志存高远 励精图治开拓进取 务实创新
头条新闻
-
刘睿课题组在Pd表面活性H行为研究取得重要进展中国科学院生态环境研究中心刘睿课题组在活性H的生成和表面迁移行为原位追踪方面取得重要研究进展，该研究成果以“ReactiveHydrogenSpeciesBehaviorsonPd/TiN:InsituSERSGuidedRegulationforChemoselectiveHydrogenation”为题，在线发表于AngewChemIntEdit期刊上，并被选为热点文章（Hotpaper）。作为催化加氢还原反应的关键步骤，活性H生成与迁移过程不仅直接影响贵金属催化剂的利用效率，更是调控产物选择性的基础。H2的解离和表面迁移过程非常复杂，不仅存在均列和异裂两个不同的解离方式,生成的H物种还可以跨界面传输，迁移到载体表面，即所谓H-溢流过程。作为最小的,且高度活泼的分析物，活性H物种分析和追踪颇具挑战性。为解决这一难题，刘睿课题组提出一种基于化学键示踪的策略，用于追踪活性氢的动态行为：H₂在Pd表面解离后形成Pd-H键，当活性H迁移至载体表面时则会形成对应的化学键（如在氮化物表面形成具有特征振动光谱的N-H键）。通过监测νPd-H振动峰可追踪H₂的解离过程，而νN-H振动峰则能指示活性H向TiN载体的迁移路径，从而实现通过N-H键对活性氢的示踪。结合原位光谱实验和理论计算，研究发现Pdₙ团簇位点在H2/D2解离、H/D向TiN转移以及H/D*在TiN表面迁移这三个关键过程中均展现出最低的能垒,可能是较为理想的催化加氢位点。图.利用νN-D/νPd-D比值定量Pd1与Pdn位点相对丰度。基于上述结果，研究发展了以D2分子为探针，利用νN-D/νPd-D比值作为结构判据的原位SERS解析Pd位点结构新方法。通过该方法系统分析了不同合成方法制备的Pd/TiN催化剂，筛选了合成富集单原子（Pd1）和团簇（Pdₙ）的催化剂的方法。催化研究表明，Pd1/TiN催化剂通过异裂解离H₂和选择性还原硝基，在卤代硝基苯加氢反应中展现出卓越性能，可实现99.5%的卤代苯胺选择性。而Pd1/TiN催化剂在苯酚加氢反应中表现出独特的双功能特性：Pd团簇高效解离H₂产生活性氢物种（H-溢流效应），TiN作为反应中心催化苯酚加氢，二者协同作用实现了室温常压下的超高效率（>99.9%环己酮选择性，TOF>30min-1）。这一研究不仅揭示了Pd位点结构对活性H行为影响的机制，建立了Pd活性位点的光谱表征新方法，更为深入研究催化过程中的“合成—结构—活性”关系提供了参考。中国科学院生态环境研究中心博士研究生张小玲为论文第一作者，刘睿研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金以及中科院青促会优秀会员的支持。环境化学与环境毒理重点实验室2025年4月1日2025-04-01 -
刘睿课题组高精度温度场分布测量及表界面反应机制研究取得进展2025年3月，刘睿课题组发展了基于表面增强拉曼光谱（SERS）的表—界面亚微米尺度温度场分布测量方法，该方法为深入研究反应发生在表面还是界面这个有趣的问题提供了新的思路。相关研究以“Surface-EnhancedRamanSpectroscopy-BasedSpatialTemperatureProfilinginSpace-ConfinedHollowCarbonNanospheresforaReactionMechanismStudy”为题，发表于AnalyticalChemistry期刊。温度是最基本的物理化学参数之一，通过温度调控反应速率也是化学工程、能源转换及环境治理等领域常用的策略。近年来研究还发现，通过近场光热效应可以显著提升局部温度，精准加快限域空间内的化学反应速率。然而，传统测温技术普遍存在空间分辨率和灵敏度不足的问题，难于满足亚微米的限域空间温度场的高灵敏分析。本研究结合金纳米颗粒的亚微米级空间定位特性与对温度敏感的苯异腈分子，成功构建了亚微米分辨率的表——界面空间温度测量方法。