項目名稱： 綠色溶劑體系的化學熱力學性質及其應用研究

推薦單位： 北京市

項目簡介：

本項目屬于化學學科中化學熱力學與綠色化學的交叉領域。

綠色溶劑體系的化學熱力學及應用研究具有十分重要的意義。超臨界流體和許多離子液體是重要的綠色溶劑。本項目對超臨界流體、離子液體、超臨界流體/離子液體體系的化學熱力學性質及其在化學反應和材料科學中的應用開展了深入研究，取得系統性重要成果，主要包括：1）研制了十多套研究復雜超臨界流體體系、超臨界流體/離子液體體系化學熱力學性質和化學反應性質的新儀器，包括國際上首次報道的測量溶質在超臨界流體中溶解熱的量熱儀、同時測定超臨界流體/離子液體體系相平衡和粘度的儀器，在相行為與分子間相互作用熱力學實驗和理論研究方面取得系統性原創成果。2）首次提出用超臨界流體調控表面活性劑溶液體系熱力學性質和微觀結構的學術思想，開辟了化學熱力學、超臨界流體科學、膠體化學交叉的新研究方向，并率先開展相關研究。3）在超臨界流體、離子液體、超臨界流體/離子液體中的化學反應及反應體系的化學熱力學性質對化學反應性質的影響規律和機理研究方面取得原創性成果。4）提出了多種利用綠色溶劑特性制備功能材料的新思路和新方法，制備了一系列用傳統方法難以或無法制備的新型功能材料，在材料合成體系的熱力學性質對所制備材料結構和性能的影響規律和機理研究方面取得突破性進展。本項目推動了化學熱力學及相關學科的發展，對于超臨界流體和離子液體的應用具有重要指導意義。

本項目發表SCI論文277篇，其中在Angew Chem Int Ed、JACS、Adv Mater、Chem Eur J等影響因子大于3的期刊上發表106篇。撰寫專著1部，參加5部書的編寫，獲授權專利7項；在國際學術會議作大會報告和邀請報告41次；論文被他引2328次，其中在Science、Chem Rev、Angew Chem Int Ed、JACS等SCI期刊上他引2213次，10篇代表性論文他引397次（其中SCI他引376次）。引用者對本項目成果的創新性和重要意義給予充分肯定和高度評價。

主要發現點： 1. 核心發現點:

1) 發展了多種研究復雜超臨界流體體系、超臨界流體/離子液體體系化學熱力學性質的新方法，首次研制了可同時測定超臨界流體/離子液體體系相平衡和粘度的儀器和測量溶質在超臨界流體中溶解熱的量熱儀，深入系統研究了超臨界流體體系、離子液體體系和超臨界流體/離子液體體系的相行為、分子間相互作用熱力學。發現超臨界CO2/離子液體/有機物復雜體系中不同組分的逸度系數相差數百倍；發現超臨界流體中溶質的氫鍵締合為吸熱，氫鍵作用使溶質在超臨界流體中的溶解度大幅度增加等重要現象，并闡明了有關機理，提出了超臨界流體中共溶劑的作用機制。（化學熱力學，代表性論文1-2等）

2) 提出用超臨界流體調控表面活性劑溶液體系熱力學性質和微觀結構的學術思想，開辟了化學熱力學、超臨界流體科學和膠體化學交叉的新方向。首次發現超臨界CO2可以誘導反膠束的形成與破壞，提出了臨界膠束壓力的概念；發現一些非氟表面活性劑在超臨界CO2中可以形成反膠束；率先研究了以離子液體為極性核的新型微乳液體系的形成規律和機理以及超臨界CO2對其性質的調控作用。（化學熱力學，膠體化學與界面化學，代表論文3、4等）

3) 對超臨界流體、離子液體、超臨界流體/離子液體中的多種化學反應以及反應體系熱力學性質對化學反應性質的影響規律和機理進行了深入研究。發現超臨界CO2中多個化學反應的平衡轉化率在反應體系的臨界點附近出現極大值，并從熱力學角度闡明其機理；設計合成了多種新型功能離子液體，提出了用配體穩定離子液體中納米催化劑的新方法；發展了負載離子液體相的概念，并用于高效催化反應。（化學熱力學，有機合成化學，代表論文5-7 等）

