生命与环境科学学院重点实验室介绍

上海市稀土功能材料重点实验室在上海市稀土功能材料重点学科建设的基础上，于 2006 年开始筹建， 2007 年由上海师范大学和上海市科委投资一千二百万元联合建立，并于 2007 年 12 月正式开展工作。

上海市稀土功能材料重点实验室将充分发挥原有稀土基础研究和应用开发取得的优势，实现化学学科、物理学科和材料学科等的交叉，开拓纳米技术和纳米生物技术等前沿领域的研究，在进一步加强基础研究的同时，注重稀土材料的应用开发，聚焦集成创新，开发具有自主知识产权的新型高科技稀土功能材料品牌产品，推动我国稀土事业的发展。上海市稀土功能材料重点实验室的总体目标是建设成为具有国际先进水平、若干领域处于国际领先地位、科研力量雄厚的稀土材料理论研究和应用开发实验室以及人才培养基地，培养出1~2名具有一定知名度的学科带头人（国家杰出青年、教育部长江特聘教授、教育部跨世纪优秀人才、上海市优秀学科带头人和上海市领军人物等），申报上海市教委和教育部创新团队，努力提升学科内涵（如申报物理化学、环境科学与工程博士点、工业催化博士点），使实验室在国内外有一定知名度。

学科带头人李和兴教授、博导，男，1963年7月生，教育部优秀教师。1992年公派赴美国作访问学者，1997年毕业于复旦大学获理学博士学位。现为上海师范大学副校长、“稀土功能材料”上海市重点学科带头人、博士生导师。担任中国太阳能学会理事兼上海市太阳能学会副理事长、全国光催化专业委员会副主任、全国催化专业委员会委员、上海市化学化工学会理事兼物理化学专业委员会副主任、上海市稀土学会理事、上海环境学会理事等，并担任《太阳能学报》、《化学世界》及《中国材料科技》等刊物编委。科研上主要从事多相催化研究，目前承担国家863计划、国家973预研、国家自然科学基金、教育部优秀教师奖励计划等项目。在SCI源刊物发表论文120余篇（包括J. Am. Chem. Soc. 2篇、Environ. Sci. Technol. 1篇，J. Phys. Chem. 3篇、J. Catal. 16篇、Green Chem. 3篇），被国内外引用1000多次，申请专利20多项，出版专著2部。获2006年度教育部自然科学一等奖、2004年度上海市发明专利申请二等奖以及全国高校青年教师奖和教育部高校骨干教师优秀成果奖等，享受国务院特殊津贴。

稀土功能材料实验室由稀土催化材料、稀土发光材料、稀土环保材料和稀土特种材料四个方向组成，各方向的人员组成如下：

研究方向	学术带头人	组成人员
稀土催化材料	李和兴教授/博导(上师大)	万颖教授/博导、金荣华教授、李辉副教授和刘国华副教授(上师大)；陈诵英教授/博导(浙江大学)；杨为民教授级高工(上海石化研究院)
稀土发光材料	余锡宾教授(上师大)	石旺舟教授/博导、杨海峰教授、任天瑞教授、彭子飞副教授(上师大)；李富有教授/博导、易涛教授/博导(复旦大学)
稀土环保材料	杨仕平教授/博导(上师大)	何其庄教授/博导、张永明教授/博导、薛思佳教授、董亚明教授、林静蓉副教授、霍宇凝讲师(上师大)；田伟生教授/博导(中科院上海有机所)
稀土特种材料	沈鹤柏教授/博导(上师大)	孙大志教授、王荣副教授、贾能勤教授、祝宁宁副教授、吴惠霞副教授(上师大)；张晓明教授级高工(上海跃龙公司)

本实验室招收物理化学、有机化学、应用化学、工业催化及分析化学 5 个专业的硕士生和绿色催化博士生培养工作，其中，物理化学、稀土功能材料是上海市教委重点学科，应用化学为上海师范大学校重点学科，每年招收硕士研究生约 70 名，同时与华东师范大学、华东理工大学和湖南大学联合招收博士研究生，目前正在申报物理化学博士点。

实验室现有科研用房约4200平方米，包括大型仪器室、材料制备实验室、性能评价实验室、计算机房、办公室、资料室（收藏中外文化学期刊近500种）及学校公用网上资料检索、查阅系统，能查阅全部CA、SCI检索系统和250种化学类外文电子期刊的全文；具有总价值约4000余万元先进仪器设备(具体见下表)。以上条件不仅能够满足本实验室教师和研究生使用，而且能够接纳外单位的教师和学生来实验室开展联合科研工作。本实验室与华东理工大学的反应工程国家重点实验室、厦门大学的固体物理国家重点实验室、复旦大学的上海市“分子催化和功能材料”重点实验室等建立了良好的协作关系，通过共享，实现仪器设备的互补。

