环境与化学工程学院2024届硕士研究生科研工作取得丰硕成果，张红艳、曹清鹏和杨冰等同学先后在Applied Catalysis B: Environmental（中科院1区期刊，IF=22.1）、Chemical Engineering Journal（中科院1区期刊，IF=16.744）、Journal of Materials Science & Technology（中科院1区期刊，IF=10.9）、Journal of Materials Chemistry A（中科院2区期刊，IF=11.9）等化学化工领域的高水平SCI期刊发表论文。截止目前，2024届环境与化学工程学院的18名硕士研究生，共发表SCI/EI收录论文32篇，其中一区论文7篇，二区论文7篇，影响因子10.0以上共计5篇。
张红艳同学在Applied Catalysis B: Environmental（中科院1区Top期刊，IF=22.1）报道了一种利用碳-氮结构与铁-镍之间形成强p-d轨道杂化作用来提升催化性能的方法。氢气已经成为缓解当前环境污染及能源危机问题的一种理想的清洁、高能源密度、且可再生的新型能源。其中，电解水是一种绿色制氢方法，已经得到广泛认可。电解水制氢的效率在极大程度上取决于所使用的催化剂的性能。过渡金属因其储量丰富和成本低，成为最具有研究和应用前景的催化剂来源。而如何提高过渡金属基催化剂的性能以及稳定性是当前的研究热点。作者在FeNi-P中加入C3N4，使得C3N4中的高电负性N原子吸引金属原子上的电子，从而加强OER中间体在Ni位的吸附。另一方面，C3N4中的N原子通过配位键与Fe原子共享孤对电子，削弱了含氧中间体在Fe位上的吸附，最终提高Ni位点的催化活性，活化Fe位点。电化学测试表明，在碱性环境中该催化剂表现出优异的（Oxygen Evolution Reaction, OER）OER催化活性，只需235 mV的过电位即可实现100 mA cm-2的电流密度，比商用贵金属催化剂IrO2的过电位低49 mV，比RuO2的过电位低88 mV，该催化剂的Tafel斜率也较小，仅为40.4 mV dec-1。并且该催化剂具有优异的催化稳定性和耐久性，在100 mA cm-2的高电流密度下连续工作55 h后，电流密度仅下降3%。这些发现提供了有价值的见解，并为设计高活性的电催化剂提供了有效的策略。
FeNi-P和FeNi-C3N4-P中Fe-Ni双中心的OER机理和催化结构
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123391）
曹清鹏同学在Chemical Engineering Journal（中科院1区期刊，IF=15.4）期刊上发表研究论文2篇。作者提出主链嵌段与侧链封装并用策略（SEMB）将三嗪TADF发光单元进行有效的封装保护，从而抑制聚合物分子内与分子间的浓度猝灭效应。咔唑和刚性双酚芴被巧妙地引入三嗪-咔唑发光核心的外围，通过柔性烷基链巧妙地引入大体积咔唑和双酚芴作为封装和嵌段单元。溶液法制备的蓝光，白光OLED均获得良好的器件效率。同时成功制备了首款基于TADF聚合物的柔性OLED，揭示了SEMB策略的潜力和重要性，为TADF聚合物设计开辟了一条新的途径。此外，作者开发了一类柔性TADF聚合物作为钙钛矿量子点发光器件（PeLED）的功能性添加剂，有利于增强疏水性、热稳定性、均匀结晶度和发光性能。结果表明，TADF聚合物修饰的PeLED的电流效率高达66.1 cd A-1，外部量子效率为17.4%，并且具有较小的效率滚降和优异的色纯度，充分彰显了半导体TADF聚合物作为一种功能性添加剂可以进一步提高柔性钙钛矿电致发光器件性能。
基于TADF聚合物材料的OLED和PeLED的器件发光图以及机理图
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143088；https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145749）
杨冰同学先后在Journal of Materials Science & Technology（中科院1区TOP，IF 10.9，封面文章）及Journal of Materials Chemistry A（中科院2区TOP，IF 11.9）期刊上发表研究论文2篇。通过调控合成S型含氧空位的BiOAc1-xBrx/BiOBr光阴极与Z型TiO2/GO/g-C3N4光阳极，构建光电催化燃料电池装置，研究表明，当Br/Bi的摩尔比为0.8（x=0.8）、pH=2、浓度为60 mg·L-1时，光阴极TC的降解率达到96.33%（120分钟），分别是单一BiOBr和BiOAc的5.29倍和3.76倍。系统电池电压达0.64 V，功率密度为0.71 mW·cm−2，添加少量过硫酸盐对提高导电性有明显效果，探究了光电催化燃料电池中电子的产生、传递与污染物降解机理。利用高效液相色谱质谱分析了TC降解的中间产物，结合密度泛函理论计算探究了TC的最佳降解路径。另外，通过制备S型异质结MoS2-rGO/ZnO与BiOBr/g-C3N4催化剂，与2D网状结构PVDF-HFP复合制备了纳米球复合光催化膜材料，构建了一种新型压电耦合光催化薄膜燃料电池系统。在90分钟内的降解效率分别达93.41%（阴极）与91.46%（阳极），实现了两极污染物的高效去除。压电场效应在两极光催化降解过程中起主导作用，TOC去除率达85.61%。以上研究为S型异质结催化剂在燃料电池中的应用提出了新的方案，为今后构建绿色、稳定、节能的新型催化剂提供了新思路。