4) 提出了多種利用綠色溶劑制備功能材料的新思路和新方法，制備了一系列用傳統方法難以或無法制備的新型功能材料。如提出用超臨界水一步合成金屬/碳納米管高效催化材料的新方法；發現一些無機鹽在超臨界流體中的熱分解溫度大幅度降低等現象，發展了低溫下一步法批量合成納米材料的方法，制備了多種金屬氧化物/碳納米管復合材料、具有特殊功能的高分子復合材料、納米金帶等。深入探索了體系熱力學性質對所制備材料結構性能的影響規律和機理。(化學熱力學，材料科學基礎學科，代表論文8、9等）

2. 其他重要發現點：

發現胍類離子液體對SO2具有良好的吸附和解吸性能，首次提出用離子液體吸收SO2的方法。（化學熱力學，代表性論文10）

主要完成人： 韓布興

作為課題負責人提出研究計劃與方案，提出本項目的主要學術思想與研究思路，對所有發現點均做出了重要貢獻。研制了多臺套儀器和裝置，進行了大量的研究工作。研究了一系列超臨界流體、離子液體、超臨界流體/離子液體體系的熱力學性質隨不同因素的變化規律和機理，建立理論模型；率先研究超臨界流體對膠束性質的調控作用、規律和機理，提出臨界膠束壓力的概念；發現綠色溶劑中多個化學反應具有奇異性，并進行理論和機理研究；提出了多種利用綠色溶劑合成功能材料的新思路和新方法，制備了一系列新型功能材料，本人在該項研究中的工作量占本人工作量的90％，是代表性論文1－6、8、10的通訊作者和7和9的通訊作者之一。

劉志敏

對所有發現點均做出了重要貢獻，研制了同時測定超臨界CO2/離子液體體系相行為及粘度的精密裝置，并對一系列模型體系和復雜體系的相行為和分子間相互作用進行研究，率先實驗研究了超臨界CO2對離子液體粘度的影響；發現多個化學反應的熱力學平衡常數在反應體系臨界點附近出現極大值；提出了多種利用綠色溶劑特性制備功能材料的新思路和新方法，制備了多種用傳統方法難以或無法制備的新型功能材料。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的90％，是代表性論文1的第一作者和9的通訊作者之一，是代表論文3、5、8、10的主要作者。

張建玲

對核心發現點2、4做出了重要貢獻。對多個超臨界流體體系的相行為和分子間相互作用熱力學性質進行研究；研究了多種超臨界流體-反膠束體系的熱力學性質和微觀結構隨不同因素的變化規律和機理；提出了用超臨界CO2對反膠束性質的調控作用制備納米材料的新方法，并制備了多種新型功能材料。本人在該項研究中的工作量占本人工作量的90％，是代表性論文8的第一作者、代表論文4的主要作者和多篇其他重要論文的第一作者。

姜濤

對核心發現點1、3做出了重要貢獻。對多個復雜超臨界流體體系的相行為和臨界性質隨不同因素的變化規律進行研究；研究了復雜反應體系相態對超臨界態下化學反應的影響，發現多個化學反應在反應體系臨界點附近的熱力學性質具有奇異性等，并研究其機理；對多個離子液體、超臨界CO2/離子液體中的化學反應進行研究，并發展了負載離子液體相的概念。在該項研究中的工作量占本人工作量的90％，是代表論文7的通訊作者之一和代表論文1、5、6等的主要作者。

閆海科

對核心發現點1做出了重要貢獻，在儀器研制的基礎上，研究了不同因素對溶質在超臨界流體中溶解度的影響規律，發現超臨界流體中氫鍵締合為吸熱等重要現象，提出了超臨界流體中氫鍵對溶質溶解度影響的機理，在該項研究中的工作量占本人工作量的60％，是代表論文2和一些其他重要論文的主要作者。