研究意义
材料生成过程中，生长表面与动态微环境共同构成了材料表界面介尺度结构，传统结晶理论由于未深入研究表界面微结构与流场的相互作用，因此不能准确描述表界面动态结构的演化趋势，这限制了材料结构定向合成理论和方法的发展，人们不得不采用试错的方式进行材料开发，导致了研发周期长和成本高等问题。因此，掌握材料表界面动态结构的演化规律，建立材料表界面介尺度模型，是材料科学研究由经验摸索升级为理论指导的关键。
研究目标
以贵金属催化剂为研究对象，通过表界面介尺度科学研究，实现催化剂晶面的设计合成，并掌握反应过程中催化剂晶面和动态微环境的调控规律，指导高性能催化剂的开发，并拓展应用到不同反应过程中。
研究方法
采用原位实验与计算模拟耦合的手段揭示材料表界面介尺度结构控制机制和调控规律。
研究进展
针对材料生长过程调控难题，提出了界面浓度场是材料生长过程的关键控制机制，采用原位电镜验证了动态浓度场对材料结构的实时调控作用，发展了原位实验与计算模拟耦合的材料表界面介尺度科学的研究方法。采用反应速率和传质速率调控界面浓度场，发现了反应-传质对材料结构的普适性调控作用，建立了基于反应-传质调控的材料结构定向合成新方法。应用该方法，与中石化等企业合作，可控规模化制备了不同形貌结构的纳米材料。发表文章95篇，论文引用2000余次；申请中外专利5个和合著中文书1部。获得了国内外学术奖励，包括2019年中国化工学会“科学技术奖基础研究成果一等奖”和2019年日本化学工学会“亚洲杰出科研工作者和工程师奖”。
图1. 反应/扩散协调对碳酸钙形貌的调控作用
目前我们正在开展反应/扩散协调对催化剂颗粒形貌的调控作用。应用反应/扩散这两个动力学因素来调控催化剂形貌，是一个全新的材料形貌调控方法，这种方法摆脱了材料形貌对模板和添加剂的依赖，实现催化剂的绿色可控合成。反应/扩散是一个普适性的问题，我们的下一步工作将在不同体系中挖掘反应/扩散及其协调对结构的调控作用，明确其调控规律，建立反应/扩散协调理论，指导介尺度结构的可控生成。
研究人员：韩永生，李佳研，王凯，黄浩洋，陈云逸，王瑞，张悦，李秋雯，徐润飞
5篇代表作
