了立方米级晶化釜分子筛放大制备；建立了理论预测—实验验证—应用示范全链条的多孔功能材料研发新模式。
图2 分子筛的高通量合成及放大制备
1.发表论文
序号 | 论文名称 | 发表刊物 | 发表 时间 | 收录类别 | 作者 |
1 | Electromigration induced fast L10 ordering phase transition | Appl. Phys. Lett. | 2013.01 | SCI | Chun Feng，Xujing Li，Meiyin Yang |
2 | Smart integration of carbon quantum dots in metal-organic frameworks for
| Energy Storage Materials | 2018.08 | SCI | Xiao Chen, Hongyi Gao, Mu Yang, Liwen Xing, Wenjun Dong, Ang Li, Haiyan Zheng, Ge Wang |
3 | Nanoconfinement effects on thermal properties of nanoporous shapestabilized composite PCMs: A review | Nano Energy | 2018.09 | SCI | Hongyi Gao, Jingjing Wang, Xiao Chen, Ge Wang, Xiubing Huang, Ang Li, Wenjun Dong |
4 | Shape-stabilized phase change materials based on porous supports for | Chemical Engineering Journal | 2018.09 | SCI | Xiubing Huang, Xiao Chen, Ang Li, Dimberu Atinafu, Hongyi Gao, Wenjun Dong, Ge Wang |
5 | Nanoconfinement effects of N-doped hierarchical | Energy Storage Materials | 2018.09 | SCI | Xiao Chen, Hongyi Gao, Liwen Xing, Wenjun Dong, Ang Li, Piao Cheng, Panpan Liu, Ge Wang |
6 | One-pot self-assembly of sisal-like TiO2 on graphene-like carbon sheets via a novel two-phase interface-facilitated route | Journal of Alloys and Compounds | 2018.10 | SCI | Hongyi Gao, Mengyi Jia, Keyi Dong, Liwen Xing, Xiao Chen, Dandan Jia |
7 | Synthesis and characterization of paraffin/metal organic gel derived porous carbon/boron nitride composite phase change materials for thermal energy storage | Eur. J. Inorg. Chem. | 2018.10 | SCI | Dimberu G. Atinafu, Wenjun Dong, Changmin Hou,Jingjing Wang, Xiubing Huang, Jiawei Wang, Hongyi Gao, Ge Wang |
8 | Cu@Cu3P core-shell nanowires attached on Ni foam as high-performance electrocatalyst for hydrogen evolution reaction | Chem. A Eur. J. | 2018.11 | SCI | Haiyan Zheng, Xiubing Huang, Hongyi Gao, Wenjun Dong, Guilong Lu, Ge Wang |
2.授权与申请专利
（1）授权发明专利
序号 | 专利名称 | 专利授权号 | 获准国别 | 完成人 | 类型 | 授权日期 |
1 | 一种超薄二维碳纳米材料的两相界面制备方法 | ZL201610274142.6 | 中国 | 高鸿毅，王戈，王静静，贾丹丹，陈思远，冯世豪，孟飞，刘者唯 | 发明专利 | 2017年12月8日 |
| 2 | 一种哑铃型聚苯乙烯基CuBTC复合催化剂及制备方法 | ZL201410286213.5 | 中国 | 王戈，张晓伟，栾奕，杨穆，郭阳光，杨明，高鸿毅，齐悦，郑楠楠 | 发明专利 | 2017年12月1日 |
| 3 | 一种二维碳膜包覆海胆状二氧化钛复合材料的方法 | ZL201610274318.8 | 中国 | 高鸿毅，王戈，范爽，董诚，贾丹丹，贾梦依，陈晓，余思齐，周佩云 | 发明专利 | 2018年4月17日 |
| 4 | 一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法 | ZL201510097314.2 | 中国 | 王戈，王静静，高鸿毅，汤甲，齐悦，范爽，杨明 | 发明专利 | 2018年2月9日 |
| 5 | 一种精确控制相变芯材在载体孔道内相变行为的方法 | ZL201510291123.X | 中国 | 王戈，王静静，汤甲，金召奎，高鸿毅，谭丽，范爽，范迪文 | 发明专利 | 2018年4月3日 |
| 6 | 微量NiO掺杂的CuO-NiO/SBA-15催化剂及制备方法 | ZL201410341334.5 | 中国 | 王戈，汤银海，杨穆，郭阳光，黄泽亭，张晓伟 | 发明专利 | 2018年6月1日 |
| 7 | 一种适用于宽温域余热余能回收利用的多孔基复合相变材料的制备方法 | ZL201410720490.2 | 中国 | 王戈，齐悦，栾奕，马倩倩，王静静，范爽，侯俊英 | 发明专利 | 2017年12月8日 |
| 8 | 一种微米级SnO方形片的制备方法 | ZL201611141207.6 | 中国 | 王戈，党蕊，王芃， 刘欣，刘丽萍，高鸿毅，董文钧 | 发明专利 | 2018年6月26日 |
（2）申请专利
序号 | 专利名称 | 专利申请号 | 获准国别 | 完成人 | 类型 | 申请日期 |
1 | 一种陶粒负载型中低温SCR脱硝催化剂及其制备方法 | 201711296796.X | 中国 | 王戈，王静静，董文钧，高鸿毅，黄秀兵，王鹏，欧影 | 发明专利 | 2017年12月8日 |
| 2 | 一种荧光相变材料的制备方法 | 201810003365.8 | 中国 | 王戈，陈晓，高鸿毅，杨穆，李昂，郑海燕，董诚，陈思远 | 发明专利 | 2018年1月3日 |
| 3 | 一种液态金属复合相变材料的制备方法 | 201810179572.9 | 中国 | 王戈，陈晓，高鸿毅，董文钧，邢立文，王军勇，陈思远，郑海燕 | 发明专利 | 2018年3月5日 |
| 4 | 一种多孔碳基电热复合相变材料的制备方法 | 201810662634.1 | 中国 | 王戈，李昂，董文钧，董诚，陈晓， | 发明专利 | 2018年6月25日 |
| 5 | 一种基于高通量计算筛选金属有机骨架催化材料的方法 | 201811095676.8 | 中国 | 王戈，海广通，张柯宇，吕军军，王明硕，王丹妮，魏永强 | 发明专利 | 2018年9月19日 |
| 6 | 一种基于高通量流式计算获取金属有机骨架材料电催化性能描述符的方法 | 201910067332.4 | 中国 | 王戈，海广通，高鸿毅，董文钧，薛祥东，冯世豪，李荣洁，陈思远 | 发明专利 | 2019年1月24日 |
3.科研奖励
序号 | 奖项名称 | 颁发单位 | 等级 | 获奖成果名称 | 获奖人 | 获奖时间 |
1 | 国家技术发明奖 | 国务院 | 二等 | 高性能铜铝 | 谢建新，刘新华，吴春京，刘雪峰 | 2014 |