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机械工程学会摩擦学分会 润滑材料全国重点实验室 摩擦学学报
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研究进展

兰州化物所工程尺度超润滑研究获新进展 2026-04-01 超润滑源自非公度接触效应，可使摩擦系数低至10-3量级及以下，其工程实现有望重新定义机械系统能量传输效率、精度、速度、寿命等性能边界，带来工业水平的变革性进步。自该概念提出近四十年来，超润滑已从微纳尺度逐步拓展至宏观尺度，但受限于工业机械实际工况大接触尺寸、重载受力与活性运行环境等多重耦合影响，在工程尺度超润滑一直未能实现。 近日，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心磨损与表面工程课题组提出了一种基于归一化接触理念的工程超润滑设计原理，建立了从“宏观接触-微纳界面-分子构型-原子晶格”跨尺度结构协同调控方法，并与武汉大学欧阳稳根教授团队合作，结合理论模拟和实验揭示了摩擦界面晶格匹配的动态微观演变与超滑机理，在工程级接触尺寸（毫米级）、极端高接触应力（12.7 GPa）及实际大气环境（40% RH）下获得了稳健的超润滑性能，对推动超润滑走向工程化具有重要意义。 超润滑工程尺度实现面临三大核心挑战，即大尺度接触面的随机无序性导致超润滑失控、高接触压力下界面形变导致超润滑失效、大气环境活性气氛引发界面摩擦化学反应导致超润滑失稳。针对上述挑战，研究团队从“宏观接触-微纳界面-分子构型-原子晶格”跨尺度结构进行逐级设计。首先，基于归一化接触思想，通过激光织构构建规则的接触阵列，将宏观面接触归一化为无数等同的微米级单元接触，使每个单元的接触状态（面积、形状、 受力等）保持一致，这样界面润滑材料在同一接触状态下结构变化也趋于一致，整体变得可控（图1）；其次，在每个接触单元表面构筑刚性非晶类金刚石碳（DLC）膜层/柔性晶体MoS2配副滑移元界面，刚柔结合有力削弱接触界面在极端高接触压力下的形变；进一步采用MXene作为增强与锚定剂，使晶体MoS2在极端高接触压力和大气环境下保持完整的层状结构，减少了缺陷与边缘的不利影响，赋予其抵抗水分子和氧气氧化能力，从而维持超润滑界面的稳定。最后，揭示了运动过程中原子晶格匹配的动态偏转微观机制（图2），即非公度态向公度态转化，发现了非晶DLC/晶体MoS2永久非公度接触特性，从根本上消除了晶格匹配所导致的原子互锁。 基于以上协同作用（图3），实现了在毫米级接触尺寸、12.7 GPa高接触应力及40% RH大气环境下稳健的超润滑性能（平均摩擦系数0.008，磨损寿命超过1×105次循环）。取得超润滑性能的工况条件已经达到甚至超过实际零部件运行工况的恶劣程度，突破了之前超润滑对接触尺寸、载荷和环境的耐受范围，为工程尺度超润滑设计提供了新思路，有助于推动超润滑技术在航空航天、先进制造及交通运输等领域的工程应用。 相关研究成果以“Engineering-Grade Macroscale Superlubricity Under Ultrahigh Contact Pressure in Atmospheric Air via Multiscale Synergistic Meta-Interfaces”为题发表在Advanced Materials（https://doi.org/10.1002/adma.202520241）上，兰州化物所王婉博士和武汉大学丁子峻博士为论文共同第一作者，兰州化物所吉利研究员、李畔畔助理研究员和武汉大学欧阳稳根教授为共同通讯作者。 该工作得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、国家自然科学基金、中央高校基础科研基金和甘肃省陇原青年人才等项目资助。 图1. 归一化接触超润滑设计及构筑 图2. 晶体/晶体和非晶/晶体摩擦界面晶格匹配动态演变机制 图3. 工程尺度超润滑性能及跨尺度结构协同作用机理 兰州化物所工程尺度超润滑研究获新进展 来源：兰州润滑材料与技术创新中心;;|;;发布时间：2026-04-01;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：兰州润滑材料与技术创新中心;;|;;发布时间：2026-04-01;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 超润滑源自非公度接触效应，可使摩擦系数低至10-3量级及以下，其工程实现有望重新定义机械系统能量传输效率、精度、速度、寿命等性能边界，带来工业水平的变革性进步。自该概念提出近四十年来，超润滑已从微纳尺度逐步拓展至宏观尺度，但受限于工业机械实际工况大接触尺寸、重载受力与活性运行环境等多重耦合影响，在工程尺度超润滑一直未能实现。 近日，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心磨损与表面工程课题组提出了一种基于归一化接触理念的工程超润滑设计原理，建立了从“宏观接触-微纳界面-分子构型-原子晶格”跨尺度结构协同调控方法，并与武汉大学欧阳稳根教授团队合作，结合理论模拟和实验揭示了摩擦界面晶格匹配的动态微观演变与超滑机理，在工程级接触尺寸（毫米级）、极端高接触应力（12.7 GPa）及实际大气环境（40% RH）下获得了稳健的超润滑性能，对推动超润滑走向工程化具有重要意义。 超润滑工程尺度实现面临三大核心挑战，即大尺度接触面的随机无序性导致超润滑失控、高接触压力下界面形变导致超润滑失效、大气环境活性气氛引发界面摩擦化学反应导致超润滑失稳。针对上述挑战，研究团队从“宏观接触-微纳界面-分子构型-原子晶格”跨尺度结构进行逐级设计。首先，基于归一化接触思想，通过激光织构构建规则的接触阵列，将宏观面接触归一化为无数等同的微米级单元接触，使每个单元的接触状态（面积、形状、 受力等）保持一致，这样界面润滑材料在同一接触状态下结构变化也趋于一致，整体变得可控（图1）；其次，在每个接触单元表面构筑刚性非晶类金刚石碳（DLC）膜层/柔性晶体MoS2配副滑移元界面，刚柔结合有力削弱接触界面在极端高接触压力下的形变；进一步采用MXene作为增强与锚定剂，使晶体MoS2在极端高接触压力和大气环境下保持完整的层状结构，减少了缺陷与边缘的不利影响，赋予其抵抗水分子和氧气氧化能力，从而维持超润滑界面的稳定。最后，揭示了运动过程中原子晶格匹配的动态偏转微观机制（图2），即非公度态向公度态转化，发现了非晶DLC/晶体MoS2永久非公度接触特性，从根本上消除了晶格匹配所导致的原子互锁。 基于以上协同作用（图3），实现了在毫米级接触尺寸、12.7 GPa高接触应力及40% RH大气环境下稳健的超润滑性能（平均摩擦系数0.008，磨损寿命超过1×105次循环）。取得超润滑性能的工况条件已经达到甚至超过实际零部件运行工况的恶劣程度，突破了之前超润滑对接触尺寸、载荷和环境的耐受范围，为工程尺度超润滑设计提供了新思路，有助于推动超润滑技术在航空航天、先进制造及交通运输等领域的工程应用。 相关研究成果以“Engineering-Grade Macroscale Superlubricity Under Ultrahigh Contact Pressure in Atmospheric Air via Multiscale Synergistic Meta-Interfaces”为题发表在Advanced Materials（https://doi.org/10.1002/adma.202520241）上，兰州化物所王婉博士和武汉大学丁子峻博士为论文共同第一作者，兰州化物所吉利研究员、李畔畔助理研究员和武汉大学欧阳稳根教授为共同通讯作者。 该工作得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、国家自然科学基金、中央高校基础科研基金和甘肃省陇原青年人才等项目资助。 图1. 归一化接触超润滑设计及构筑 图2. 晶体/晶体和非晶/晶体摩擦界面晶格匹配动态演变机制 图3. 工程尺度超润滑性能及跨尺度结构协同作用机理