稀土元素的实际应用是从催化剂开始的，稀土元素有着多方面的催化和助催化能力，催化剂一般具有稳定性好、选择性高、加工周期短等优点。目前世界稀土总产量的 1/4 是用于制备催化剂。稀土催化的范围极广，所涉及到的反应涵盖石油化工、基础化工、精细化工等多个领域，同时涉及环境治理和生命科学等领域。上海师范大学在该领域开展的主要工作有：

采用传统化学和物理方法，结合激光溅射沉积、化学蒸气沉积、Sol－gel、超声波技术、超临界技术和喷雾干燥辅助表面活性剂自组装等新途径和新方法，制备一系列新型高效的稀土催化剂，特别是研制和开发具有纳米介孔结构负载型稀土催化剂以及具有骨架型结构的负载型稀土－过渡金属－类金属非晶态合金催化剂，将其应用于重要的精细有机化工单元反应，解决传统多相催化剂存在的低选择性和高污染问题及均相催化合成中的分离问题，开发对环境友好的生产新工艺，实现化工生产中的绿色化学和原子经济性。主要研究由再生资源催化合成在医药、农药、香料等行业有广泛用途的天然芳香酸和醛的新工艺以及对人体具有保健和治疗作用的丙酮酸衍生物等。所研究的反应包括：(i) a，b-不饱和醛选择性加氢制备a，b-不饱和醇、腈类选择性加氢制备伯胺和叔胺、糖类加氢制备糖醇、硝基苯及其衍生物选择性加氢制备苯胺类药物和染料中间体等；(ii) 以水为反应介质的Ullmann偶合反应、烯丙基醇的异构化反应、卤代芳烃与醛的缩合反应等，挑战传统有机，为实现清洁有机合成开辟新途径，同时在分子水平深入探索催化剂活性中心的本质以及几何效应和电子效应的影响，阐述稀土金属的催化本质或其在催化剂中的修饰作用，进一步研究多组元的协同效应。力争在短时间内不但要发表高水平的研究论文，且完成几项具有广泛应用价值并有望对国民经济产生积极作用的应用成果。

采用原位合成、表面锚定和嫁接等技术，在稀土金属配合物中引入新型配体合成高效稀土催化剂，开拓其在合成功能高分子材料中的新用途。着重研究：(i) 稀土配合物催化合成具有纳米线（管）状结构的磺化/全磺化聚苯胺，探索其在电化学传感器中的应用；(ii) 稀土配合物催化合成由聚苯乙烯硬段和氢化的聚丁二烯烃软段构成嵌段共聚物 (SEBS)，通过SEBS与PE，PP等热塑性塑料共混，改善苯乙烯类热塑性弹性体的性能，拓宽其应用；(iii) 稀土配合物催化无机高分子材料包括半导体、光电材料、铁电材料等。在此基础上，探索催化聚合反应中的构效关系以及协同作用，探索稀土掺杂或修饰对高分子材料的改性，如合成稀土高分子光导材料、光敏化材料、导电材料和磁性材料，促进催化聚合科学的发展并创造出更多新型高分子功能材料。

合成一系列单核和双核稀土有机金属催化剂，并应用于催化氧化、水解、聚合、异构化和重排等反应，扩大稀土金属模拟酶的应用范围，主要研究：(i) 稀土配合物定位切断DNA和RNA；(ii) 均相稀土催化剂固载化及应用于清洁有机合成；(iii) 稀土-膦化合物配合物应用于手性催化等。探索稀土有机金属催化剂的固定化技术，实现均相催化剂的固定化。探索稀土金属离子与配体、配体与配体之间的协同作用及对催化性能的影响；探索稀土有机金属固载化对活性位的化学环境的影响，提高催化活性和套用次数，争取在理论研究和应用开发两方面均有所突破。

稀土发光材料包括光致发光、光致蓄光以及光敏化材料等。稀土发光材料具有能量转换效率高、显色性能好、承载能力强以及环境友好等特点，在节能和促进农作物生长以及环境治理等方面具有广阔的应用前景。

引进非常规技术，如超声波、超临界、微波、喷雾干燥、表面活性剂自组装和原位合成技术等，开发新型稀土长余辉发光材料，结合工程技术研究，提高稀土化合物的蓄光性能，延长发光时间，开发出具有自主知识产权的新一代超长余辉发光材料，早日实现其在消防应急安全领域、交通运输领域、公共建筑领域、纺织品及装饰材料领域和发光工艺品领域中的应用。当前首先在上海师范大学建立稀土长余辉发光材料应用于指示路牌和建筑物标牌的示范工程，并在理论上探索稀土复合材料结构与发光性能的内在关系。

