光催化技術進展及應用
光催化技術進展及應用專題由姜德生院士和李言榮院士主持。
付賢智院士在“基于光催化的清潔能源與環境新技術”報告中指出，能源短缺和環境污染是當今世界面臨的重大問題。光催化技術可以利用太陽光來驅動一系列重要化學反應，如光解水制氫、二氧化碳還原和降解污染物等，是未來清潔能源生產和環境污染治理的理想途徑之一，在解決能源和環境問題方面有重要應用前景。目前光催化技術在實際應用過程中還存在光催化過程量子效率低、太陽光利用率低等關鍵科學技術難題。報告重點介紹了國內外在理論和應用方面解決這些問題取得的進展和成果，涵蓋了表面晶格缺陷型TiO2光催化劑、金屬氮化物型可見光光催化劑等新型光催化劑，以及光催化反應機理研究取得的重要進展，同時報告展示了光催化技術在環境領域、醫療衛生領域的諸多應用實例。報告最后從基礎研究、應用研究、產業發展 3方面對光催化技術未來發展趨勢進行了展望。
鄒志剛教授的“光催化材料的機遇與挑戰”報告中，首先介紹到光催化材料受光照射后，可將表面的水分解為H2和O2，將有機物分解或者磺化，因此光催化技術被認為在能源及環境領域具有巨大應用前景。但光催化材料仍很難大規模應用，原因在于其太陽能轉換率低。報告指出，利用紫外光的光催化材料，太陽能轉化效率最高只達到1.8%，而若可以利用600nm波長的可見光，轉化效率可高達16%，因此發展可見光響應光催化材料是實現高效太陽能轉換的最重要途徑之一。鄒志剛教授認為，設計可見光響應光催化材料需要突破3大難點：如何使得光催化材料的帶隙與可見光能量匹配？如何使光催化材料的能帶位置與反應物電極電位匹配？如何降低光生電子-空穴的復合率，提高量子轉換效率？報告指出，利用太陽能轉換效率理論值高的材料進行光催化材料設計，可實現高的太陽能轉換效率，具體介紹了其對Ta3N5改造而獲得6%太陽能轉換效率的研究工作，該研究成果是目前最高的光催化材料太陽能轉換效率。同時，報告介紹了其研究團隊通過能帶結構調控、載流子有效質量判據的提出、納米微結構調控、納米異質結結構、表面改性等途徑提高光催化材料轉換效率的研究工作。報告介紹到，由于資源日益緊張、環境污染嚴重等問題，發展光催化材料分解天然海水產氫和廉價環保的鐵系光催化材料是光催化技術的兩個重要發展方向。此外，報告強調光催化還原CO2制備碳氫燃料是非常有前景的技術，可實現碳循環終極目標，目前該技術在航天航空密閉空間方面得到應用，我國在該技術的研發水平處于國際領先水平。
葉金花研究員在“人工光合成二氧化碳能源化”報告中首先介紹到，光催化技術存在效率低、穩定性差的巨大挑戰，光催化技術中的CO2能源化由于CO2本身的化學穩定性及還原反應過程的復雜性，是人工光合成技術最具挑戰的方向，目前研究還較薄弱。假設人工光合成技術的太陽能化學轉化效率為5%，利用全國1%的荒漠化土地，每年可吸收3.83億噸CO2，將其轉化成1.39億噸CH4，人工光合成二氧化碳能源化技術是極具競爭力的綠色新能源技術，目前國際上相繼投入巨資攻克人工光合成技術瓶頸，2014年，中國基于半導體人工光合成的二氧化碳能源化基礎研究項目獲科技部973計劃批準并支持，目標是在未來5年，人工光合成二氧化碳的效率10倍于自然光合作用。報告指出大幅度提高太陽能轉化效率的3個關鍵因素是太陽光譜吸收范圍、光子轉化效率和器件化系數，需要解決的關鍵科學問題有：半導體人工光合成的能帶調控機制、半導體人工光合成的表/界面現象及光化學反應微觀機制和復合材料組裝集成的太陽能化學轉換特性，隨后報告介紹了其研究團隊及合作者圍繞這3個關鍵問題在不同尺度取得的重大進展及成果。