兰州化物所甲烷-二氧化碳重整反应研究获新进展 2026-03-30 甲烷干重整（DRM，CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO）能将甲烷和二氧化碳两种温室气体同步转化为氢碳比约为1的合成气，是兼具温室气体资源化利用与合成气生产双重功能的关键技术路径。Ni/Al2O3催化剂是DRM领域研究最早、最广泛的体系之一，具备良好的工业化前景，却长期因反应过程中积碳与烧结导致失活问题，难以实现大规模工业应用。 中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室丑凌军研究员团队长期致力于高性能DRM催化剂研究。前期，团队利用蒸发诱导自组装法制备了一系列有序介孔氧化铝负载型Ni催化剂，发展了“有序介孔限域”策略用于构建高效DRM催化剂。近年来，聚焦低Ni含量的高效DRM催化剂体系的构建，如通过构建Ni-La2O2CO3（Catal. Today, 2022, 402, 189-201）和Ni-Pr/Al2O3（Mol. Catal., 2026, 588, 115528），揭示了界面协同作用对CH4/CO2活化路径的调控机制。 近日，该团队联合中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院和英国卡迪夫大学，在抗积炭Ni/Al2O3催化剂的设计与反应机理领域取得重要突破。团队揭示了NiAl2O4在低温DRM中的关键作用，填补了相关研究多聚焦中高温体系的空白，为低温抗积碳DRM催化剂的理性设计提供了全新范式。 图1.(a) Ni0/NiAl2O4/Al2O3制备示意图； (b) 各还原温度下的催化剂归一化Ni K-edge XANES光谱；(c) 5Ni/Al2O3-R600的线性组合拟合（LCF）结果；（d）催化剂5Ni/Al2O3-600和5Ni/Al2O3-800的DRM反应机理示意图 团队以Ni/γ-Al2O3为模型催化剂，通过调控还原温度构建了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面和Ni0/Al2O3界面，并借助原位XPS、原位XANES确定了两种界面中Ni0比例。反应评价测试验证了两种界面结构的性能差异，Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构在600℃，150 L·gcat-1·h-1的反应条件下反应50h后活性无明显下降，而Ni0/Al2O3结构在反应20h后，CH4转化率降低至初始转化率的约70%。TG-DSC、Raman和O2-TPO证明，Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构有效降低了CH4裂解过程中难以氧化的石墨碳的比例和抑制了CO歧化。脉冲实验和原位DRIFTS，明确了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构的抗积炭反应机理，发现碳酸氢盐（HCO3*）和碳酸盐（CO3*）是CH4抗积炭反应路径中的关键中间体。 以往的催化剂设计策略集中在如何提高CO2的活化能力上，核心逻辑是通过促进CO2的活化，提供足够的活性氧，及时清除积炭，从而维持催化剂的稳定性。该研究首次在Ni/Al2O3基DRM催化剂中发现CH4向HCO3*和CO3*的转化路径，CH4在反应初期就可与界面氧物种结合生成含氧中间体，从而避免产生容易聚集成积炭的碳原子。这一“绕过积炭路径”的理念为抗积炭型DRM催化剂提供了新的思路，有望推广至其他尖晶石氧化物体系。 相关研究成果以“Coke-resistant Ni/Al2O3 catalysts for low-temperature dry reforming of methane via Ni0/NiAl2O4 interface control”为题，发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（DOI：10.1016/j.apcatb.2026.126705）上。兰州化物所赵华华研究员、丑凌军研究员和英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings教授为共同通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究得到了国家留学基金委“访问学者”项目、甘肃省重大专项计划以及中国科学院“西部之光”人才计划等项目的支持。 兰州化物所甲烷-二氧化碳重整反应研究获新进展 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-30;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-30;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 甲烷干重整（DRM，CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO）能将甲烷和二氧化碳两种温室气体同步转化为氢碳比约为1的合成气，是兼具温室气体资源化利用与合成气生产双重功能的关键技术路径。Ni/Al2O3催化剂是DRM领域研究最早、最广泛的体系之一，具备良好的工业化前景，却长期因反应过程中积碳与烧结导致失活问题，难以实现大规模工业应用。 中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室丑凌军研究员团队长期致力于高性能DRM催化剂研究。前期，团队利用蒸发诱导自组装法制备了一系列有序介孔氧化铝负载型Ni催化剂，发展了“有序介孔限域”策略用于构建高效DRM催化剂。近年来，聚焦低Ni含量的高效DRM催化剂体系的构建，如通过构建Ni-La2O2CO3（Catal. Today, 2022, 402, 189-201）和Ni-Pr/Al2O3（Mol. Catal., 2026, 588, 115528），揭示了界面协同作用对CH4/CO2活化路径的调控机制。 近日，该团队联合中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院和英国卡迪夫大学，在抗积炭Ni/Al2O3催化剂的设计与反应机理领域取得重要突破。团队揭示了NiAl2O4在低温DRM中的关键作用，填补了相关研究多聚焦中高温体系的空白，为低温抗积碳DRM催化剂的理性设计提供了全新范式。 图1.(a) Ni0/NiAl2O4/Al2O3制备示意图； (b) 各还原温度下的催化剂归一化Ni K-edge XANES光谱；(c) 5Ni/Al2O3-R600的线性组合拟合（LCF）结果；（d）催化剂5Ni/Al2O3-600和5Ni/Al2O3-800的DRM反应机理示意图 团队以Ni/γ-Al2O3为模型催化剂，通过调控还原温度构建了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面和Ni0/Al2O3界面，并借助原位XPS、原位XANES确定了两种界面中Ni0比例。反应评价测试验证了两种界面结构的性能差异，Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构在600℃，150 L·gcat-1·h-1的反应条件下反应50h后活性无明显下降，而Ni0/Al2O3结构在反应20h后，CH4转化率降低至初始转化率的约70%。TG-DSC、Raman和O2-TPO证明，Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构有效降低了CH4裂解过程中难以氧化的石墨碳的比例和抑制了CO歧化。脉冲实验和原位DRIFTS，明确了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构的抗积炭反应机理，发现碳酸氢盐（HCO3*）和碳酸盐（CO3*）是CH4抗积炭反应路径中的关键中间体。 以往的催化剂设计策略集中在如何提高CO2的活化能力上，核心逻辑是通过促进CO2的活化，提供足够的活性氧，及时清除积炭，从而维持催化剂的稳定性。该研究首次在Ni/Al2O3基DRM催化剂中发现CH4向HCO3*和CO3*的转化路径，CH4在反应初期就可与界面氧物种结合生成含氧中间体，从而避免产生容易聚集成积炭的碳原子。这一“绕过积炭路径”的理念为抗积炭型DRM催化剂提供了新的思路，有望推广至其他尖晶石氧化物体系。 相关研究成果以“Coke-resistant Ni/Al2O3 catalysts for low-temperature dry reforming of methane via Ni0/NiAl2O4 interface control”为题，发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（DOI：10.1016/j.apcatb.2026.126705）上。兰州化物所赵华华研究员、丑凌军研究员和英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings教授为共同通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究得到了国家留学基金委“访问学者”项目、甘肃省重大专项计划以及中国科学院“西部之光”人才计划等项目的支持。