Z-S型光电催化燃料电池系统抗生素降解机理示意图
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.12.004;https://doi.org/10.1039/D4TA01361A）
黄佳丽同学先后在Organic Chemistry Frontiers（中科院1区期刊，IF=5.400）、Organic Letters（中科院1区期刊，IF=5.200）和The Journal of Organic Chemistry（中科院2区期刊，IF=3.6）等期刊上发表研究论文4篇。作者基于钯催化的一氧化碳插入反应以及内炔的插入反应构建重要的杂环骨架。
作者首次通过钯催化的一氧化碳插入反应实现吲哚类化合的去芳构化反应，构建一系列重要的含羰全碳季碳螺环分子。同时，对初步进行了不对称尝试，以中等的产率和中等的ee值获得产物。虽然一氧化碳是一种廉价且易得的工业原料，但其具有高毒性和易燃的特点，某些情况下，还需要高压条件，这大大限制其使用范围。于是作者对一氧化碳气体的替代物进行探索，寻找更具安全性、稳定性和易处理的羰基化试剂，最终发现Co2(CO)8是最佳固体羰基化试剂。先后分别通过钯催化的羰基化去芳构化反应构建了含羰基的全碳季碳螺环骨架，通过钯催化二芳基胺双碳氢活化插羰反应构建吖啶酮以及通过钯催化吡啶羰基化环化以构建吡啶异喹啉酮与吡啶喹唑啉酮分子。
另外，作者还通过钯催化的炔烃插入反应与去芳构化反应结合以制备螺环假吲哚。该方法具有官能团兼容性较好，步骤简单、底物普适性广的优势。合成得到的杂环分子在药物研发、生物活性分子、有机半导体等领域有重要的应用前景。
基于一氧化碳插入反应构建杂环分子
基于炔烃插入反应构建重要的全碳季碳螺环假吲哚分子
（论文链接：https://doi.org/10.1039/D3QO01014G；https://doi.org/10.1021/acs.orglett.3c02013；https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c01041；https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c02287）
高明会同学使用卡宾铜作为催化剂，以稳定、无异味的硫代磺酸酯为亲电性试剂，成功捕获内炔烃生成的烯基铜试剂，实现了(E)-乙烯基硫醚类化合物的高选择性合成，相关研究成果在中科院1区期刊Organic Chemistry Frontiers (IF 5.4)上发表。烯基硫醚广泛应用于合成化学和材料科学，并常见于天然产物、药物和生物活性分子中。与研究较多的末端炔相比，内炔烃硫氢化较少受到关注，主要原因是碳碳三键表现出相对较低的反应活性，并且在加成过程中难以控制区域选择性和立体选择性。在该研究中，作者使用卡宾铜IMesCuCl作为催化剂，三乙氧基硅烷为氢源，使非活化内炔烃生成烯基铜，随后使用稳定、无异味的硫代磺酸酯捕获，成功实现了(E)-乙烯基硫醚的合成。由于铜氢对炔烃是syn加成，催化反应的产物是E式构型，具有高度立体选择性和区域选择性。本研究将在合成化学、药物、天然产物以及材料科学中具有重要意义。
铜催化(E)-乙烯基硫醚化合物的高选择性合成
（论文链接：https://doi.org/10.1039/D4QO00448E）
郭会琳同学在Journal of Alloys and Compounds（中科院二区TOP，影响因子6.2）期刊上报道了一种MoS2/Bi4O5Br2/PVDF-HFP压电协同光催化膜材料，并探究了其废水净化性能。作者以有机聚合物PVDF-HFP（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）为基底，通过简单的相转化法将MoS2/Bi4O5Br2纳米颗粒均匀负载于PVDF-HFP膜上，制备出了具有压电-光催化双重催化作用的MoS2/Bi4O5Br2/PVDF-HFP膜。一方面，MoS2和Bi4O5Br2复合形成了Z-scheme异质结，从而形成了内置电场，可有效提高载流子的分离效率，同时保留了复合材料较高的氧化还原能力；另一方面，制备的MoS2/Bi4O5Br2/PVDF-HFP膜比单一的MoS2和PVDF-HFP具有更强的压电性能，在施加外力作用下，产生的极化电场能更有效地促进载流子的分离，从而提高了光催化性能。60 min内该膜对罗丹明B、盐酸四环素和盐酸小檗碱的降解率分别达到98.9%、92.2%和92.6%。此外，经过多次循环实验后，MoS2/Bi4O5Br2/PVDF-HFP膜对污染物的降解率仍能达到96.7%，这表明所制备的薄膜材料具有良好的稳定性。同时，密度泛函理论计算（DFT）进一步证明了压电效应可促进电子产生，从而提高光催化效率。
