研究方向隶属于仿生功能纳米材料及器件范畴，重点关注自然启发的纳米材料可控制备、组装、图案化、器件化及其在环境催化、检测、能源转换等领域的应用。环境和资源是人类社会可持续发展的基础。近年来随着经济社会的发展，环境污染问题和资源枯竭问题日益突出，严重影响到人类社会的长期生存和发展。构建可持续发展的社会，一方面要加强环境保护，通过在高能耗产业中开发新工艺以减少化石能源的利用来减少污染，另一方面要开发可持续的可再生能源如太阳能风能等。传统的工业固氮中采用的Haber-Bosch法能耗巨大，需要高温高压(400-650 oC, 200-400 atm)的操作条件，每年消耗掉全球总能耗的1%以上，而且要排放数以亿吨计的CO2温室气体(0.5 t of CO2 per t of NH3)。自然界中的固氮酶可以在常温常压下将氮气转换为氨。向固氮酶学习，模拟固氮酶的结构和功能，开发下一代温和条件下的固氮技术是非常有必要及极具前景的。光合作用是地球上另一基础的化学过程。自然界中的绿色植物以及藻类细菌在酶的作用下能够有效地利用太阳能实现光能到化学能的转化。人工光合作用在利用太阳能实现光催化分解水产氢和还原CO2上取得了很大的进展，但距离“高效实用”这一最终目标还比较遥远。
模拟自然，一方面可以提供我们解决传统问题的思路，另一方面能够开辟全新的通向可持续发展的道路。对自然界酶催化体系的研究，有利于我们从分子水平上理解自然催化合成体系的组织和 运行方式，进而可以帮助我们设计更为高效的环境光催化和光合成体系。向自然界中的固氮酶学习，以其结构、组成及限域环境为研究对象，设计合成分子体系，并采用从下到上的组装策略，构筑从功能上和固氮酶类似的新型固态材料并同时克服均相分子催化的局限，并用来开发下一代温和条件下的固氮光、电催化剂。酶在光合作用过程中同样起着重要作用，构筑高效的人工光合作用体系同样少不了对酶的机制进行研究和模拟。除了酶的重要作用，光合作用发生场所比如叶片和硅藻的结 构在光合作用过程中同样起到了重要功能。比如，硅藻精致的细胞膜图案除了起到机械支撑作用，还在光合作用中起着重要的调控光反应的作用。生物材料启发的可控纳米材料及图案化构筑是我们关注的另一个焦点。基于上述仿生纳米材料和结构的工作基础上，利用直接打印和转印技术，开发光电功能纳米器件，用于环境检测及能源应用。
本课题组的研究从自然出发和基于仿生和绿色化学理念，在面向可持续的环境能源应用的功能纳米材料学开展研究，拟在以下三个方面取得突破:1) 仿生纳米薄膜材料的原位构筑及应用;2) 仿生酶催化; 3) 仿生界面催化。在这几个方向针对纳米结构与集光性能、反应物和电子的定向转移及界面工程等科学问题进行研究。并将此研究与我国现阶段的环境能源问题紧密相连，确保整体研究工作具有实用性、系统性、延续性和创新性。 |