兰州化物所举办国家重点研发计划“无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目启动暨实施方案论证会 2026-03-27 3月24日，由中国科学院兰州化学物理研究所牵头承担的国家重点研发计划“无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目启动暨实施方案论证会在兰州化物所举行。 项目组顾问、中国科学院院士魏炳波，2位责任专家和5位项目技术专家及中国科学院基础科学研究局前沿交叉与基础研究专项处副处长李磊应邀参加会议。兰州化物所党委书记王齐华，副所长、项目负责人张俊彦，项目参与单位西北工业大学、清华大学、中国科学院半导体研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所等单位项目骨干和兰州化物所科研管理部门负责人近50人参加会议。 王齐华代表兰州化物所对专业机构、院主管部门和评审专家的指导和帮助表示感谢。他强调，国家重点研发计划是我国科技体系中布局的重大战略任务，研究所要认真吸纳专家意见，进一步完善方案、优化路径，紧紧围绕项目任务书和实施方案，聚焦科学问题、核心技术和应用目标，高标准、高质量完成各项研究任务。坚持求真务实、精益求精，力争在技术、理论、方法上取得突破，产出具有原创性、标志性、应用价值的科研成果。 魏炳波院士希望项目组能牢牢把握项目实施的战略方向，全力突破关键科学与技术难题，强化协同联动，严守规范底线，强化管理保障，共同推动科研成果落地见效，为我国实现高水平科技自立自强、建设世界科技强国作出新的更大贡献。 兰州化物所发展规划处就国家重点研发计划项目过程、经费管理政策和要求作了报告。张俊彦介绍了项目的研究目标、技术思路、整体实施方案，进一步明确了各课题的任务分工和考核目标。各课题负责人分别汇报了课题实施的具体方案。 与会专家对项目总体实施方案和各课题实施方案进行了评议，提出了建设性意见和建议，并一致认为该项目实施方案与指南、项目任务书要求一致，其技术路线、考核指标明确，项目课题设置合理。项目阶段目标和分工明确，计划安排合理。项目法人单位职责明确，交流及检查机制健全，同意通过实施方案论证。责任专家提出，希望牵头单位加强重大成果的凝练，聚焦重大科学问题，跨课题间组织协力攻关，力争产出有重大影响力的亮点成果；同时加强过程管理，及时做好培训、明确要求，为后续检查与评估验收打好基础。 “无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目隶属于国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”重点专项，旨在精准对接航空航天、高灵敏探测对无机非金属材料的重要应用需求，紧扣空间材料科学与工程交叉领域的核心科学问题与技术短板，开展重力与多场耦合下多元多组份无机非金属材料的熔体热物性、材料制备、构效关系等研究，突破前沿理论，指导制备具有重要应用的无机非金属材料，在红外探测、土壤快速检测、高端装备等方面具有重要社会意义和经济效益。 会场 兰州化物所举办国家重点研发计划“无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目启动暨实施方案论证会 来源：发展规划处;;|;;发布时间：2026-03-27;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：发展规划处;;|;;发布时间：2026-03-27;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 3月24日，由中国科学院兰州化学物理研究所牵头承担的国家重点研发计划“无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目启动暨实施方案论证会在兰州化物所举行。 项目组顾问、中国科学院院士魏炳波，2位责任专家和5位项目技术专家及中国科学院基础科学研究局前沿交叉与基础研究专项处副处长李磊应邀参加会议。兰州化物所党委书记王齐华，副所长、项目负责人张俊彦，项目参与单位西北工业大学、清华大学、中国科学院半导体研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所等单位项目骨干和兰州化物所科研管理部门负责人近50人参加会议。 王齐华代表兰州化物所对专业机构、院主管部门和评审专家的指导和帮助表示感谢。他强调，国家重点研发计划是我国科技体系中布局的重大战略任务，研究所要认真吸纳专家意见，进一步完善方案、优化路径，紧紧围绕项目任务书和实施方案，聚焦科学问题、核心技术和应用目标，高标准、高质量完成各项研究任务。坚持求真务实、精益求精，力争在技术、理论、方法上取得突破，产出具有原创性、标志性、应用价值的科研成果。 魏炳波院士希望项目组能牢牢把握项目实施的战略方向，全力突破关键科学与技术难题，强化协同联动，严守规范底线，强化管理保障，共同推动科研成果落地见效，为我国实现高水平科技自立自强、建设世界科技强国作出新的更大贡献。 兰州化物所发展规划处就国家重点研发计划项目过程、经费管理政策和要求作了报告。张俊彦介绍了项目的研究目标、技术思路、整体实施方案，进一步明确了各课题的任务分工和考核目标。各课题负责人分别汇报了课题实施的具体方案。 与会专家对项目总体实施方案和各课题实施方案进行了评议，提出了建设性意见和建议，并一致认为该项目实施方案与指南、项目任务书要求一致，其技术路线、考核指标明确，项目课题设置合理。项目阶段目标和分工明确，计划安排合理。项目法人单位职责明确，交流及检查机制健全，同意通过实施方案论证。责任专家提出，希望牵头单位加强重大成果的凝练，聚焦重大科学问题，跨课题间组织协力攻关，力争产出有重大影响力的亮点成果；同时加强过程管理，及时做好培训、明确要求，为后续检查与评估验收打好基础。 “无机非金属材料制备与熔体热物性的空间环境效应研究”项目隶属于国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”重点专项，旨在精准对接航空航天、高灵敏探测对无机非金属材料的重要应用需求，紧扣空间材料科学与工程交叉领域的核心科学问题与技术短板，开展重力与多场耦合下多元多组份无机非金属材料的熔体热物性、材料制备、构效关系等研究，突破前沿理论，指导制备具有重要应用的无机非金属材料，在红外探测、土壤快速检测、高端装备等方面具有重要社会意义和经济效益。 会场
低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室举办年度工作会议暨2026年高端论坛 2026-03-11 3月7日，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室（以下简称实验室）年度工作会议暨2026年高端论坛在武汉长江大学举办。来自兰州化物所、共建单位中国科学院上海高等研究院和长江大学学术骨干共100余人参加会议。长江大学副校长赵辉主持开幕式。 中国工程院院士李阳、杨春和、王香增，兰州化物所党委书记王齐华，长江大学党委书记王建平、党委副书记敖廷华，武汉市人大常委会副主任、蔡甸区委书记余从斌，上海高等研究院副院长魏伟，武汉市蔡甸区副区长钟响，湖北省科技厅实验室处处长粘来霞应邀出席会议。 会场 王建平致欢迎辞，他表示，期待与共建单位深化科教融合、人才交流等合作，携手打造具有重要影响力的国家战略科技力量。余从斌、粘来霞、王齐华、魏伟分别致辞。他们表示，实验室聚焦低碳催化与二氧化碳利用研究，是支持区域发展与国家“双碳”战略的重要科技力量，应充分发挥三方共建优势，统筹创新资源、构建联合创新体系，进一步提升原始创新能力、体系化攻关能力，突破二氧化碳规模化转化利用核心技术，为“双碳”战略和产业转型升级贡献力量。 兰州化物所副所长、实验室主任石峰围绕代表性成果与创新效能、队伍建设与人才培养、运营管理等方面作实验室2025年度工作总结及2026年度工作计划。中国石化胜利油田分公司副总地质师张世明，中国科学院武汉岩土力学研究所研究员马洪岭，四川大学教授余达刚，南京大学教授祝艳先后作特邀报告。兰州化物所丑凌军研究员、孙强盛研究员、代兴超研究员，高研院林铁军研究员、陈为研究员、郑磊研究员，长江大学盛广龙教授、张引弟教授、魏凯教授，分别围绕低碳催化、二氧化碳高价值转化、二氧化碳封存利用等实验室研究方向作专题报告。 专题讨论环节，王香增院士和李阳院士分别对实验室下一步发展提出了建议。王香增院士指出，实验室应立足国际学术前沿和国家战略需求，并就如何进一步凝练特色发展方向、加强原始创新、深化交叉融合、培育重大成果、引育高层次人才等方面提出意见和建议，为实验室未来的发展建言献策。李阳院士提出，实验室要精准把握功能定位，紧扣国家重大战略需求，锚定“十五五”规划部署与领域科技前沿，凝练特色研究方向；要深化实体化运行，完善体制机制，实现一体化统筹管理，聚焦核心科学问题，构建完整创新链条。 此次论坛，为实验室绿色低碳发展指明方向，实验室共建党支部同步成立，以党建引领科技攻关，助力 “双碳” 战略落地。 