基于构建纳米传感器系统，深入解析了中空碳纳米球（HCNS）在光热转换过程中内部、外表界和体相溶液的温度梯度分布。利用发展的方法，研究证实了太阳辐照条件下HCNS纳米腔内部存在显著温升现象，并揭示出纳米腔与表面间的显著温差。结合温度场空间分布特征，以及反应动力学与温度间的关系，研究明确单原子铁活化过一硫酸盐氧化苯酚反应发生在催化剂-溶液的界面，而不是催化剂表面。该工作不仅为SERS纳米温度传感器设计提供了新思路，更通过反应位点空间定位为机理研究开辟了新维度。该工作获得中国科学院战略性先导专项B、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会的资助。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c063212025-03-31 -
中心荣获中国科学院2024年度国际科技合作工作先进单位近日，全院对2024年度国际科技合作工作进行了评估，中心以综合排名前10%荣获“中国科学院2024年度国际科技合作工作先进单位”称号，通报表彰中心在人员科技交流、项目组织实施、国合治理能力提升等方面的举措与成绩。中心将持续深入贯彻落实院党组关于加强国际科技合作的任务部署，不断深化与世界一流机构的务实合作，利用多边机制进一步参与全球生态环境科技治理，扎实推进环境科技海外合作基地建设，以更高水平国际合作，支撑抢占生态环境科技制高点，服务国家及全球可持续发展。国际合作处2025年3月28日2025-03-28
-
栾富波课题组在地下水中砷铀同步去除方面取得进展中国科学院生态环境研究中心栾富波课题组在地下水中砷铀同步去除方面取得进展，提出了TiO2–U(VI)–As(V)三元表面络合新机制，成功实现了地下水中砷和铀的高效同步去除。相关研究成果“TernarysurfacecomplexationpromotessimultaneousremovalofarsenicanduraniumbyTiO2”为题发表于PNAS（2025,122(12)e2501354122）。由于地球化学作用，原生含砷和铀地下水分布广泛，对饮用水安全构成了潜在威胁。传统处理方法通常可单独去除砷或铀，但在两者共存情况下，这些方法往往去除效果不佳。研究发现，{001}-TiO2能够高效同步去除地下水中砷和铀。铀的存在显著增强了砷的吸附效率（3.4倍），极大地增强了砷和铀的协同去除效果。原位ATR-FTIR光谱结果表明，三元表面络合物（TiO2–U(Ⅵ)-As(V)）的形成是砷和铀协同去除的关键机制。具体而言，As(V)能够有效取代{001}-TiO2表面吸附U(Ⅵ)-CO32−络合物中的CO32−配体，并促成该三元络合物的生成。密度泛函理论（DFT）计算进一步证明了三元络合物形成过程的热力学可行性。此外，使用后的TiO₂材料可简单再生，经过重复使用后仍能保持优异的吸附容量和动力学性能。上述研究不仅揭示了砷和铀在矿物界面上的复杂作用机制，更为解决地下水中砷和铀同步去除难题提供了解决方案。TiO2–U(Ⅵ)-As(V)三元络合物形成机理中国科学院生态环境研究中心博士研究生林雷鸣和博士研究生李正为论文共同第一作者，生态环境研究中心栾富波研究员和孟颖助理研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2501354122环境水质学国家重点实验室2025年3月27日2025-03-27 -
中国建设科技集团到访中心