MoS2/Bi4O5Br2/PVDF-HFP膜压电-光催化降解污染物机理示意图
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174938）
周意成同学在Microchemical Journal（中科院2区期刊，IF 4.8）期刊中报道了一种新型纳米复合材料MnTMPyP/LaTa2O7，用于电化学检测抗坏血酸和尿酸。通过离子交换法将卟啉-锰(III) (MnTMPyP)插入到RbLaTa2O7的层状结构中，合成了纳米复合材料MnTMPyP/LaTa2O7，再探索其在电化学传感器中的应用。MnTMPyP/LaTa2O7/GCE表现出较大的电化学活性面积(0.106 cm2)，更小的电化学转移电阻(43.1 Ω)，复合后得到的纳米材料的电子转移能力有了很大的提高，对抗坏血酸和尿酸具有良好的电化学氧化性能。此外，MnTMPyP/LaTa2O7/GCE还具有良好的长期稳定性和抗干扰能力。对MnTMPyP/LaTa2O7/GCE进行实际样品分析时，其检测灵敏度和准确度都比较高。
MnTMPyP/LaTa2O7纳米复合材料的制备流程示意图以及在抗坏血酸和尿酸检测中的应用
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.110439）
纪翔同学在Molecular Catalysis（中科院二区，影响因子4.6）期刊上报道了一种制备零价钯纳米催化剂的简便方法，及其在各种芳基卤化物与烯烃的Heck偶联反应中的应用。作者以多孔阳极氧化TiO2纳米管（ATNTs）为载体，通过简单的光还原法将平均粒径为8.01 nm Pd纳米颗粒均匀负载于ATNTs的管壁上，制备出了一种新型零价钯纳米催化剂（Pd@ATNTs）。Pd@ATNTs在碘苯和丙烯酸甲酯的Heck偶联反应中呈现出优异的催化活性，30 min内反应转化率可达90.9%，对应的TOF可达1010 h-1。同时，该催化剂普适性好，对一系列芳基卤化物和烯烃均有良好的催化效率。ATNTs的一维结构的限域效应可以减少Pd纳米颗粒的流失，大大提升非均相催化剂的稳定性，Pd@ATNTs循环使用10次后仍能达到92.5%的转化率。
Pd@ATNTs催化剂的制备及其在Heck反应中的应用
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113463）
乔守宁同学在Plant Pathology（中科院2区期刊，IF 2.7）期刊上报道了从各省小麦籽粒中分离得到282株链格孢菌株，利用ASA10和ASA19两个信息位点进行系统发育分析，结果表明所有菌株均属于链格孢菌（Alternaria alternata），且分离的菌株遗传多样性较低，与地理来源关系不明显；以大米为基质对代表性菌株的次生代谢物进行了评价，大部分菌株都能合成高浓度交链孢毒素（altertoxins-I，ATX-Ⅰ），而交链孢烯（altenuene，ALT）的检出率和含量都低于交链孢酚（alternariol，AOH）及其衍生物交链孢酚单甲醚（alternariol monomethyl ether，AME）；在小麦花期喷施链格孢菌的分生孢子后，麦穗上并没有引起明显的症状，但在接种后的籽粒中检测到高浓度的ATX-Ⅰ和链格孢菌的DNA；代表性链格孢菌株离体条件下都能引起苹果果实典型的腐烂症状，并且积累产生四种典型的链格孢毒素。本研究对小麦链格孢菌种群组成进行分析，将为毒理学风险评估和霉菌毒素管理领域提供重要理论基础。
小麦链格孢菌株的系统发育、代谢和致病特性
（论文链接：https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppa.13880）
以上研究成果均以江苏海洋大学为第一完成单位，研究生本人为第一作者或导师第一，研究生为第二作者发表。
环境与化学工程学院始终把提高研究生培养质量放在首位，紧抓研究生各个培养环节，加强培养过程管理，采取加强论文写作指导、学位论文多级审核等一系列措施全面强化培养过程监控，加大研究生教育改革与创新力度，全方位提升研究生培养质量。这些成果的取得将鼓舞和激励全院师生继续发扬勇攀高峰、敢为人先的创新精神，研发具有基础研究和应用研究价值的原创性成果，提升我院整体科研水平，为江苏海洋大学的内涵建设、高质发展贡献智慧和力量。
