【項目基本情況】

▲項目類型

創新探索基金

▲項目名稱

石墨烯/金剛石耦合電催化納濾膜的構建與性能調控

▲項目簡介

電催化過濾膜（Electrocatalytic Membrane，ECM）有效結合膜分離和電催化氧化的優勢，膜材料既作為電催化陽極，又作為分離過濾膜，強化電催化降解效果的同時還可解決膜污染問題，被認為是一種工藝潔凈、發展潛力巨大且市場前景廣闊的分離技術。本項目利用化學氣相沉積技術，在三維微孔鈦基材料表面沉積摻硼金剛石（BDD）薄膜作為電催化支撐層，以二維片層石墨烯（GO）為選擇層分離層，通過“壓力協助自組裝”法制備GO/BDD耦合電催化納濾膜。以克服傳統處理過程中面臨的能耗高、效率低、選擇性差、催化劑難以負載等難題，為電催化膜過濾系統的研發與產品設計優化奠定理論基礎，提高我國在污水處理特別是高濃度有機廢水處理方面的技術水平。 

▲工作亮點

海洋與水環境日益受到關注，新型水處理技術不斷涌現。其中，膜分離兼具分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節能、環保、操作簡單、無需添加任何助劑等優勢，在循環經濟時代備受矚目；電化學催化氧化水處理技術利用陽極的直接或間接氧化作用可高效去除水中有機污染物，已被列為難降解有機廢水的國家標準推薦技術。電催化膜分離膜技術結合膜分離和電催化氧化的優勢，強化電催化降解效率的同時可有效解決膜污染與能耗控制難題，對于保障我國水資源高效利用和飲水安全具有重要的意義。

電催化膜過濾技術的核心是電催化分離膜的設計和優化，電催化分離膜主要由多孔基底和選擇分離層組成。BDD薄膜電極具有最寬的電化學窗口（~3 V）和極高的析氧過電位(2.4 V)，能夠將所有有機物氧化降解成二氧化碳和水，擁有傳統的貴金屬、金屬氧化物和石墨電極等不可比擬的優勢。因此，本項目創新地設計了3D-BDD-Ti電極作為多孔基底，從氣體配比優化、基底預處理等角度解決晶粒取向均勻生長、殘余應力控制等關鍵技術問題；結合壓力協助自組裝技術在3D-BDD-Ti表面沉積具有優異導電性（電子遷移率高達2×105 cm2/(V?s)）和抗氧化（氯氧化、自由基氧化等）能力的GO分離層，并對選擇分離層的孔徑進行調控，構建新型GO/BDD耦合電催化納濾膜，實現分子/離子等精準分離，為污水處理領域提供核心組件。

海洋功能薄膜材料與應用創新單元通過多年自主技術創新，重點突破了二維基底上的大面積（25cm*10cm）硼摻雜金剛石薄膜設計制備技術，成功研制金剛石基薄膜電極水處理系統，為本項目三維鈦基電催化基底的制備奠定了堅實基礎。在創新基金和團隊的支持下，已實現較大面積（φ5cm）電催化過濾膜的制備，發表一區TOP期刊論文1篇，申請專利1項。

【項目負責人基本情況】

張麗麗，女，2018年畢業于中國海洋大學，理學博士，助理研究員，現就職于海儀所（海洋學院）海洋功能薄膜材料與應用創新單元。近年來，圍繞水處理濾膜功能化與應用開展研究，具體包括分離膜微結構設計與調控、抗生物污染改性、電催化過濾膜的制備等。

目前，主持海儀所創新探索基金1項，參與國家發改委重大專項子課題、青島市科技惠民示范引導專項等科研項目。已在Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science等期刊發表論文10余篇，并多次參加國際學術會議。

▲個人工作感悟

感謝海儀所（海洋學院）為我們打造了良好的成長環境，作為一名剛剛步入崗位的青年科研工作者，今年有幸入選所（院）創新探索基金，既是未來研究工作的有力保障，又是對自己科研能力快速提升的重要助力。

在所（院）“拼搏、務實、開放、創新”核心價值觀的引領下，海儀人直面問題、迎難而上，不斷突破“卡脖子”技術，為建設海洋強國貢獻力量。在海儀精神的感染和團隊的幫助下，我的科研定位逐漸清晰，將堅持應用基礎研究與產品研發相結合，為建設一個天更藍、水更清、山更綠、看得見星星、聽得見鳥鳴的“美麗中國”貢獻自己的一份力量。

【背景介紹】

為激發海儀所科研創新活力，加強科研項目培育與中青年科研骨干培養，根據所（院）“11511”人才發展規劃，研究所于2020年開展了“海儀培養基金項目”和“海儀英才托舉計劃”兩大人才培養項目。此舉旨在打造人才培育成長金梯，拓寬符合科教融合新體制下的人才成長通道。

“海儀英才托舉計劃”即梯度培育“海儀優秀青年”、“海儀杰出青年”、“海儀中青年拔尖人才”、“海儀中青年領軍人才”，構筑海儀英才培育體系，實現人才興所（院）戰略愿景。

“海儀培養基金”即資助和扶持研究所中青年科研骨干開展探索性科學研究及其它具有重要應用前景的研究項目，含“國家基金扶持項目”、“優秀碩士基金”、“創新探索基金”、“博士啟動基金”等四類。

經過一年的培養，共培育海儀英才7人，即“海儀中青年拔尖人才”張穎穎，“海儀杰出青年”蓋志剛、王章軍、王波，“海儀優秀青年”曹璐、何傳林、姜子可。海儀培養基金共培育項目11個，其中創新基金項目4個（項目負責人：郝宗睿、薛博洋、胡桐、張麗麗），碩士基金項目6個（項目負責人：陳超、周燕、曹琳、任萬龍、鞏小東、萬曉正），博士基金項目1個（項目負責人：陳萍）。