创新发展领域
氧还原反应电合成过氧化氢领域
酸性矿山废水修复领域
创新发展领域
经济学院创新经济团队在创新发展研究领域取得新进展，研究成果以“研发补贴与渐进式创新锁定：基于机器学习的专利文本分析”为题发表在中国经济学著名学术期刊《经济研究》2024年第11期上。
政府研发补贴能否激励企业实现创造性突破是检验中国式“创新悖论”的关键命题。首先，论文通过构建异质性创新选择模型模拟企业在渐进式和突破式创新之间的决策过程，推演数量补贴对企业创新投入结构的潜在影响。其次，采用大数据机器学习方法对百万条上市公司专利摘要进行文本分析，测算企业创新内容和已有技术基础的相似度，构造了一个渐进式创新程度指标，从而拓展了从微观层面测度双元创新的相关研究，为文本挖掘方法在实证分析中的应用提供了新的实践案例与可用指标。
研究表明，获得研发补贴显著提升了企业渐进式创新程度，这一结论在多重检验下保持稳健。进一步影响机制分析发现，企业既可能存在对已有技术范式的路径依赖，并通过技术规模报酬递增和技术转换成本提升两条路径导致渐进式创新锁定；也可能由于规避政策风险和主动迎合地方官员偏好等动机，在获得研发补贴后主动选择开展渐进式创新。研究结论从客观和主观角度拓展了创新政策对企业研发活动的影响机制，为后续分析提供了参考范式与研究方向。
文章结论为提升创新政策激励效果，进而推动创新型国家建设提供了靶向性政策启示。首先，以新型举国体制推动产学研协同，通过针对多元主体的组合式创新政策，着重补足创新链条的薄弱环节，为突破式创新创造条件。其次，通过推动市场竞争、促进专用性资产共享等政策手段弱化企业对渐进式创新的路径依赖。再次，在破除路径依赖基础上，逐步培养渐进式创新对突破式创新的支撑作用，推动对前沿技术和配套技术的渐进探索。最后，改革创新评价体系、引入外部监督，弱化企业开展渐进式创新的策略性动机。
合肥工业大学为该论文第一署名单位和唯一通讯单位，经济学院孙雅慧老师为第一作者，时省教授为通讯作者，彭飞教授、吴华清教授为合作者。上述工作得到国家社会科学基金重大项目、国家自然科学基金、教育部人文社会科学研究基金、安徽省自然科学基金等项目资助。
氧还原反应电合成过氧化氢领域
材料科学与工程学院吕珺教授、沈王强副教授研究团队与海南大学/华中科技大学卢兴教授、张建教授课题组合作，在电催化合成过氧化氢领域取得重要进展。相关研究成果以“A Chlorine-Resistant Self-Doped Nanocarbon Catalyst for Boosting Hydrogen Peroxide Synthesis in Seawater”为题发表在国际著名学术期刊《Angew.Chem.Int.Ed.》上。文章第一作者为材料科学与工程学院博士生王鑫禹、沈王强副教授和海南大学/华中科技大学博士生张昌。
过氧化氢（H₂O₂）作为一种多功能化学品，广泛应用于许多工业领域，尤其在环保、消毒和化学合成中具有重要作用。目前全球年生产能力已超过300万吨，然而超过98%的H₂O₂仍通过能耗高且废物较多的蒽醌氧化法合成。相比之下，电化学方法利用两电子氧还原反应为H₂O₂制备提供了简便、安全、低成本的生产替代方案。该方法仅需氧气、电解液和电能即可高效生成高纯H₂O₂。然而，传统的酸性或碱性介质中H₂O₂的合成常面临复杂的pH调节和分离困难等问题。因此，研究者们近年来开始关注在中性条件下合成H₂O₂的技术，这种方法不仅能够提供稳定的储存介质，且不需复杂的后处理过程，具有巨大的应用潜力。
图1：氧还原反应机理，关键中间体*OOH吸附能
海水作为一种具有优异导电性和丰富资源的中性电解质，已成为电合成H₂O₂的理想选择。然而，海水中的氯离子（Cl⁻）会干扰催化反应，抑制反应效率，因此限制了海水电化学体系的研究和应用。近年来，研究人员发现采用无金属纯碳材料作为催化剂，可以降低氯离子特异性吸附，并且在海水环境中具有优异的稳定性。蚕丝，作为自然界中氨基酸含量最高的生物质之一，其具备作为自掺杂前驱体的巨大潜力。因此，研究人员通过程序碳化处理蚕丝，使得其中氨基酸分子中的氮氧元素均匀掺杂至碳骨架中，制备了具有优异催化性能的氮氧掺杂碳材料（NO-DC₇₀₀）。此外，碳化过程中同时形成了大量的纳米孔洞，提供了更大的比表面积，以及更高的氧气的传质效率，促进了氧还原反应的电化学过程。
基于第一性原理计算，研究人员揭示了石墨氮和羟基基团作为活性位点在ORR反应中的重要作用，这些基团可以有效调控局部电子浓度，促进氧气吸附以及过氧化氢的脱附过程，当石墨氮和羟基基团共同作用时关键中间体的结合能接近火山峰顶点，是促进二电子氧还原反应的理想构型。