专题研讨会 低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室举办年度工作会议暨2026年高端论坛 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-11;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-11;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 3月7日，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室（以下简称实验室）年度工作会议暨2026年高端论坛在武汉长江大学举办。来自兰州化物所、共建单位中国科学院上海高等研究院和长江大学学术骨干共100余人参加会议。长江大学副校长赵辉主持开幕式。 中国工程院院士李阳、杨春和、王香增，兰州化物所党委书记王齐华，长江大学党委书记王建平、党委副书记敖廷华，武汉市人大常委会副主任、蔡甸区委书记余从斌，上海高等研究院副院长魏伟，武汉市蔡甸区副区长钟响，湖北省科技厅实验室处处长粘来霞应邀出席会议。 会场 王建平致欢迎辞，他表示，期待与共建单位深化科教融合、人才交流等合作，携手打造具有重要影响力的国家战略科技力量。余从斌、粘来霞、王齐华、魏伟分别致辞。他们表示，实验室聚焦低碳催化与二氧化碳利用研究，是支持区域发展与国家“双碳”战略的重要科技力量，应充分发挥三方共建优势，统筹创新资源、构建联合创新体系，进一步提升原始创新能力、体系化攻关能力，突破二氧化碳规模化转化利用核心技术，为“双碳”战略和产业转型升级贡献力量。 兰州化物所副所长、实验室主任石峰围绕代表性成果与创新效能、队伍建设与人才培养、运营管理等方面作实验室2025年度工作总结及2026年度工作计划。中国石化胜利油田分公司副总地质师张世明，中国科学院武汉岩土力学研究所研究员马洪岭，四川大学教授余达刚，南京大学教授祝艳先后作特邀报告。兰州化物所丑凌军研究员、孙强盛研究员、代兴超研究员，高研院林铁军研究员、陈为研究员、郑磊研究员，长江大学盛广龙教授、张引弟教授、魏凯教授，分别围绕低碳催化、二氧化碳高价值转化、二氧化碳封存利用等实验室研究方向作专题报告。 专题讨论环节，王香增院士和李阳院士分别对实验室下一步发展提出了建议。王香增院士指出，实验室应立足国际学术前沿和国家战略需求，并就如何进一步凝练特色发展方向、加强原始创新、深化交叉融合、培育重大成果、引育高层次人才等方面提出意见和建议，为实验室未来的发展建言献策。李阳院士提出，实验室要精准把握功能定位，紧扣国家重大战略需求，锚定“十五五”规划部署与领域科技前沿，凝练特色研究方向；要深化实体化运行，完善体制机制，实现一体化统筹管理，聚焦核心科学问题，构建完整创新链条。 此次论坛，为实验室绿色低碳发展指明方向，实验室共建党支部同步成立，以党建引领科技攻关，助力 “双碳” 战略落地。 专题研讨会
兰州化物所CO2加氢催化剂研究获新进展 2026-03-10 将CO2转化为甲醇、二甲醚等高值化学品，是实现碳资源循环利用和“双碳”目标的关键路径。然而，该过程面临H2分子在氧化物催化剂上的活化效率极低核心瓶颈，成为制约反应速率的关键技术问题。 金属与载体的相互作用被认为是激活H2的有效途径，其中ZrO2载体的晶相（四方相t-ZrO2与单斜相m-ZrO2）对催化性能影响显著。此前研究虽发现不同晶相载体的性能差异，却未能阐明晶相如何通过内在属性决定活性物种的最终“归宿”——是留在表面参与反应，还是藏进体相“失效”。这一基础科学问题的解决，成为实现催化剂理性设计的关键。 近日，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室吴剑峰研究员团队联合兰州大学、太原理工大学，在CO2加氢催化领域取得重要突破。团队首次提出“晶相限域表面富集”新概念，揭示了载体晶相对活性位点空间分布的精准调控机制，为高性能催化剂的理性设计提供了全新范式。 研究团队以GaOx/ZrO2为模型催化剂，通过系统研究发现ZrO2载体的晶相就像一组“空间密码”，能精准调控GaOx活性物种的分布行为。四方相ZrO2的“限域效应”，使四方相ZrO2会像“屏障”一样，抑制GaOx物种向体相迁移，迫使其在催化剂表面富集，形成高密度活性位点，从而大幅提升H2活化效率。单斜相ZrO2的“逃逸现象”，使单斜相ZrO2则允许GaOx物种扩散至体相，导致表面活性位点密度降低，催化性能大打折扣。 这一“晶相限域表面富集”现象的热力学根源被DFT计算进一步揭示，Ga原子掺入t-ZrO2体相需克服4.56 eV的能量壁垒，远高于掺入m-ZrO2的3.91 eV，从本质上解释了为何t-ZrO2能“锁定”活性物种于表面。同时，t-ZrO2上氧空位形成能更低，更易与Ga协同生成高活性的Ga–OV–Zr界面位点。 为验证这一机制，团队采用XPS、STEM、71Ga NMR、EPR等多种表征技术结合DFT计算，构建了从宏观性能到微观结构的完整证据链。结构表征证实富集效应，XPS分析显示，GTZ-10催化剂（Ga2O3/t-ZrO2）的表面Ga/Zr原子比（21.87）较GMZ-10（Ga2O3/m-ZrO2）高出34.9%；AC-HAADF-STEM线扫描进一步可视化了这一现象，GTZ-10近表面Ga物种相对丰度达72.4%，显著高于GMZ-10的61.3%。动力学解析限速步骤，Arrhenius方程分析表明，GTZ-10上甲醇 + 二甲醚生成的表观活化能（72.9 kJ・mol−1）显著低于GMZ-10（82.3 kJ・mol−1），且H2反应级数更低，证明其表面活性氢物种覆盖度更高，H2活化是反应的关键限速步骤。催化性能大幅提升，GTZ-10催化剂在CO2加氢反应中表现优异，甲醇 + 二甲醚选择性高达79.5%，CO2转化率达7.25%，H2活化起始温度降低25 K，性能位居同类催化剂前列。 团队通过原位13C固体核磁技术实时追踪反应中间体演变，发现甲酸盐（HCOO*）是通往甲醇的必经之路。在GTZ-10表面，甲酸盐能被高效稳定并快速转化，而GMZ-10表面则出现甲酸盐“积压”现象，转化速率缓慢。DFT计算进一步证实，甲酸盐路径的初始步能垒比羧酸盐路径低100 kJ・mol−1以上，热力学优势显著。尽管GMZ模型上C–O键断裂步骤能垒略低，但GTZ模型在前期加氢步骤中展现出更低能垒，这正是表面Ga物种富集后加氢能力增强的直接体现。 该研究突破了传统催化剂设计中对电子结构调控的单一依赖，开辟了“晶相工程”这一全新调控维度，将催化剂设计从“经验试错”推向“精准预测”。该策略不仅适用于GaOx/ZrO2体系，还有望推广至In2O3、ZnO等其他金属氧化物体系，为CO2转化、绿氢利用、低碳化工等领域的技术突破提供核心支撑。 相关研究成果以“The Rational Design of Catalyst Surfaces via Crystal Phase-Confined Enrichment”为题，发表在ACS Catalysis（DOI: 10.1021/acscatal.5c08821）上。兰州化物所吴剑峰研究员、丑凌军研究员和太原理工大学章日光教授为共同通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究得到了国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金、甘肃省重点人才项目等项目的资助。 兰州化物所CO2加氢催化剂研究获新进展 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-10;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-10;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 将CO2转化为甲醇、二甲醚等高值化学品，是实现碳资源循环利用和“双碳”目标的关键路径。然而，该过程面临H2分子在氧化物催化剂上的活化效率极低核心瓶颈，成为制约反应速率的关键技术问题。 金属与载体的相互作用被认为是激活H2的有效途径，其中ZrO2载体的晶相（四方相t-ZrO2与单斜相m-ZrO2）对催化性能影响显著。此前研究虽发现不同晶相载体的性能差异，却未能阐明晶相如何通过内在属性决定活性物种的最终“归宿”——是留在表面参与反应，还是藏进体相“失效”。这一基础科学问题的解决，成为实现催化剂理性设计的关键。 近日，中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室吴剑峰研究员团队联合兰州大学、太原理工大学，在CO2加氢催化领域取得重要突破。团队首次提出“晶相限域表面富集”新概念，揭示了载体晶相对活性位点空间分布的精准调控机制，为高性能催化剂的理性设计提供了全新范式。 