3月25日上午，中国建设科技集团股份有限公司党委书记、董事长孙英到中心调研交流并洽谈合作，党委委员、副总裁刘志鸿，下属中国城市建设研究院有限公司党委书记、董事长王学东等随行人员陪同调研并参加座谈。中心主任朱永官、副主任胡承志出席会议，王亚韡研究员、周伟奇研究员、刘振刚研究员、董慧峪研究员、张江浩副研究员等科研人员代表和相关职能部门负责人参加了此次交流，会议由胡承志主持。会前，孙英一行参观了中心实验室。胡承志代表中心对孙英一行的到来表示热烈欢迎，并介绍了中心基本情况。孙英感谢中心多年来对中国建设科技集团的支持，并介绍了目前集团各项业务的基本情况。双方就过往合作、城市建筑设计行业现状、待解决科学问题、项目联合申报、科技成果转化等方面开展深入的交流讨论。参观实验室孙英表示，此次来访进一步了解了中心在污染物治理、水质安全保障、空气净化、生态修复、绿色健康发展等方面的工作，加强了中国建科集团与生态环境中心的关系。希望以此为起点，开展互访互助、携手合作，拓展合作模式，积极开展项目合作、联合申报、标准制定、成果转化等方面的对接，推动合作双赢。朱永官对孙英的观点完全赞同，并进一步指出，中心与中国建设科技集团各有特色，优势互补，有很多的合作点，希望双方能够以本次交流为契机，围绕中国快速城镇化过程中的环境安全、生命健康，聚焦绿色建筑、健康宜居，探索创新驱动发展的合作机制，推动资源共享，合作共赢，实现科技赋能城市人居环境的可持续发展。中国建设科技集团有限公司是国务院国资委直属的大型骨干科技型中央企业，主营业务范围包括建筑工程、市政工程、规划咨询、生态环境、数字智慧、文化传承六大板块，是一家覆盖城乡建设领域各专业门类、整体实力领先的科技型中央企业。双方合影科技开发处2025年3月26日2025-03-26 -
王亚韡课题组在基于界面载流子调控的四溴双酚A光催化降解中H2O2持续产生研究中取得进展2025年3月，王亚韡课题组在基于界面载流子调控的四溴双酚A光催化降解中H2O2持续产生研究中取得进展，相关研究以“UnexpectedPersistentProductionofH2O2duringTetrabromobisphenolAPhotocatalyticDegradationBasedonInterfaceCarrierRegulation”为题，发表于AppliedCatalysisB:EnvironmentandEnergy期刊。光催化技术在H2O2生成和有机污染物降解方面展现出巨大的潜力。在传统的光催化产H2O2过程中，ORR技术被视为一种具有潜力的策略，即通过光催化剂上的光生e-将水中的溶解氧还原并转化为H2O2。在这一过程中，通常会添加牺牲性质子供体（如乙醇和异丙醇等）以促进H2O2的生成。这些质子供体通常会消耗光生h+，从而使更多的光生e-参与ORR过程生成H2O2。然而，额外添加质子供体不仅增加了成本，还由于光生h+和ROS的氧化能力未被充分利用，导致光催化系统的能量转换效率较低。因此，额外的能量输入和较低的能量转换效率限制了其实际应用。假设典型有机污染物在加入光催化系统后，能够与光生h+高效反应并作为质子供体发挥作用，那么H2O2将在这一过程中协同生成。同时，污染物也能被氧化和降解，从而实现污染物去除与H2O2生成的双重目的。然而，H2O2作为一种常见的ROS，在光催化过程中很容易分解为·OH和O2·-，然后参与有机污染物的降解。因此，耦合不同的光催化领域以构建一个既能降解污染物又能生成H2O2的双功能体系仍然是一个挑战。本研究发现在构建S型异质结ZrO2/ZnIn2S4光催化降解四溴双酚A（TBBPA）过程中，H2O2可持续产生和累积，这不同于传统有机污染物光催化降解中依赖于H2O2的高消耗。进一步系统研究了TBBPA溶液中ZrO2/ZnIn2S4界面光生载流子的界面迁移、ROS形成和转化及TBBPA降解协同H2O2生成过程及机制。结果表明，ZrO2/ZnIn2S4催化剂界面In、S和O原子的电子轨道重叠促进了光生载流子在异质结界面的离域和转移，进而提供大量具有高氧化还原电位的光生载流子。TBBPA吸附在催化剂表面后，其与ZrO2/ZnIn2S4之间形成表面电场（SEF），加速了光生空穴（h+）直接攻击TBBPA降解，促进其界面产生更多光生电子（e-）用于ORR反应生成H2O2。其中TBBPA及其降解中间产物的酚羟基β剪切反应是促进H2O2持续生成的关键路径。此双功能光催化体系还可以用于其他酚羟基化合物降解同时伴随H2O2的累积，这为光催化系统在废水资源化利用方面提供了新思路。该论文的第一作者为博士生王思龙，通讯作者为吕继涛副研究员和赵利霞研究员。华东理工大学杨雪晶教授为共同作者。该工作获得国家重点研究发展计划，中国科学院战略重点研究计划和国家自然科学基金的支持。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.1252742025-03-25 -