图2：气体扩散电极中电合成过氧化氢产量及稳定性
NO-DC₇₀₀催化剂在模拟海水中反应电流可达到400mA，产率高达4997mg·L⁻¹·h⁻¹，法拉第效率接近100%，显示出极高的电催化活性和效率，即使在空气条件下，NO-DC₇₀₀催化剂产率仍能保持在3000mg·L⁻¹·h⁻¹。在超过200mA的电流密度下，NO-DC₇₀₀催化剂能够稳定运行20小时，期间过氧化氢浓度积累至4.1wt.%，证明了其在长时间、高电流条件下的稳定性和大电流下持续运行能力，是近年来中性条件下报道的最高性能的催化剂之一。
图3：原位合成过氧化氢结合电芬顿反应
NO-DC₇₀₀催化剂在过氧化氢（H₂O₂）合成方面的优异性能为其在海水综合治理中的应用提供了新的机遇。通过将生产的过氧化氢与电芬顿技术相结合，实现了有机物的快速降解和海洋藻类的高效灭活。电芬顿反应利用过氧化氢生成羟基自由基（·OH），能够有效降解有害有机物，并对海洋藻类等生物进行高效灭活。这项研究拓展了电合成过氧化氢的应用领域，展示了通过二电子氧还原电合成过氧化氢技术在海水综合治理中的巨大应用潜力。
上述研究全面依托先进能源与环境材料国际科技合作基地、清洁能源新材料与技术学科创新引智基地（111计划）、安徽省先进纳米能源材料国际科技合作基地、先进功能材料与器件安徽省重点实验室等高水平科研平台，相关研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费等支持。
酸性矿山废水修复领域
资源与环境工程学院王进教授、岳正波教授团队在酸性矿山废水藻菌间相互作用取得重要进展。相关研究成果以“Molecular Disruptions in Microalgae Caused byAcidithiobacillus ferrooxidans: Photosynthesis, Oxidative Stress, and Energy Metabolism in Acid Mine Drainage”（DOI: 10.1016/j.watres.2024.122974）为题发表在环境科学领域著名期刊《Water Research》上。该论文的第一作者为2021级博士研究生汪梅晨，通讯作者为王进教授，合肥工业大学为论文的第一和通讯作者单位。
图：嗜酸性氧化亚铁硫杆菌抑制微藻活性示意图
该研究深入探讨了酸性矿山排水（AMD）中化能自养微生物Acidithiobacillus ferrooxidans（简称A. ferrooxidans）对耐酸微藻生长和代谢活动的影响，并揭示了微藻对此的分子响应机制。研究发现，A. ferrooxidansnju-T4对Parachlorellasp. MP1的生长和代谢活性具有显著抑制作用，这一现象通过微藻生物量的减少和应激反应基因的上调得到了证实。在与A. ferrooxidansnju-T4共培养时，微藻分泌的胞外聚合物增加，氧化应激水平上升，虽然这可以视为一种防御机制，但最终却导致微藻种群的减少。这些发现表明，在设计生物修复策略时，需要考虑选择对A. ferrooxidansnju-T4抑制作用具有抗性的微藻，或是能在其存在下茁壮成长的微藻。此外，研究还发现与A. ferrooxidansnju-T4共培养的微藻在光合作用、能量代谢和抗氧化防御机制相关基因表达上的失调，为基因工程提供了新的方向。通过增强这些基因的表达或将它们引入到更健壮的微藻菌株中，有望开发出能够更好地适应AMD恶劣条件并更有效地从环境中去除重金属的微藻。该研究为理解耐酸微藻与AMD中土著化能自养微生物之间的复杂相互作用提供了见解，而且对于微藻在AMD生物修复中的潜力具有重要意义，为开发更有效的生物修复策略提供了科学依据。
上述研究依托安徽省工业废水处理与资源化工程技术研究中心和纳米矿物与污染控制安徽普通高校重点实验室等平台，相关研究工作得到了国家自然科学基金区域发展联合基金（U20A20325）、国家自然科学基金面上项目（41772361）、安徽省重点研究与开发计划（2022107020015）等项目资助。
来源 | 经济学院 材料科学与工程学院
资源与环境工程学院
编辑 | 虎谨骁
责编 | 卫婷婷 宋嘉铭
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