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上海交通大学环境学院学子夺取第十六届“挑战杯”特等奖

2019/11/14 11:07:26浏览次数:11

第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛终审决赛于11与7日至12日在北京举行。

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以环境学院15级本科生方思远为申报人、16级本科生包宸瑜为合作者的作品—“热-光协同催化高效水制氢的机理研究?#20445;?#19968;路过关斩将,最终成功夺取“挑战杯”特等奖。这也是环境学院历史上首次实现在学生科创类顶级赛事中最高奖的突破,为环境学院建院二十周年精彩献礼。该项目的指导教师为环境学院胡云行讲席教授。

(图一、上海交通大学党委常委、副校长王伟明到展台前参观).jpg

上海交通大学党委常委、副校长王伟明?#35838;?#21442;赛学生

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团市委副书记戴冰,团市委学校部部长徐豪到展台前参观

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学生处处长侯士兵?#35838;?#21442;赛学生

该项目于2018年年底开始培育,由胡云行讲席教授亲自担任该项目指导老师,学院党委书记胡薇薇?#20013;?#20851;注项目的进展,党委副书记陈哲全程负责项目的组织工作。在项目的申报过程中,得到了校领导、科研院、学指委、校团委、化工学院、船建学院、材料学院、创业学院、零号湾等多?#19994;?#20301;的大力支持,数十位专?#20063;?#19982;了项目的指导工作,期间数易其稿,反复修改、打磨申报材料?#31361;?#25253;讲稿。

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近年来,环境学院高度重视学生科技创新工作,注重学生科创能力的培育,学院学生曾经在2016年“创青春”全国大学生创业大赛中斩获银奖,在2018年“创青春”上海市大学生创业大赛中荣获金奖。学院在2019年初正式出台《环境科学与工程学院关于“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等学生双创类竞赛的奖励办法(试行)》,从制度激励层面做好充足保障,形成了全院上下师生高度重视学生双创工作的良好氛围,也为本次参赛项目提供了充分的支撑。

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光解水制氢有望将太阳能直接转化为氢能,被誉为化学界的“圣杯”。TiO2是现阶段研究最为广泛的光解水催化剂,但其只在紫外光区具有响应,但是紫外光在太阳光谱中的能量占比仅为4%,而可见光占比高达46%。如何更充分的利用可见光,是光催化领域的研究热点,也是困扰了人们近半个世纪的难题。

其中一项里程碑式的工作于2011年发表于Science,研究者通过氢化处理引入了中间能态,实?#33267;薚iO2对可见光的吸收。但可见光对于产氢反应?#36127;?#27809;有贡献,无法得以充分利用。

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针对这一奇特现象,胡云行、方思远等提出了一种氧化驱动力补偿理论。研究发现,当紫外光被吸收?#20445;?#30005;子可以直接从价带跃迁到导带,将质子还原,产生氢气,同时牺牲?#33391;?#37255;被氧化,甲醇氧化的氧化驱动力为2.78 eV。当可见光被吸收?#20445;?#30005;子只能从中间能态跃迁,此时提供的氧化驱动力仅为0.88 eV,不足以驱动甲醇氧化半反应的进行。因此,他们认为,氧化驱动力不足是该反应在可见光下无法?#34892;?#36827;行的原因。所以,他们设想,热能的引入可以增?#32771;?#37255;分子的动能,补偿势能驱动力的不足,实现可见光下的高效产氢。并?#28304;?#20026;理论基础,自主设计了实验装置,开展了?#34892;?#30340;实验验证。

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他们将成本低廉的NiOx负载在黑色TiO2上作为催化剂,在可见光照射下,温度260℃?#20445;?#28909;-光协同催化氢气产量较常规热催化提升了2.3倍,实?#33267;?#28909;对光的促进。同?#20445;?#21516;位素示踪实验显示,只加热不加光?#20445;?#20135;氢反应主要是甲醇分解,氢气主要来自于甲醇;当热-光协同催化?#20445;?#27682;气主要来自于水,从分子层面阐释了热-光协同催化的反应机理。他们的最新研究结果还表明,光能可以调节催化剂的表面结构,增加催化活性位点,促进热催化。

他们主要研究结果刊登于催化领域顶级期刊ACS Catalysis,该工作还得到了海内外专家学者、企?#23548;?#21644;期刊编辑的认可。

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方思远是环境学院2015级本科生,目前正在密西根理工大学攻读博士学位。在大学四年的学习生活中,她德、智、体、美、劳全面发展,综合排名全院第一;同?#34987;?#26497;投身科研实践,先后参加了大学生创新计划、PRP项目和?政项目并获评优秀。曾荣获包括上海市优秀毕业生、?政奖学金、TFI-LEaRN奖学金、乐?#25112;?#23398;金、联合水务奖学金在内的多项奖励。在科创方面,曾获“顶级学术”模拟国际学术会议优秀奖、?政计划优秀奖、上海交通大学优异学士学位论?#27169;?#21069;1%)、全国环境类优秀毕业设计?#21462;?/span>

目前已公开发表5篇SCI论?#27169;?#20854;中4篇为第一作者)累积影响因子超过30,并在2019年美国化学会年会上做口头报告,还担任了Scientific Reports和Catalysis Today的审稿人。

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包宸瑜为环境学院2016级本科生,学习成绩优秀,科?#24515;?#21147;突出,全面综合发展。曾任上海交大《益友》报刊副社长,生活园区学业辅导?#20445;?#22810;次参与暑期支教等社会实践活动,荣获上海交通大学优秀团干部等多项奖励。目前已经确定保?#22270;?#32493;在交大环境学院直接攻读博士学位。

胡云行教授是上海交通大学“春申”讲席教授,美国密歇根理工大学麦克阿瑟讲席教授,美国科学促进会会士(AAASFellow),美国化工学会会士(AIChEFellow),英国?#22987;一?#23398;会会士(RSCFellow)。2014年,当选美国化学会能源与燃料分会主席。2015年,当选国际氢气能源协会储氢分会主席。他先后主持过40次国际学术会议,并在国际学术会议做特邀报告50多次(其中30次为大会报告)。他还是4本美国化学会系列丛书的主编,8个国际学术杂志的编委,国际学术杂志《Energy Science & Engineering》的主编,在国际著名学术杂志上发表学术论文200余篇,引用近10000次。


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