某些稀土配合物的发射光与激发光之间存在一定的能量差，有望成为高效稀土转光材料。本实验室已经成功地研制开发了稀土红光转光粉，将其应用于塑料农膜覆盖在农作物上能够显著提高农产品的产量和质量。依据上述基础，通过筛选稀土金属配合物和改进制备条件及工艺，合成稀土兰光转光粉，由此制备的塑料农膜覆盖于农作物幼苗，能够大大通过其成活率，促进其生长发育。依据光合作用原理，进一步合成同时具备红光和兰光转换功能的转光粉，制备模拟光转换农膜，进一步促进都市农业生产的发展，保持我们在该领域的优势。

LED照明技术采用发光二极管为激发源，激发荧光体发射覆盖三基色光的白光实现照明，具有如下优点：(1) 完全无汞，真正的绿色照明；(2) 寿命超长；(3) 高效节能；(4) 全固态照明，抗恶劣环境；(5) 结构简单，体积小，质量轻； (6) 响应快；(7) 工作电压低；(8) 抗震性及安全性好。LED用作光源发光亮度相同时，芯片的耗电量仅为普通白帜灯的1/12，寿命可延长100倍。我国如果1/3的白帜灯被LED照明取代，每年可为国家节约用电1000亿千瓦，相当于一个三峡工程的发电量。本部分的研究内容包括：设计和制备具有自主知识产权的硫掺杂半导体纳米晶发光材料(电致发光材料和光致发光材料)，在近紫外/紫光激发下能发射高效的蓝、黄绿或红色荧光。重点是粒径、形貌、氧化渗硫量的控制。在此基础上制备电致发光薄膜和光致发光薄膜，并深入了解掺杂半导体纳米晶发光材料的表面结构与其发光性能之间的构效关系，探讨稀土掺杂半导体发光材料的发光机理并进一步优化筛选，为近紫外/紫光LED照明技术提供有实用价值的发光材料。

人类的步伐已经迈入 21 世纪，随着科学技术和人们生活水平的提高，现代人们对所处的环境和自身的健康要求越来越高，健康的生存环境与质量日益成为人类的追求目标，为此需要加强对环境的保护和治理；同时大力发展新型环保产品，已成为当前的一个热点，稀土材料具有价廉、环境友好、稳定以及优异的抗菌、杀菌和光催化活性而成为今后环保产品的一个重要发展方向。

采用喷雾干燥辅助表面活性剂自组装、溶剂蒸发诱导自组装、表面嫁接、超声波发展化学还原法合成高活性、广普性、长效和安全性的无机－有机杂化纳米稀土抗菌材料，探索其在机场、车站、码头、商场、宾馆、饭店、体育馆、影院等公共场所内环境净化中的应用，特别要解决抗菌剂抑杀菌的广普性、速率和使用寿命及其与结构的关系。

将超声波技术、超临界技术等引入TiO2光催化剂的制备及进行稀土修饰，改善稀土与光催化剂的协同作用，提高其对有机污染物的降解活性，结合絮凝技术和生物技术，实现对上海景观水和城市空气的综合治理。

以天然产物为原料，通过稀土改性，合成环境低毒、无毒的新型生物农药和化肥，当前主要开展植物源生物杀虫剂鱼藤酮和低毒(稠)杂环化合物的除草剂以及稀土氨基酸配合物作为植物生长素的研究。

稀土元素具有独特的价电子结构，将稀土金属与其他过渡金属形成合金，能够有效改善材料的电、磁特性，有望开发出新型高性能铁电材料、永磁材料、磁光材料和超导材料，在电机工程、信息存储和传输、电声器件、燃料电池、传感器、磁疗和健身器件等方面具有广阔的应用前景。

开展高灵敏度的新型热释电材料、高机电耦合性能的压电材料、弛豫铁电体、集敏感与驱动为一体的铁电功能材料研制和应用开发，利用稀土元素的独特电子结构，通过稀土金属掺杂，实现对材料的改性，使常规铁电体转变为弛豫铁电体，使陶瓷材料的晶粒变细，密度提高，甚至使陶瓷变得透明，期望大幅度地提高热释电和压电性能，并开发其在光电子和光电转换等领域中的新用途。

以微型化、高性能化为目标，致力于研制和开发体积小磁场强度高的新型稀土永磁材料(如轻稀土化合物Nd(Fe, M)₁₂Nx、Pr(Fe, M)₁₂N 具有易磁化轴，饱和磁化强度提高约20%)，并由此设计稀土纳米磁性分离器，应用于临床细胞分离。

制备具有粒径形貌可控的高纯稀土氧化物，满足不同需求，着重解决稀土氧化物沉淀过程、稀土化合物分解过程和表面活性剂去除过程的关键科学和工程技术问题，探索特种稀土氧化物的应用。