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　　上海交通大學(xué)環(huán)境學(xué)院學(xué)子奪取第十六屆“挑戰(zhàn)杯”特等獎

　　第十六屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽終審決賽于11與7日至12日在北京舉行。

　　以環(huán)境學(xué)院15級本科生方思遠(yuǎn)為申報人、16級本科生包宸瑜為合作者的作品—“熱-光協(xié)同催化高效水制氫的機(jī)理研究”，一路過關(guān)斬將，最終成功奪取“挑戰(zhàn)杯”特等獎。這也是環(huán)境學(xué)院歷史上首次實現(xiàn)在學(xué)生科創(chuàng)類頂級賽事中最高獎的突破，為環(huán)境學(xué)院建院二十周年精彩獻(xiàn)禮。該項目的指導(dǎo)教師為環(huán)境學(xué)院胡云行講席教授。

　　該項目于2018年年底開始培育，由胡云行講席教授親自擔(dān)任該項目指導(dǎo)老師，學(xué)院黨委書記胡薇薇持續(xù)關(guān)注項目的進(jìn)展，黨委副書記陳哲全程負(fù)責(zé)項目的組織工作。在項目的申報過程中，得到了校領(lǐng)導(dǎo)、科研院、學(xué)指委、校團(tuán)委、化工學(xué)院、船建學(xué)院、材料學(xué)院、創(chuàng)業(yè)學(xué)院、零號灣等多家單位的大力支持，數(shù)十位專家參與了項目的指導(dǎo)工作，期間數(shù)易其稿，反復(fù)修改、打磨申報材料和匯報講稿。

　　近年來，環(huán)境學(xué)院高度重視學(xué)生科技創(chuàng)新工作，注重學(xué)生科創(chuàng)能力的培育，學(xué)院學(xué)生曾經(jīng)在2016年“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽中斬獲銀獎，在2018年“創(chuàng)青春”上海市大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽中榮獲金獎。學(xué)院在2019年初正式出臺《環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院關(guān)于“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等學(xué)生雙創(chuàng)類競賽的獎勵辦法(試行)》，從制度激勵層面做好充足保障，形成了全院上下師生高度重視學(xué)生雙創(chuàng)工作的良好氛圍，也為本次參賽項目提供了充分的支撐。

　　光解水制氫有望將太陽能直接轉(zhuǎn)化為氫能，被譽(yù)為化學(xué)界的“圣杯”。TiO2是現(xiàn)階段研究最為廣泛的光解水催化劑，但其只在紫外光區(qū)具有響應(yīng)，但是紫外光在太陽光譜中的能量占比僅為4%，而可見光占比高達(dá)46%。如何更充分的利用可見光，是光催化領(lǐng)域的研究熱點，也是困擾了人們近半個世紀(jì)的難題。

　　其中一項里程碑式的工作于2011年發(fā)表于Science，研究者通過氫化處理引入了中間能態(tài)，實現(xiàn)了TiO2對可見光的吸收。但可見光對于產(chǎn)氫反應(yīng)幾乎沒有貢獻(xiàn)，無法得以充分利用。

　　針對這一奇特現(xiàn)象，胡云行、方思遠(yuǎn)等提出了一種氧化驅(qū)動力補(bǔ)償理論。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫外光被吸收時，電子可以直接從價帶躍遷到導(dǎo)帶，將質(zhì)子還原，產(chǎn)生氫氣，同時犧牲劑甲醇被氧化，甲醇氧化的氧化驅(qū)動力為2.78 eV。當(dāng)可見光被吸收時，電子只能從中間能態(tài)躍遷，此時提供的氧化驅(qū)動力僅為0.88 eV，不足以驅(qū)動甲醇氧化半反應(yīng)的進(jìn)行。因此，他們認(rèn)為，氧化驅(qū)動力不足是該反應(yīng)在可見光下無法有效進(jìn)行的原因。所以，他們設(shè)想，熱能的引入可以增強(qiáng)甲醇分子的動能，補(bǔ)償勢能驅(qū)動力的不足，實現(xiàn)可見光下的高效產(chǎn)氫。并以此為理論基礎(chǔ)，自主設(shè)計了實驗裝置，開展了有效的實驗驗證。