研究团队以GaOx/ZrO2为模型催化剂，通过系统研究发现ZrO2载体的晶相就像一组“空间密码”，能精准调控GaOx活性物种的分布行为。四方相ZrO2的“限域效应”，使四方相ZrO2会像“屏障”一样，抑制GaOx物种向体相迁移，迫使其在催化剂表面富集，形成高密度活性位点，从而大幅提升H2活化效率。单斜相ZrO2的“逃逸现象”，使单斜相ZrO2则允许GaOx物种扩散至体相，导致表面活性位点密度降低，催化性能大打折扣。 这一“晶相限域表面富集”现象的热力学根源被DFT计算进一步揭示，Ga原子掺入t-ZrO2体相需克服4.56 eV的能量壁垒，远高于掺入m-ZrO2的3.91 eV，从本质上解释了为何t-ZrO2能“锁定”活性物种于表面。同时，t-ZrO2上氧空位形成能更低，更易与Ga协同生成高活性的Ga–OV–Zr界面位点。 为验证这一机制，团队采用XPS、STEM、71Ga NMR、EPR等多种表征技术结合DFT计算，构建了从宏观性能到微观结构的完整证据链。结构表征证实富集效应，XPS分析显示，GTZ-10催化剂（Ga2O3/t-ZrO2）的表面Ga/Zr原子比（21.87）较GMZ-10（Ga2O3/m-ZrO2）高出34.9%；AC-HAADF-STEM线扫描进一步可视化了这一现象，GTZ-10近表面Ga物种相对丰度达72.4%，显著高于GMZ-10的61.3%。动力学解析限速步骤，Arrhenius方程分析表明，GTZ-10上甲醇 + 二甲醚生成的表观活化能（72.9 kJ・mol−1）显著低于GMZ-10（82.3 kJ・mol−1），且H2反应级数更低，证明其表面活性氢物种覆盖度更高，H2活化是反应的关键限速步骤。催化性能大幅提升，GTZ-10催化剂在CO2加氢反应中表现优异，甲醇 + 二甲醚选择性高达79.5%，CO2转化率达7.25%，H2活化起始温度降低25 K，性能位居同类催化剂前列。 团队通过原位13C固体核磁技术实时追踪反应中间体演变，发现甲酸盐（HCOO*）是通往甲醇的必经之路。在GTZ-10表面，甲酸盐能被高效稳定并快速转化，而GMZ-10表面则出现甲酸盐“积压”现象，转化速率缓慢。DFT计算进一步证实，甲酸盐路径的初始步能垒比羧酸盐路径低100 kJ・mol−1以上，热力学优势显著。尽管GMZ模型上C–O键断裂步骤能垒略低，但GTZ模型在前期加氢步骤中展现出更低能垒，这正是表面Ga物种富集后加氢能力增强的直接体现。 该研究突破了传统催化剂设计中对电子结构调控的单一依赖，开辟了“晶相工程”这一全新调控维度，将催化剂设计从“经验试错”推向“精准预测”。该策略不仅适用于GaOx/ZrO2体系，还有望推广至In2O3、ZnO等其他金属氧化物体系，为CO2转化、绿氢利用、低碳化工等领域的技术突破提供核心支撑。 相关研究成果以“The Rational Design of Catalyst Surfaces via Crystal Phase-Confined Enrichment”为题，发表在ACS Catalysis（DOI: 10.1021/acscatal.5c08821）上。兰州化物所吴剑峰研究员、丑凌军研究员和太原理工大学章日光教授为共同通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究得到了国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金、甘肃省重点人才项目等项目的资助。
兰州化物所多功能耦合微晶铝合金结构设计与性能调控方面获系列进展 2026-03-04 随着特高压输电工程、新能源、低空经济等国家战略领域的跨越式发展，高端装备对铝合金材料提出了“轻量化-高强度-长寿命” 三位一体的极限性能要求。然而，受限于传统熔锻工艺，现有商用铝合金的力学性能已难以满足重大装备的性能升级需求，成为制约我国高端装备自主可控发展的关键技术瓶颈。 针对上述行业痛点，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室金属与陶瓷摩擦学课题组联合烟台先进材料与绿色制造山东实验室提出“高活性粉末瞬态烧结”创新制备方法，基于粉末冶金-塑性成形协同工艺设计（粉末锻造/挤压/轧制复合加工技术），成功构筑了具备优异高温稳定性的铝合金多层级耐热组织，创新实现了高密度层错-富氧增强相的纳米级微观缺陷结构强化设计，开发出拥有自主知识产权、具备工业规模化应用价值的高性能缺陷结构增强铝合金。该系列材料可适配高温、高应力极端服役环境，为高性能金属材料的设计研发提供了全新的技术途径。 研究人员将该技术路线系统性拓展至航空航天领域核心的2000系、7000系高强铝合金体系，实现了多系列铝合金的性能大幅提升。针对7000系（Al-Zn-Mg-Cu）铝合金，研究团队通过工艺优化设计，制备出氧化物弥散强化7000系铝合金，其综合力学性能大幅超越传统铸造工艺制备的商用7075铝合金。而在2000系（Al-Cu-Mg）铝合金研发中，研究团队突破了该体系铝合金对人工时效处理的强依赖，制备材料无需人工时效处理，即可达到商用2000系高强铝合金的力学性能水平。该工艺通过在铝合金基体中原位构建多尺度协同的微观结构，实现了超细晶、高密度位错、纳米增强相与稳定堆垛层错的一体化调控，可广泛应用于多系列铝合金体系。相关研究成果分别发表在Rare Metals(2025,45,e70030)和Journal of Alloys and Compounds (2025,1034,181373)上。 图1.多尺度缺陷-结构的微观结构构建示意图 同时，针对陶瓷增强铝基复合材料长期存在的两相之间界面结合力弱、脆性界面反应产物制约性能提升的技术难题，研究团队提出“原位非晶氧化铝界面改性”研究思路，通过两级高能球磨-快速锻造烧结集成工艺，创新性地利用球磨过程引入的微量氧气，原位生成厚度9-45nm的非晶氧化铝界面层，其短程有序结构显著改善了SiC/Al非共格界面的原子匹配度，大幅提升界面结合强度，同时有效抑制了脆性Al4C3相的生成，并借助细晶强化、位错强化与非晶界面协同作用实现材料强度的显著提升。相关研究成果发表在Composites Communications (2025,53, 102201)上。 图2.非晶氧化铝界面改性的SiC颗粒增强铝基复合材料 近期，在上述研究基础上，研究人员通过多尺度缺陷-结构耦合策略，基于粉末冶金-塑性成形协同工艺开发出含高密度层错和富氧纳米区的高性能铝材，解决了传统高强铝合金高温结构稳定性差和力学性能不足的行业难题。实验数据显示，仅以纯铝粉为原材料制备的缺陷结构增强铝材，室温抗拉强度达415-553 MPa，延伸率保持7-14%，打破了传统粉末锻造铝材强度超400MPa后延伸率不足4%的技术壁垒，在623-723K高温环境下，材料强度仍可保持101-163MPa，并且在723K高温长期暴露1200小时后，材料的组织结构与力学性能仍保持稳定，其优异性能主要源于高密度堆垛层错与富氧纳米区的协同强化，为极端环境用高性能金属材料设计提供了新路径。相关研究成果发表在国际高水平期刊Acta Materialia (2026,309,122057)上。 图3.多尺度缺陷-结构耦合策略设计高强耐热铝材 烟台先进材料与绿色制造山东实验室姬朋飞博士、兰州化物所汤华国研究员为论文共同第一作者，兰州化物所乔竹辉研究员为通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划、山东省重大科技创新工程、山东省自然科学基金的支持。 兰州化物所多功能耦合微晶铝合金结构设计与性能调控方面获系列进展 来源：润滑材料全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-04;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：润滑材料全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-03-04;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 随着特高压输电工程、新能源、低空经济等国家战略领域的跨越式发展，高端装备对铝合金材料提出了“轻量化-高强度-长寿命” 三位一体的极限性能要求。然而，受限于传统熔锻工艺，现有商用铝合金的力学性能已难以满足重大装备的性能升级需求，成为制约我国高端装备自主可控发展的关键技术瓶颈。 针对上述行业痛点，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室金属与陶瓷摩擦学课题组联合烟台先进材料与绿色制造山东实验室提出“高活性粉末瞬态烧结”创新制备方法，基于粉末冶金-塑性成形协同工艺设计（粉末锻造/挤压/轧制复合加工技术），成功构筑了具备优异高温稳定性的铝合金多层级耐热组织，创新实现了高密度层错-富氧增强相的纳米级微观缺陷结构强化设计，开发出拥有自主知识产权、具备工业规模化应用价值的高性能缺陷结构增强铝合金。