討論環節，西北工業大學參會代表首先問到，今后要提高光催化材料的太陽能轉換效率，新材料的開發與材料微結構、表面形貌調控哪個更關鍵？鄒志剛教授認為設計新型光催化材料更加重要；付賢智院士指出光催化反應是否能高效進行也是提高太陽能轉換效率的關鍵之一，而由于光催化反應過程研究難度大、耗時長等原因，一直以來對光催化反應機理研究、探討較少，他強調除了這兩方面材料問題，反應機理的研究也應該得到重視和加強；葉金花研究員補充到，今后光催化材料領域的高水平研究成果必將是基于新型光催化材料設計和反應機理研究這兩方面的。隨后，幾位參會代表就自己感興趣的光催化反應中的物理、化學問題進行了提問，3位報告人一一作了耐心解答，同時，鄒志剛教授指出，光催化材料及技術目前受到世界各國的重視，迎來前所未有的發展機遇，而光催化技術涉及物理、化學、材料、環境多個學科，他呼吁各學科各領域的科研人員能投身光催化技術這個發展前景廣闊的研究方向，廣泛開展交流合作，共同促進光催化技術的快速發展。
復合材料進展及應用
復合材料進展及應用專題由江東亮院士和陳祥寶院士主持。
李仲平院士在“臨近空間高超聲速飛行器材料問題—熱結構的挑戰”報告中介紹到，臨近空間高超聲速飛行器領域現階段仍面臨巨大挑戰，除了氣動控制、動力系統技術方面的困難，材料與結構問題已顯露端倪，其重要性也進一步凸顯，直接影響飛行器研制進程，決定飛行試驗的成敗；美國的最新IH（Integrated Hypersonics）計劃將材料問題列為第二關鍵因素。報告重點分析了熱結構的起源問題及熱結構材料技術面臨的燒蝕與非燒蝕取舍問題、超高溫被動熱防護問題以及輕量化問題，報告最后一部分闡述了報告人對熱結構挑戰問題的深度思考，從材料成分體系選擇、材料結構設計以及制備方法創新等多角度提出了應對之策。
李賀軍教授在“碳/碳復合材料抗氧化抗燒蝕研究”報告中指出，碳/碳（C/C）復合材料是先進航空航天器及其動力系統不可或缺的關鍵材料。高溫含氧氣氛下的氧化燒蝕問題，成為制約該材料在航空航天領域推廣應用的瓶頸，基體改性和涂層技術是提高其高溫抗氧化抗燒蝕能力的有效手段。報告從抗燒蝕熱解碳織構控制、超高溫陶瓷改性與抗氧化陶瓷涂層三個方面，介紹了超高溫結構復合材料重點實驗室近年來在C/C復合材料抗氧化抗燒蝕技術方向的最新研究進展，并介紹了在這三方面技術上獲得的應用研究進展。
張荻教授的“中國鋁基復合材料研究現狀和發展趨勢”報告首先簡要介紹了航天、電子、交通運輸、核工業等領域對鋁基復合材料的重大需求，指出我國金屬基復合材料目前面臨復合制備難、加工成型難、塑性/韌性差、工程轉化難的發展瓶頸，根本解決途徑是構筑金屬基復合材料設計與可控復合制備加工理論基礎以指導應用研究，并總結分析了這一共性理論基礎涵蓋的復合界面形成及作用機制，復合制備、加工成型中組織形成機制及演化規律，使役條件下復合材料界面、組織與性能耦合響應機制三大科學問題。隨后介紹了SiCp/Al 基復合材料理論基礎方面取得的成果及應用基礎研究方面的進展。報告最后介紹了通過仿生結構設計來改善鋁基復合材料強韌性的新思路及該方面的研究成果。
討論環節，幾位參會代表就自己感興趣的內容向各位報告人提問取經，3位報告人依次做了詳細解答。最后，周廉院士說到，復合材料是一類非常重要的材料，我國除樹脂基復合材料外其他復合材料基礎薄弱，與國外差距相當大，并向本次大會復合材料領域的報告人和參會代表建議到，希望通過后面兩場分論壇的討論，各位報告人和參會代表討論出復合材料領域幾個通過合作集成能快速發展起來的方向，以實現幾種關鍵復合材料
《中國材料進展》雜志社 惠瓊 整理