材料化学学科方向介绍

新材料作为国民经济先导产业,是高端制造与国防工业的重要保障,已成为各国战略竞争的焦点。近年来我国高度重视新材料产业发展,相继出台了《“十三五”材料领域科技创新专项规划》、《中国制造2025》等一系列文件,推动新材料产业快速发展。化学是攻克高性能材料“卡脖子”问题的核心学科,其中化学理论和化学合成的协同创新是材料性能取得突破的关键所在。

我院材料化学是基于化学、化工及材料等学科领域长期积淀与发展形成的一门交叉学科,依托于“环境理论化学教育部重点实验室”、“能量转化与储能材料广东省工程技术研究中心”等省部级高水平科研平台,立足于粤港澳大湾区,面向华南地区社会经济主战场对高端材料的重大需求,通过化学理论、分子设计、化学合成等基础与应用基础研究,破解材料“高性能化”、“多功能化”、“智能化”等方面的难题。基于“专”而“精”的发展理念,经过数十年的努力,理论化学与环境材料、光化学与光电材料、合成化学与精细化工等几个方面在国内外已逐渐形成了自己的特色与优势,同时在人才培养、学术交流、产学研合作等方面也做出了重要贡献。

一、理论化学与环境材料

依托“环境理论化学教育部重点实验室”,以环境中的化学与材料问题为研究对象,结合理论模拟与实验研究,在分子层次上解决关键科学问题。面向环境污染物降解,发展新理论、探究新方法。针对与环境相关的复杂分子体系和聚集体,发展量子化学、化学动力学方法,研究该类分子体系的反应与转化,同时关注污染物的反应转化和降解。理论实验结合,设计合成新的环境功能材料。研究用于污染物降解的光催化材料和用于环境检测的新型发光材料的开发。结合理论计算、材料合成和分析检测等手段,设计合成光催化材料和发光材料。针对光催化剂降解污染物的光化学反应过程,探究光化学反应机理和高效降解路径。研究发光材料的结构与性能间构效关系,并基于此合成高灵敏度的发光材料,用于环境检测。开发复杂聚合物体系的多尺度模拟方法,对材料进行多尺度的理论研究。将机器学习领域中的各种算法,引入到动力学理论模拟研究中,探索环境功能材料微纳结构形成的热力学和动力学过程及其对材料综合性能的影响。相关研究成果在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际著名学术期刊上公开发表高水平SCI论文100余篇,拥有发明专利40余件,得到50余项国家、省部、市厅级科研项目的资助,获得军队科学技术进步奖1项。

二、光化学与光电材料

以光化学为基础,光化学转换与光功能材料为导向,开展光化学在太阳能绿色能源利用、信息显示、生命科学、环境监测与污染治理等方面的基础与应用基础研究。以光化学合成为手段,围绕材料形成的光化学反应机理、结构调控、结构-性能间构效关系进行深入系统的探讨。以半导体材料为基础,通过对材料的结构等进行合理设计,应用于环境光催化、能源光电催化、有机物催化转化、光催化型Janus微纳马达等。研究有机、稀土、配合物、MOFs、COFs发光材料,发展具有丰富光学特性的发光材料,探索在化学传感、医学诊疗、信息显示等方面的应用。通过光伏材料分子结构的理性设计,提高光伏电池的光电转换效率和寿命。研究光伏本体异质结形成的热力学和动力学过程。阐明光化学中的若干重要科学问题,掌握相关技术,为光的充分利用提供新途径。主编出版《绿色化学通用教程》、《高等有机化学——结构、反应与机理》等教材,相关研究工作在Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等国际著名学术期刊上发表SCI论文200余篇,拥有发明专利80余件,主持国家、省部、市厅级科研项目80余项。基于部分原创性研究成果获得广东省自然科学二等奖。

三、合成化学与精细化工

以有机合成为手段,探索精细化学品的绿色、低成本、精准合成方法,在原子、分子、微纳米等多尺度上开展高端精细化学品的应用研究。研究绿色、低成本、“原子经济”的化学合成反应。研究对称催化、不对称催化、金属催化多组分反应、碳杂偶联发应、卟啉化学、氟化学等新型有机合成反应。开展超分子化学、超分子自组装、分子机器的研究。研究表面活性剂、香料、农药、助剂、染料等精细化学品的设计、合成工艺。研究高分子材料的化学合成新工艺,研究环境友好型高分子材料及其添加剂。研究高分子及其复合材料的改性、配方设计、加工等。研究成果在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等国际著名学术期刊上发表SCI论文100余篇,拥有发明专利50余件,主持国家、省部、市厅级项目60余项。基于部分原创性研究成果曾获得广东省自然科学一等奖。


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