陈利顶课题组研究发现适度农田规模可以降低土壤抗生素暴露风险
中国科学院生态环境研究中心区域与城市生态安全全国重点实验室陈利顶课题组在农田景观格局优化与土壤抗生素风险防控方面取得新进展。研究结果以“Optimalfarmsizereducesglobalpoverty-inducedsoilantibioticexposurerisk”为题发表于NatureFood（https://doi.org/10.1038/s43016-025-01131-0）。农业活动会通过有机肥施用、污水灌溉等途径带来土壤抗生素污染。贫困地区多以小规模农田为主，农民工作强度大，与土壤接触相对较多，更容易暴露于土壤抗生素污染，面临相对较高的健康风险；大规模农田机械化生产可以降低土壤抗生素暴露风险，但也会减少劳动力需求，造成健康保障与生计维持之间的权衡。这由此带来两个科学问题：多大规模的农田景观能够降低二者之间的权衡关系哪些地区需要开展农田景观规模调整本研究通过构建人群暴露风险评估模型，揭示了全球范围内农民土壤抗生素暴露风险的空间格局，并分析了收入水平和农业规模化经营对土壤抗生素暴露风险的影响，发现小规模农田（<50公顷）将导致农民面临较高的暴露风险，尤其是在相对贫困地区。为有效平衡农民暴露风险、就业机会和劳动时间三者之间的关系，需要进行适度的农田规模化经营，研究发现其最适宜的规模约为1000公顷。研究进一步通过空间优化算法评估了地形和贫困约束下农田景观规模调整的空间适宜性，识别了全球优先区域，发现在前44%的优先区域（该区域暴露风险较高，以小规模农田为主，且低收入农民较少）进行农田景观规模优化可实现社会—生态效益最大化。研究结果凸显了农田景观规模调整在降低土壤污染暴露风险和推动可持续农业实践方面的重要性。尽管当今农业规模化经营已成为发展趋势，但本研究也强调通过规模化经营降低土壤抗生素暴露风险的同时，需权衡其带来的社会效益与风险，特别是在低收入地区，保持一定比例的小规模农田对确保农民生计至关重要。中心2021届博士赵方凯（现为云南大学生态与环境学院副教授）为论文第一作者，杨磊研究员和陈利顶研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、区域与城市生态安全全国重点实验室开放基金、云南省西南联合研究生院科技专项等项目的支持。区域与城市生态安全全国重点实验室2025年3月10日2025-03-10 -
贺泓院士团队在甲醇重整制氢研究方面取得重要进展中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在甲醇重整制氢方面取得重要研究进展，该研究成果以“Optimizingselectivityviasteeringdominantreactionmechanismsinsteamreformingofmethanolforhydrogenproduction”为题，在线发表于NatureCommunications期刊上。在“碳达峰、碳中和”战略背景下，绿色氢能在推动能源结构演替方面发挥着至关重要的作用。甲醇水蒸气重整（MSR）制氢作为绿色氢能的重要来源之一，因其高效、可持续和低环境影响，成为研究者关注的重点。提高MSR反应的选择性和氢气产率是该领域亟待解决的关键科学问题，这直接影响到绿色氢能的经济性和应用价值。钯催化剂（Pd/ZnO）是MSR反应的一种典型催化剂，其目标反应途径为：PdZn合金上反应关键中间体CH2O*被水解离产生的OH*物种氧化为CO2和H2，但同时存在CH2O*直接分解为CO和H2的副反应竞争，导致目标产物的选择性较低。