中科大应用材料基因组学助推空气净化器研发

【摘要】近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授高琛团队用他们已获数项国家发明专利的光催化材料，研制出一种新型空气净化器样机。该样机在同样的紫外光照条件下，不仅能够滤除PM2.5，而且对室内装修材料释放出的甲醛、甲苯等挥发性有害气体的去除能力经实验室初步测定，比市售产品高两三倍。

近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授高琛团队用他们已获数项国家发明专利的光催化材料，研制出一种新型空气净化器样机。该样机在同样的紫外光照条件下，不仅能够滤除PM2.5，而且对室内装修材料释放出的甲醛、甲苯等挥发性有害气体的去除能力经实验室初步测定，比市售产品高两三倍。

    这一空气净化器样机的诞生，源于一次聚会的谈笑之间。2013年底，雾霾笼罩合肥。一次朋友聚会中，中国科学技术大学先进技术研究院副院长刘文望着窗外灰蒙蒙的天空，感慨地问：“现在空气这么差，你们作基础研究的有没有点新办法?”

    参加这次聚会的高琛说：“我们课题组研究光催化材料10多年了，从目前的指标来看已能够有效降解家装产生的挥发性有机污染物，至少能让大家关窗不吸毒。”

    光催化材料，港澳台地区又称“光触媒”，是一种在光照条件下能够产生电子—空穴对，进而在其表面发生氧化、还原反应的半导体材料。光催化材料的应用和潜在应用包括：自清洁涂层，空气、水污染的治理以及太阳能光解水制氢等。但是，这些应用的实现都对光催化效率有相当高的要求。市场上已经成熟并在高端空气净化器中采用的二氧化钛只能吸收利用紫外光，空气净化效率受限。

    “外人很吃惊我们这么快就拿出样机，其实我们是十年磨一剑。”高琛说。

    据介绍，2011年，美国总统奥巴马推出了“材料基因组计划”，材料基因组方法这一前沿技术则由组合材料学发展而来。而在组合材料学发展的早期，高琛曾在组合材料学的发源地——美国劳伦斯-伯克莱国家实验室项晓东-Schultz课题组工作，对组合材料学的发展作出了重要贡献。回国后，组合材料学进入低潮期，但高琛耐住“寂寞”，一直坚持该方向的工作。10多年前，高琛带领团队将此方法用于光催化材料的研究，历经初期的材料筛选、中期的材料优化、后期的同步辐射机理研究，终于铸得“一剑”。

    “但要真正大规模应用，其实还有工程化研究需要完成，其中的艰辛是不难想象的。”高琛说，材料基因组方法的优势是能够同时大量合成、表征新型材料，他的团队在合成光催化材料中曾拿出几百种材料方案，之所以能在很短时间内找到最优化的方案，材料基因组方法至为关键。

    高琛介绍说，结合大数据方法，材料基因组可以同时对成千上万种新材料进行预测、筛选、合成和表征。对比以前爱迪生花费多年时间寻找合适的灯丝材料、科学家测试成百上万次找到一种合用的农药，材料基因组方法简直是“神器”。