【项目基本情况】

▲项目类型

创新探索基金

▲项目名称

石墨烯/金刚石耦合电催化纳滤膜的构建与性能调控

▲项目简介

电催化过滤膜（Electrocatalytic Membrane，ECM）有效结合膜分离和电催化氧化的优势，膜材料既作为电催化阳极，又作为分离过滤膜，强化电催化降解效果的同时还可解决膜污染问题，被认为是一种工艺洁净、发展潜力巨大且市场前景广阔的分离技术。本项目利用化学气相沉积技术，在三维微孔钛基材料表面沉积掺硼金刚石（BDD）薄膜作为电催化支撑层，以二维片层石墨烯（GO）为选择层分离层，通过“压力协助自组装”法制备GO/BDD耦合电催化纳滤膜。以克服传统处理过程中面临的能耗高、效率低、选择性差、催化剂难以负载等难题，为电催化膜过滤系统的研发与产品设计优化奠定理论基础，提高我国在污水处理特别是高浓度有机废水处理方面的技术水平。 

▲工作亮点

海洋与水环境日益受到关注，新型水处理技术不断涌现。其中，膜分离兼具分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、操作简单、无需添加任何助剂等优势，在循环经济时代备受瞩目；电化学催化氧化水处理技术利用阳极的直接或间接氧化作用可高效去除水中有机污染物，已被列为难降解有机废水的国家标准推荐技术。电催化膜分离膜技术结合膜分离和电催化氧化的优势，强化电催化降解效率的同时可有效解决膜污染与能耗控制难题，对于保障我国水资源高效利用和饮水安全具有重要的意义。

电催化膜过滤技术的核心是电催化分离膜的设计和优化，电催化分离膜主要由多孔基底和选择分离层组成。BDD薄膜电极具有最宽的电化学窗口（~3 V）和极高的析氧过电位(2.4 V)，能够将所有有机物氧化降解成二氧化碳和水，拥有传统的贵金属、金属氧化物和石墨电极等不可比拟的优势。因此，本项目创新地设计了3D-BDD-Ti电极作为多孔基底，从气体配比优化、基底预处理等角度解决晶粒取向均匀生长、残余应力控制等关键技术问题；结合压力协助自组装技术在3D-BDD-Ti表面沉积具有优异导电性（电子迁移率高达2×105 cm2/(V∙s)）和抗氧化（氯氧化、自由基氧化等）能力的GO分离层，并对选择分离层的孔径进行调控，构建新型GO/BDD耦合电催化纳滤膜，实现分子/离子等精准分离，为污水处理领域提供核心组件。

海洋功能薄膜材料与应用创新单元通过多年自主技术创新，重点突破了二维基底上的大面积（25cm*10cm）硼掺杂金刚石薄膜设计制备技术，成功研制金刚石基薄膜电极水处理系统，为本项目三维钛基电催化基底的制备奠定了坚实基础。在创新基金和团队的支持下，已实现较大面积（φ5cm）电催化过滤膜的制备，发表一区TOP期刊论文1篇，申请专利1项。

【项目负责人基本情况】

张丽丽，女，2018年毕业于中国海洋大学，理学博士，助理研究员，现就职于海仪所（海洋学院）海洋功能薄膜材料与应用创新单元。近年来，围绕水处理滤膜功能化与应用开展研究，具体包括分离膜微结构设计与调控、抗生物污染改性、电催化过滤膜的制备等。

目前，主持海仪所创新探索基金1项，参与国家发改委重大专项子课题、青岛市科技惠民示范引导专项等科研项目。已在Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science等期刊发表论文10余篇，并多次参加国际学术会议。

▲个人工作感悟

感谢海仪所（海洋学院）为我们打造了良好的成长环境，作为一名刚刚步入岗位的青年科研工作者，今年有幸入选所（院）创新探索基金，既是未来研究工作的有力保障，又是对自己科研能力快速提升的重要助力。

在所（院）“拼搏、务实、开放、创新”核心价值观的引领下，海仪人直面问题、迎难而上，不断突破“卡脖子”技术，为建设海洋强国贡献力量。在海仪精神的感染和团队的帮助下，我的科研定位逐渐清晰，将坚持应用基础研究与产品研发相结合，为建设一个天更蓝、水更清、山更绿、看得见星星、听得见鸟鸣的“美丽中国”贡献自己的一份力量。

【背景介绍】

为激发海仪所科研创新活力，加强科研项目培育与中青年科研骨干培养，根据所（院）“11511”人才发展规划，研究所于2020年开展了“海仪培养基金项目”和“海仪英才托举计划”两大人才培养项目。此举旨在打造人才培育成长金梯，拓宽符合科教融合新体制下的人才成长通道。

“海仪英才托举计划”即梯度培育“海仪优秀青年”、“海仪杰出青年”、“海仪中青年拔尖人才”、“海仪中青年领军人才”，构筑海仪英才培育体系，实现人才兴所（院）战略愿景。

“海仪培养基金”即资助和扶持研究所中青年科研骨干开展探索性科学研究及其它具有重要应用前景的研究项目，含“国家基金扶持项目”、“优秀硕士基金”、“创新探索基金”、“博士启动基金”等四类。

经过一年的培养，共培育海仪英才7人，即“海仪中青年拔尖人才”张颖颖，“海仪杰出青年”盖志刚、王章军、王波，“海仪优秀青年”曹璐、何传林、姜子可。海仪培养基金共培育项目11个，其中创新基金项目4个（项目负责人：郝宗睿、薛博洋、胡桐、张丽丽），硕士基金项目6个（项目负责人：陈超、周燕、曹琳、任万龙、巩小东、万晓正），博士基金项目1个（项目负责人：陈萍）。