　　他們將成本低廉的NiOx負(fù)載在黑色TiO2上作為催化劑，在可見光照射下，溫度260℃時，熱-光協(xié)同催化氫氣產(chǎn)量較常規(guī)熱催化提升了2.3倍，實現(xiàn)了熱對光的促進(jìn)。同時，同位素示蹤實驗顯示，只加熱不加光時，產(chǎn)氫反應(yīng)主要是甲醇分解，氫氣主要來自于甲醇;當(dāng)熱-光協(xié)同催化時，氫氣主要來自于水，從分子層面闡釋了熱-光協(xié)同催化的反應(yīng)機(jī)理。他們的最新研究結(jié)果還表明，光能可以調(diào)節(jié)催化劑的表面結(jié)構(gòu)，增加催化活性位點，促進(jìn)熱催化。

　　他們主要研究結(jié)果刊登于催化領(lǐng)域頂級期刊ACS Catalysis，該工作還得到了海內(nèi)外專家學(xué)者、企業(yè)家和期刊編輯的認(rèn)可。

　　方思遠(yuǎn)是環(huán)境學(xué)院2015級本科生，目前正在密西根理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位。在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活中，她德、智、體、美、勞全面發(fā)展，綜合排名全院第一;同時積極投身科研實踐，先后參加了大學(xué)生創(chuàng)新計劃、PRP項目和?政項目并獲評優(yōu)秀。曾榮獲包括上海市優(yōu)秀畢業(yè)生、?政獎學(xué)金、TFI-LEaRN獎學(xué)金、樂陶獎學(xué)金、聯(lián)合水務(wù)獎學(xué)金在內(nèi)的多項獎勵。在科創(chuàng)方面，曾獲“頂級學(xué)術(shù)”模擬國際學(xué)術(shù)會議優(yōu)秀獎、?政計劃優(yōu)秀獎、上海交通大學(xué)優(yōu)異學(xué)士學(xué)位論文(前1%)、全國環(huán)境類優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計等。

　　目前已公開發(fā)表5篇SCI論文(其中4篇為第一作者)累積影響因子超過30，并在2019年美國化學(xué)會年會上做口頭報告，還擔(dān)任了Scientific Reports和Catalysis Today的審稿人。

　　包宸瑜為環(huán)境學(xué)院2016級本科生，學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀，科研能力突出，全面綜合發(fā)展。曾任上海交大《益友》報刊副社長，生活園區(qū)學(xué)業(yè)輔導(dǎo)員，多次參與暑期支教等社會實踐活動，榮獲上海交通大學(xué)優(yōu)秀團(tuán)干部等多項獎勵。目前已經(jīng)確定保送繼續(xù)在交大環(huán)境學(xué)院直接攻讀博士學(xué)位。

　　胡云行教授是上海交通大學(xué)“春申”講席教授，美國密歇根理工大學(xué)麥克阿瑟講席教授，美國科學(xué)促進(jìn)會會士(AAASFellow)，美國化工學(xué)會會士(AIChEFellow)，英國皇家化學(xué)會會士(RSCFellow)。2014年,當(dāng)選美國化學(xué)會能源與燃料分會主席。2015年,當(dāng)選國際氫氣能源協(xié)會儲氫分會主席。他先后主持過40次國際學(xué)術(shù)會議，并在國際學(xué)術(shù)會議做特邀報告50多次(其中30次為大會報告)。他還是4本美國化學(xué)會系列叢書的主編，8個國際學(xué)術(shù)雜志的編委，國際學(xué)術(shù)雜志《Energy Science & Engineering》的主編，在國際著名學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，引用近10000次。

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