该系列材料可适配高温、高应力极端服役环境，为高性能金属材料的设计研发提供了全新的技术途径。 研究人员将该技术路线系统性拓展至航空航天领域核心的2000系、7000系高强铝合金体系，实现了多系列铝合金的性能大幅提升。针对7000系（Al-Zn-Mg-Cu）铝合金，研究团队通过工艺优化设计，制备出氧化物弥散强化7000系铝合金，其综合力学性能大幅超越传统铸造工艺制备的商用7075铝合金。而在2000系（Al-Cu-Mg）铝合金研发中，研究团队突破了该体系铝合金对人工时效处理的强依赖，制备材料无需人工时效处理，即可达到商用2000系高强铝合金的力学性能水平。该工艺通过在铝合金基体中原位构建多尺度协同的微观结构，实现了超细晶、高密度位错、纳米增强相与稳定堆垛层错的一体化调控，可广泛应用于多系列铝合金体系。相关研究成果分别发表在Rare Metals(2025,45,e70030)和Journal of Alloys and Compounds (2025,1034,181373)上。 图1.多尺度缺陷-结构的微观结构构建示意图 同时，针对陶瓷增强铝基复合材料长期存在的两相之间界面结合力弱、脆性界面反应产物制约性能提升的技术难题，研究团队提出“原位非晶氧化铝界面改性”研究思路，通过两级高能球磨-快速锻造烧结集成工艺，创新性地利用球磨过程引入的微量氧气，原位生成厚度9-45nm的非晶氧化铝界面层，其短程有序结构显著改善了SiC/Al非共格界面的原子匹配度，大幅提升界面结合强度，同时有效抑制了脆性Al4C3相的生成，并借助细晶强化、位错强化与非晶界面协同作用实现材料强度的显著提升。相关研究成果发表在Composites Communications (2025,53, 102201)上。 图2.非晶氧化铝界面改性的SiC颗粒增强铝基复合材料 近期，在上述研究基础上，研究人员通过多尺度缺陷-结构耦合策略，基于粉末冶金-塑性成形协同工艺开发出含高密度层错和富氧纳米区的高性能铝材，解决了传统高强铝合金高温结构稳定性差和力学性能不足的行业难题。实验数据显示，仅以纯铝粉为原材料制备的缺陷结构增强铝材，室温抗拉强度达415-553 MPa，延伸率保持7-14%，打破了传统粉末锻造铝材强度超400MPa后延伸率不足4%的技术壁垒，在623-723K高温环境下，材料强度仍可保持101-163MPa，并且在723K高温长期暴露1200小时后，材料的组织结构与力学性能仍保持稳定，其优异性能主要源于高密度堆垛层错与富氧纳米区的协同强化，为极端环境用高性能金属材料设计提供了新路径。相关研究成果发表在国际高水平期刊Acta Materialia (2026,309,122057)上。 图3.多尺度缺陷-结构耦合策略设计高强耐热铝材 烟台先进材料与绿色制造山东实验室姬朋飞博士、兰州化物所汤华国研究员为论文共同第一作者，兰州化物所乔竹辉研究员为通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。 上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划、山东省重大科技创新工程、山东省自然科学基金的支持。
兰州化物所发表VOCs催化氧化抗硫催化剂研究进展综述文章 2026-03-02 近日，中国科学院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心工业催化课题组发表了关于挥发性有机化合物（VOCs）催化燃烧抗硫催化剂研究进展的综述文章。 该综述系统梳理了贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂及其他类型催化剂在含硫环境中抗硫性能与失活特征的本质差异。重点聚焦含硫物种与催化剂表面活性位点间复杂相互作用机制的科学问题，阐明了含硫物种与金属活性中心、表面活性氧物种、酸位点及其他活性位点间的分子作用机制。该综述不仅系统构建了VOCs催化燃烧抗硫催化剂的研究框架，更为解决工业废气净化中的硫中毒难题、推动绿色化学转型与空气质量持续改善提供了重要技术参考。 图1. VOCs催化燃烧抗硫催化剂研发时间线 图2. VOCs催化燃烧抗硫催化剂面临的挑战、当前应对策略及该领域发展前景 基于对硫中毒机制的深刻理解，该综述全面总结了抗硫催化剂“靶向设计”的前沿策略。其中，基于电子结构调控、界面工程优化及动态响应设计的抗硫策略成效显著。通过调节催化剂电子云分布与能带结构，可同时提升对VOCs的吸附活化能力与对含硫物种的脱附能力；构建核壳结构、异质结等界面工程，能有效阻断硫酸盐形成路径；设计动态响应型结构则可实现催化剂在复杂工况下的自我修复与性能稳定。采用活性位点修饰、载体功能化、复合组分调控等策略，通过空间位阻与电子协同作用抑制含硫物种吸附，通过酸碱梯度调节与异质结构建阻断硫酸盐不可逆生成，为抗硫催化剂开发提供了多元技术路径。 此外，该综述强调了连接基础研究与工业应用的核心挑战在于阐明复杂工业气氛下多种中毒物的失活机制。以机制、策略与应用为逻辑纽带，进一步揭示了实验室研究与工业实践的关联性与差异性，为VOCs催化燃烧抗硫催化剂的理性设计与高效开发提供理论指导。 相关研究工作以“Targeted design strategies of sulfur-tolerant catalysts for catalytic combustion of VOCs: From atomic-scale mechanisms to application prospects”为题发表在Coordination Chemistry Reviews（2026, 557, 217699, IF=23.5）上。兰州化物所博士生吴世兴为论文第一作者，董芳副研究员与唐志诚研究员为共同通讯作者。 上述工作得到了甘肃省自然科学基金优秀博士生项目、甘肃省自然科学基金、甘肃省重点研发计划等项目的支持。 兰州化物所发表VOCs催化氧化抗硫催化剂研究进展综述文章 来源：精细石油化工中间体国家工程研究中心;;|;;发布时间：2026-03-02;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：精细石油化工中间体国家工程研究中心;;|;;发布时间：2026-03-02;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 近日，中国科学院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心工业催化课题组发表了关于挥发性有机化合物（VOCs）催化燃烧抗硫催化剂研究进展的综述文章。 该综述系统梳理了贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂及其他类型催化剂在含硫环境中抗硫性能与失活特征的本质差异。重点聚焦含硫物种与催化剂表面活性位点间复杂相互作用机制的科学问题，阐明了含硫物种与金属活性中心、表面活性氧物种、酸位点及其他活性位点间的分子作用机制。该综述不仅系统构建了VOCs催化燃烧抗硫催化剂的研究框架，更为解决工业废气净化中的硫中毒难题、推动绿色化学转型与空气质量持续改善提供了重要技术参考。 图1. VOCs催化燃烧抗硫催化剂研发时间线 图2. VOCs催化燃烧抗硫催化剂面临的挑战、当前应对策略及该领域发展前景 基于对硫中毒机制的深刻理解，该综述全面总结了抗硫催化剂“靶向设计”的前沿策略。其中，基于电子结构调控、界面工程优化及动态响应设计的抗硫策略成效显著。通过调节催化剂电子云分布与能带结构，可同时提升对VOCs的吸附活化能力与对含硫物种的脱附能力；构建核壳结构、异质结等界面工程，能有效阻断硫酸盐形成路径；设计动态响应型结构则可实现催化剂在复杂工况下的自我修复与性能稳定。采用活性位点修饰、载体功能化、复合组分调控等策略，通过空间位阻与电子协同作用抑制含硫物种吸附，通过酸碱梯度调节与异质结构建阻断硫酸盐不可逆生成，为抗硫催化剂开发提供了多元技术路径。 此外，该综述强调了连接基础研究与工业应用的核心挑战在于阐明复杂工业气氛下多种中毒物的失活机制。以机制、策略与应用为逻辑纽带，进一步揭示了实验室研究与工业实践的关联性与差异性，为VOCs催化燃烧抗硫催化剂的理性设计与高效开发提供理论指导。 相关研究工作以“Targeted design strategies of sulfur-tolerant catalysts for catalytic combustion of VOCs: From atomic-scale mechanisms to application prospects”为题发表在Coordination Chemistry Reviews（2026, 557, 217699, IF=23.5）上。兰州化物所博士生吴世兴为论文第一作者，董芳副研究员与唐志诚研究员为共同通讯作者。 上述工作得到了甘肃省自然科学基金优秀博士生项目、甘肃省自然科学基金、甘肃省重点研发计划等项目的支持。