为解决这一问题，本研究提出了一种通过路径优化来精细调控选择性的策略。将Cu引入Pd/ZnO催化剂中，形成稳定的PdCu合金，有效调整催化反应动力学，降低水解离能垒，从而提供了更多活性羟基以促进CH2O*的氧化反应，提高了反应活性和目标产物选择性。同时，PdCu合金上CO解吸的能垒提高，有效抑制了CH2O*的分解，阻碍了副反应产物CO的生成。这一双重功能的调控显著提升了甲醇水蒸气重整制氢的活性和选择性。实验结果表明，优化后的PdCu1/ZnO催化剂的活性比传统Pd/ZnO催化剂提高2.3倍，并且CO选择性显著降低了75%。本研究通过识别并优化关键反应步骤，精细调控催化反应的选择性，为高效催化剂的设计合成及绿氢生产提供了重要指导。图1.PdCux/ZnO催化剂的(a)晶体结构，(b,c)微观形貌，MSR反应的(d)氢气产率，(e)CO选择性和甲醇转化率。中国科学院生态环境研究中心博士研究生张梦媛和助理研究员刘智为论文共同第一作者，生态环境研究中心徐光艳研究员、余运波研究员和美国宾夕法尼亚大学JosephS.Francisco教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金以及碳达峰碳中和生态环境技术专项的支持。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57274-y大气环境与污染控制实验室2025年2月28日2025-02-28 -
我中心与北京市生态环境局签订战略合作协议
2月10日，中心与北京市生态环境局在北京签署战略合作协议并举行座谈，中心主任朱永官院士与北京市生态环境局局长陈添分别代表双方签约。北京市生态环境局副局长刘贤姝，自然生态保护处处长曹志萍、副处长王海华，中心党委副书记、纪委书记占剑，中心欧阳志云研究员、周伟奇研究员等出席会议。中心科技处张洪与北京市生态环境局刘贤姝分别代表合作双方介绍了正在开展的工作和合作设想，一致认为双方在前期合作的基础上，加强沟通交流，扩大合作领域，助力双方事业发展和国家生态文明建设。朱永官与陈添做总结讲话，一致认为中心与北京市生态环境局已经联合开展了多项工作，具有坚实的合作基础，各自优势的互补性与互促性很强。要以本次签约为契机，扩大合作领域，在生态环境相关领域，共同推进美丽首都建设，践行生态文明思想落地。同时，立足北京大国首都定位，通过国际合作等平台，在国际上讲好北京如何引领大都市建设典范的中国故事，从生态环境保护和绿色发展的角度，提升我国的整体影响力。会上，双方还就GEP-R、城市微生物过程、大气污染治理研究、人才交流等共同关心的议题进行了深入交流。科技开发处区域与城市生态安全全国重点实验室2025年2月12日2025-02-12 -
中心召开2024年度学术委员会全体会议1月24日上午，中国科学院生态环境研究中心2024年度学术委员会全体会议顺利召开。会议由学术委员会主任曲久辉院士主持，中心学术委员会和青年学术委员会委员出席会议。会上中心专班负责人、人事处处长曹青和科技开发处处长张洪分别就中心项目专班及学科专班工作进展情况、研究组管理办法及考核赋分、年度中心代表性科技成果推荐工作和“十五五”规划部署情况四项议题进行了汇报。参会委员对议题展开了热烈讨论，并提出了建设性意见和建议。会议最后，曲久辉院士在讲话中强调，中心应继续聚焦国家重大需求和战略目标，主动谋划组织重大科技任务，进一步加强青年人才培养，充分利用人工智能技术，推动生态环境领域的科技创新。中心主任朱永官院士表示，本次研讨卓有成效，相关职能部门要认真吸收委员们的指导意见，推动专班工作落实落地，促进青年学术委员会发挥更大作用，为加强建制化科研提供重要抓手。本次会议的召开，为中心明确未来发展方向与重点任务提供了重要指导，为进一步扎实推进研究所改革、加快抢占生态环境科技制高点奠定了坚实基础。 科技开发处2025年1月26日2025-01-26