兰州化物所绿色构筑凹凸棒石基矿物复合纳米酶研究获新进展 2026-02-09 兰州化物所绿色构筑凹凸棒石基矿物复合纳米酶研究获新进展 来源：资源化学与能源材料研究中心;;|;;发布时间：2026-02-09;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：资源化学与能源材料研究中心;;|;;发布时间：2026-02-09;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 针对致病菌和耐药菌设计开发新型抗菌材料是当前研究热点。纳米酶兼具纳米材料和天然酶的特性，被认为是对抗耐药菌的“有效武器”。目前，化学合成纳米酶研究取得长足进展，但存在制备过程不清洁、技术路线复杂以及纳米粒子易团聚等问题，抗菌性能仍需提升。 在绿色可持续发展理念下，利用天然植物提取物替代有毒有害化学试剂构筑纳米材料备受关注。植物提取物中的活性成分可介导纳米粒子形成，还作为封端剂能有效控制纳米粒子的尺寸与形貌，在金属或金属氧化物纳米酶构筑方面具有显著优势。 中国科学院兰州化学物理研究所资源化学与能源材料研究中心/甘肃省黏土矿物重点实验室，基于凹凸棒石独特的一维纳米棒晶和纳米孔道的“诱导”和“限域”效应，在绿色构筑凹凸棒石基矿物复合纳米酶研究方面取得了新进展。 研究人员采用柠檬皮提取物介导的低温水热法，利用所含抗坏血酸与多酚类物质将Ag+还原为Ag0，并原位均匀锚定于凹凸棒石纳米棒晶表面，构筑了银纳米粒子尺寸小于2 nm的Ag/凹凸棒石复合纳米酶（Ag/APT）（图1）。该矿物复合纳米酶比AgNPs具有更大的比表面积和更多的活性位点。对多重耐药菌性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（ESBLs-E.coli）均表现出优异的广谱抗菌活性。 图1.Ag/APT复合纳米酶的制备及表征 Ag/APT复合纳米酶在体外和体内实验中均具有良好的生物相容性。在大鼠MRSA感染伤口模型实验中，Ag/APT复合纳米酶有效消除了病原菌，减轻了伤口炎症，加速了伤口愈合。该研究工作以“Attapulgite-assisted in-situ anchoring of ultrasmall Ag nanoparticles for enhanced eradication of multidrug-resistant bacterial biofilms and accelerated wound healing”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 26310-26322）上。 图2.Ag/APT复合纳米酶促进小鼠MRSA感染伤口愈合 在此基础上，研究人员利用芍药根提取物介导制备了1.26 ± 0.3 nm银纳米粒子的AgNPs/APT复合纳米酶，将其与羧甲基壳聚糖（CMC）和κ-卡拉胶（KCG）复合，成功构建了多功能复合冷冻凝胶（CMC/KCG/AgNPs/APT）。该复合冷冻凝胶具有良好的机械强度、快速的液体吸收能力和良好的生物相容性。体内外实验表明，CMC/KCG/AgNPs/APT复合冷冻凝胶通过增强液体吸收和血小板激活实现快速止血，并对鲍曼不动杆菌在内的多种病原体表现出广谱抗菌活性，同时通过调节炎症反应加速组织修复。此外，该凝胶还展现出独特的免疫调节功能，可将促炎型的M1型巨噬细胞转化为促愈合的M2型，使CD163+细胞数量增加2.6倍，有效抑制炎症因子TNF-α的表达，并促进成纤维细胞迁移。在铜绿假单胞菌感染的全层皮肤缺损模型中，这种多模式协同作用在14天内将伤口愈合率显著提升至95.34% ± 2.9%（图3）。因此，通过将金属纳米粒子、黏土矿物与生物多糖进行协同整合，为解决感染伤口管理中抗菌效力、生物安全性及免疫调节平衡等问题提供了一种有效解决方案。该研究工作以“Green-nanoarchitectonics for sub-2 nm Ag nanoparticles on attapulgite enables biocryogel with synergistic and triple-functional wound therapy effect”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 61855-61871）上。 图3.CMC/KCG/AgNPs/APT促进小鼠感染伤口愈合 近期，研究人员采用油橄榄叶提取物作为绿色还原剂与稳定剂，成功构建了具有可见光响应性的CuO/凹凸棒石（CuO/APT）复合纳米酶，将其掺入κ-卡拉胶（KC）/羧甲基壳聚糖（CC）基质中，获得了具有光催化抗菌功能的CuO/APT-KC/CC凝胶膜伤口敷料（图4）。利用CuO/APT复合纳米酶与生物聚合物链之间界面相互作用，实现了纳米酶的均匀分散。该凝胶薄膜具有良好的亲水性、适宜的力学性能和优异的保湿能力。同时，CuO/APT复合纳米酶赋予该凝胶敷料优异的耐药菌抑制效果，对MRSA的抑制率高达99.8%（图5）。在MRSA感染的全层皮肤缺损大鼠模型中，该复合薄膜能够有效清除细菌、调节炎症反应、促进胶原沉积与组织再生，加速伤口愈合，促进成纤维细胞迁移。 上述研究成功构筑了一种兼具高效光催化抗菌与主动促愈合功能的新型伤口敷料，为临床治疗耐药菌感染创面提供了材料支撑。该研究工作以“Nano-functionalized biopolymer films with green-synthesized CuO/Attapulgite for light-promoted antibacterial therapy and wound healing”为题发表在Small（2026, 0:e11910）上。 图4.CuO/APT-KC/CC凝胶膜敷料的制备和抗菌应用示意图 图5.CuO/APT-KC/CC凝胶膜的抗耐药菌活性和作用机理 上述工作得到了国家自然科学基金、甘肃省基础研究创新群体、甘肃省自然科学基金等项目的支持。
兰州化物所聚合物-金属互穿相复合材料功能化设计研究获系列进展 2026-02-03 在聚合物复合润滑材料领域，现有方法主要采用零维、一维或二维功能填料复合改性，功能填料含量较低往往不足以形成连续相。聚合物仍然是复合材料内唯一的连续相，导致其力学强度、导热性能和耐磨性能在很大程度上受制于聚合物基体。 中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室聚合物摩擦学课题组，以三维连续金属骨架为增强相，以研制聚四氟乙烯树脂细粉或乳液为基体，采用液相浸渍、热烧结制备泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料，通过结构参数调控、基体改性、界面构筑和基体/界面协同改性方法，拓展了泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料在润滑领域的功能化应用。 研究人员研究了金属骨架材料、孔隙率和面密度对连续相复合材料性能的影响规律，结果表明，泡沫镍与聚四氟乙烯具有最优的亲和性，表现为良好的界面结合与高填充率。随孔隙率降低、面密度增加，泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料力学强度、摩擦磨损性能、导热性能均随之升高。特别是，以2%体积分数、孔隙率80%泡沫镍增强聚四氟乙烯复合材料时，拉伸强度超过50 MPa，导热系数达15.26 W/(m·K)，磨损率下降98.7%，解决了传统聚四氟乙烯复合材料增强效果受制于基体的瓶颈问题。相关研究结果发表在 Friction（2025, 13(5): 9440948）和Tribology International（2025: 111346）上。 图1. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料孔隙率分析 图2. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料磨损机制及性能 研究人员还研究了无机填料引入对泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料性能的增强机制，结果表明，碳纳米管在三维微米泡沫镍表面形成纳米网状结构，促进了界面应力传递与热量耗散，显著提升了力学强度与导热性能。得益于泡沫镍与碳纳米管形成的三维微/纳网络，复合材料输出电流提高至1.5μA，是纯聚四氟乙烯的30倍。摩擦起电响应长效稳定，与不同摩擦副具有普适性，展示了互穿相复合材料具备优异导电特性，可作为高效能量收集的摩擦电材料。相关研究结果发表在Small（2025, 21(5):2409607）上。 图3. 微纳复合网络增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计 针对泡沫金属与聚四氟乙烯异质界面结合弱的问题，研究人员采用氟硅烷偶联剂对泡沫镍三维连续界面进行液相氟化改性，同时在基体中引入少量氟化石墨。结果表明，界面-基体“双氟化”的设计有效增强了泡沫镍与聚四氟乙烯之间的界面结合，从而抑制外力拉伸时的变形与裂纹扩展；少量氟化石墨的引入增强了PTFE连续相的硬度、模量，使得双连续相复合材料的导热系数提升至1.3 W/(m·K)。得益于由聚四氟乙烯、镍磨屑与氟化石墨在金属配副表面形成的复合摩擦转移膜，进一步改善了复合物的摩擦学性能，磨损率下降90.7%。相关研究结果发表在Composites Part B: Engineering（2025: 112816）上。 图4. 界面-基体“双氟化”增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计 苏瑜洁博士生为论文第一作者，刘昊副研究员、于强亮研究员、王建章研究员为共同通讯作者。 上述研究工作得到了国家重点研发计划项目的支持。 兰州化物所聚合物-金属互穿相复合材料功能化设计研究获系列进展 来源：润滑材料全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-02-03;;|;;【;大;;中;;小;】 来源：润滑材料全国重点实验室;;|;;发布时间：2026-02-03;;|;;【;大;;中;;小;】;;|;;【打印】;【关闭】 在聚合物复合润滑材料领域，现有方法主要采用零维、一维或二维功能填料复合改性，功能填料含量较低往往不足以形成连续相。聚合物仍然是复合材料内唯一的连续相，导致其力学强度、导热性能和耐磨性能在很大程度上受制于聚合物基体。 中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室聚合物摩擦学课题组，以三维连续金属骨架为增强相，以研制聚四氟乙烯树脂细粉或乳液为基体，采用液相浸渍、热烧结制备泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料，通过结构参数调控、基体改性、界面构筑和基体/界面协同改性方法，拓展了泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料在润滑领域的功能化应用。 研究人员研究了金属骨架材料、孔隙率和面密度对连续相复合材料性能的影响规律，结果表明，泡沫镍与聚四氟乙烯具有最优的亲和性，表现为良好的界面结合与高填充率。随孔隙率降低、面密度增加，泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料力学强度、摩擦磨损性能、导热性能均随之升高。特别是，以2%体积分数、孔隙率80%泡沫镍增强聚四氟乙烯复合材料时，拉伸强度超过50 MPa，导热系数达15.26 W/(m·K)，磨损率下降98.7%，解决了传统聚四氟乙烯复合材料增强效果受制于基体的瓶颈问题。相关研究结果发表在 Friction（2025, 13(5): 9440948）和Tribology International（2025: 111346）上。 图1. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料孔隙率分析 图2. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料磨损机制及性能 研究人员还研究了无机填料引入对泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料性能的增强机制，结果表明，碳纳米管在三维微米泡沫镍表面形成纳米网状结构，促进了界面应力传递与热量耗散，显著提升了力学强度与导热性能。得益于泡沫镍与碳纳米管形成的三维微/纳网络，复合材料输出电流提高至1.5μA，是纯聚四氟乙烯的30倍。摩擦起电响应长效稳定，与不同摩擦副具有普适性，展示了互穿相复合材料具备优异导电特性，可作为高效能量收集的摩擦电材料。相关研究结果发表在Small（2025, 21(5):2409607）上。 图3. 微纳复合网络增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计 针对泡沫金属与聚四氟乙烯异质界面结合弱的问题，研究人员采用氟硅烷偶联剂对泡沫镍三维连续界面进行液相氟化改性，同时在基体中引入少量氟化石墨。结果表明，界面-基体“双氟化”的设计有效增强了泡沫镍与聚四氟乙烯之间的界面结合，从而抑制外力拉伸时的变形与裂纹扩展；少量氟化石墨的引入增强了PTFE连续相的硬度、模量，使得双连续相复合材料的导热系数提升至1.3 W/(m·K)。得益于由聚四氟乙烯、镍磨屑与氟化石墨在金属配副表面形成的复合摩擦转移膜，进一步改善了复合物的摩擦学性能，磨损率下降90.7%。相关研究结果发表在Composites Part B: Engineering（2025: 112816）上。 图4. 界面-基体“双氟化”增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计 苏瑜洁博士生为论文第一作者，刘昊副研究员、于强亮研究员、王建章研究员为共同通讯作者。 上述研究工作得到了国家重点研发计划项目的支持。
分子动力学模拟揭示化学机械抛光及CMP后清洗原子尺度核心问题：简明综述 2026-01-07 第一作者与单位Lifei Zhang，清华大学机械工程系/摩擦学国家重点实验室，北京 100084通讯作者与单位Xinchun Lu，清华大学机械工程系/摩擦学国家战略实验室，北京 100084文章链接https://doi.org/10.26599/FRICT.2025.9441197综述亮点首次将“经典MD-ReaxFF-TB-QC MD-AIMD”四级分子动力学框架系统用于CMP及后清洗，实现从百万原子机械去除到<100 原子量子键断裂的全链条原子可视化；给出“应力-键级-电荷转移”三元定量映射，为3 nm 节点“零缺陷、零残留”工艺窗口提供可计算判据。综述背景随着3 nm 节点逼近，CMP 需同时满足原子级平坦（<0.2 nm RMS）与近零污染（粒子≤1 × 10⁹ cm⁻²）。传统Preston 方程仅宏观唯象，无法回答“Si–O–Si 桥键何时断裂”“Cu–O 插入势垒几何”等原子问题。MD 被寄望成为“计算显微镜”，但单一方法在尺度-精度-化学三轴上失衡，亟需“多阶MD 工具链”贯通。核心思路构建四级MD 梯次：① Classical MD（>10⁶ 原子，μs）——磨粒滑动/滚动/嵌入力学；② ReaxFF MD（10³–10⁵ 原子，ns）——键断裂-形成实时追踪；③ TB-QC MD（10²–10⁴ 原子，ps-ns）——电荷转移与能垒；④ AIMD（<10³ 原子，<100 ps）——量子化学精确路径。以“Si-Cu-Ni-P-石英-钻石”六大体系为标杆，覆盖介电、金属、合金、硬脆材料；同步实验AFM/Raman/TOF-SIMS 验证。建立“应力→键级→电荷转移→去除/残留”定量链，输出工艺阈值（压力≤x GPa、氧化剂≤y wt %、清洗pH≈z）。主要结论1、经典MD 首次给出“滚动-滑动”相图：当e/h < 0.42 且μ < 0.25 时，磨粒由滚动转为滑动，MRR 提升3倍，表面粗糙度下降30 %。2、ReaxFF 发现“双桥键断裂”普适机制：Si(100)-H₂O₂-SiO₂ 界面先形成Si–O–Si 桥键，再于拉伸应变ε = 0.18 处断裂，Eact 由5.1 eV 降至4.0 eV，与实验MRR 增强倍数定量吻合。3、TB-QC MD 揭示Cu(111)“力学触发-氧插入”为决速步：剪切应力使吸附O 插入亚表面势垒28 kcal mol⁻¹，电子转移0.32 e，决定MRR 对压力呈线性增长。4、AIMD 给出Ni-P 合金“化学牙齿”模型：SiO₂ 磨粒优先吸附孤立Ni 原子，Si–O–Ni 键能−13.3 eV，比Al₂O₃ 高6倍，据此优选出SiO₂ 磨粒，实验粗糙度降至0.08 nm。5、后清洗段：ReaxFF+实验证实，30 % RH 水膜可使SiO₂ 粒子再沉积率下降80 %；CeO₂(111) 面因六方吸附位形成五配位Si，清洗效率比(100) 面高2.3×。6、建立BEP 线性普适律：Eact = 0.54Erxn + 3.82 (R² = 0.99)，适用于Si-O、Cu-O、C-O 等体系，实现“反应热→活化能”秒算，为浆料高通量筛选提供接口。结语本文首次用“四级MD工具箱”贯通CMP全原子过程，给出“应力-键级-电荷”定量映射，为半导体原子级制造提供“算得准、用得上的”理论操作系统。将宏观MRR、微观应力与量子键断裂无缝串联，为3 nm 及以下节点“原子级平坦+零残留”提供可计算、可预测、可扩展的通用平台；BEP 律与“应力-键级-电荷”映射已嵌入商用浆料设计软件，实现由“试错”走向“算赢”。
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