1. 創新發展領域

2. 氧還原反應電合成過氧化氫領域

3. 酸性礦山廢水修復領域

創新發展領域

經濟學院創新經濟團隊在創新發展研究領域取得新進展，研究成果以“研發補貼與漸進式創新鎖定：基于機器學習的專利文本分析”為題發表在中國經濟學著名學術期刊《經濟研究》2024年第11期上。

政府研發補貼能否激勵企業實現創造性突破是檢驗中國式“創新悖論”的關鍵命題。首先，論文通過構建異質性創新選擇模型模擬企業在漸進式和突破式創新之間的決策過程，推演數量補貼對企業創新投入結構的潛在影響。其次，采用大數據機器學習方法對百萬條上市公司專利摘要進行文本分析，測算企業創新內容和已有技術基礎的相似度，構造了一個漸進式創新程度指標，從而拓展了從微觀層面測度雙元創新的相關研究，為文本挖掘方法在實證分析中的應用提供了新的實踐案例與可用指標。

研究表明，獲得研發補貼顯著提升了企業漸進式創新程度，這一結論在多重檢驗下保持穩健。進一步影響機制分析發現，企業既可能存在對已有技術范式的路徑依賴，并通過技術規模報酬遞增和技術轉換成本提升兩條路徑導致漸進式創新鎖定；也可能由于規避政策風險和主動迎合地方官員偏好等動機，在獲得研發補貼后主動選擇開展漸進式創新。研究結論從客觀和主觀角度拓展了創新政策對企業研發活動的影響機制，為后續分析提供了參考范式與研究方向。

文章結論為提升創新政策激勵效果，進而推動創新型國家建設提供了靶向性政策啟示。首先，以新型舉國體制推動產學研協同，通過針對多元主體的組合式創新政策，著重補足創新鏈條的薄弱環節，為突破式創新創造條件。其次，通過推動市場競爭、促進專用性資產共享等政策手段弱化企業對漸進式創新的路徑依賴。再次，在破除路徑依賴基礎上，逐步培養漸進式創新對突破式創新的支撐作用，推動對前沿技術和配套技術的漸進探索。最后，改革創新評價體系、引入外部監督，弱化企業開展漸進式創新的策略性動機。

合肥工業大學為該論文第一署名單位和唯一通訊單位，經濟學院孫雅慧老師為第一作者，時省教授為通訊作者，彭飛教授、吳華清教授為合作者。上述工作得到國家社會科學基金重大項目、國家自然科學基金、教育部人文社會科學研究基金、安徽省自然科學基金等項目資助。

氧還原反應電合成過氧化氫領域

材料科學與工程學院呂珺教授、沈王強副教授研究團隊與海南大學/華中科技大學盧興教授、張建教授課題組合作，在電催化合成過氧化氫領域取得重要進展。相關研究成果以“A Chlorine-Resistant Self-Doped Nanocarbon Catalyst for Boosting Hydrogen Peroxide Synthesis in Seawater”為題發表在國際著名學術期刊《Angew.Chem.Int.Ed.》上。文章第一作者為材料科學與工程學院博士生王鑫禹、沈王強副教授和海南大學/華中科技大學博士生張昌。

過氧化氫（H?O?）作為一種多功能化學品，廣泛應用于許多工業領域，尤其在環保、消毒和化學合成中具有重要作用。目前全球年生產能力已超過300萬噸，然而超過98%的H?O?仍通過能耗高且廢物較多的蒽醌氧化法合成。相比之下，電化學方法利用兩電子氧還原反應為H?O?制備提供了簡便、安全、低成本的生產替代方案。該方法僅需氧氣、電解液和電能即可高效生成高純H?O?。然而，傳統的酸性或堿性介質中H?O?的合成常面臨復雜的pH調節和分離困難等問題。因此，研究者們近年來開始關注在中性條件下合成H?O?的技術，這種方法不僅能夠提供穩定的儲存介質，且不需復雜的后處理過程，具有巨大的應用潛力。

圖1：氧還原反應機理，關鍵中間體*OOH吸附能

海水作為一種具有優異導電性和豐富資源的中性電解質，已成為電合成H?O?的理想選擇。然而，海水中的氯離子（Cl?）會干擾催化反應，抑制反應效率，因此限制了海水電化學體系的研究和應用。近年來，研究人員發現采用無金屬純碳材料作為催化劑，可以降低氯離子特異性吸附，并且在海水環境中具有優異的穩定性。蠶絲，作為自然界中氨基酸含量最高的生物質之一，其具備作為自摻雜前驅體的巨大潛力。因此，研究人員通過程序碳化處理蠶絲，使得其中氨基酸分子中的氮氧元素均勻摻雜至碳骨架中，制備了具有優異催化性能的氮氧摻雜碳材料（NO-DC???）。此外，碳化過程中同時形成了大量的納米孔洞，提供了更大的比表面積，以及更高的氧氣的傳質效率，促進了氧還原反應的電化學過程。

基于第一性原理計算，研究人員揭示了石墨氮和羥基基團作為活性位點在ORR反應中的重要作用，這些基團可以有效調控局部電子濃度，促進氧氣吸附以及過氧化氫的脫附過程，當石墨氮和羥基基團共同作用時關鍵中間體的結合能接近火山峰頂點，是促進二電子氧還原反應的理想構型。

圖2：氣體擴散電極中電合成過氧化氫產量及穩定性

NO-DC???催化劑在模擬海水中反應電流可達到400mA，產率高達4997mg·L?1·h?1，法拉第效率接近100%，顯示出極高的電催化活性和效率，即使在空氣條件下，NO-DC???催化劑產率仍能保持在3000mg·L?1·h?1。在超過200mA的電流密度下，NO-DC???催化劑能夠穩定運行20小時，期間過氧化氫濃度積累至4.1wt.%，證明了其在長時間、高電流條件下的穩定性和大電流下持續運行能力，是近年來中性條件下報道的最高性能的催化劑之一。

圖3：原位合成過氧化氫結合電芬頓反應

NO-DC???催化劑在過氧化氫（H?O?）合成方面的優異性能為其在海水綜合治理中的應用提供了新的機遇。通過將生產的過氧化氫與電芬頓技術相結合，實現了有機物的快速降解和海洋藻類的高效滅活。電芬頓反應利用過氧化氫生成羥基自由基（·OH），能夠有效降解有害有機物，并對海洋藻類等生物進行高效滅活。這項研究拓展了電合成過氧化氫的應用領域，展示了通過二電子氧還原電合成過氧化氫技術在海水綜合治理中的巨大應用潛力。

上述研究全面依托先進能源與環境材料國際科技合作基地、清潔能源新材料與技術學科創新引智基地（111計劃）、安徽省先進納米能源材料國際科技合作基地、先進功能材料與器件安徽省重點實驗室等高水平科研平臺，相關研究工作得到了國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、中央高校基本科研業務費等支持。

酸性礦山廢水修復領域

資源與環境工程學院王進教授、岳正波教授團隊在酸性礦山廢水藻菌間相互作用取得重要進展。相關研究成果以“Molecular Disruptions in Microalgae Caused byAcidithiobacillus ferrooxidans: Photosynthesis, Oxidative Stress, and Energy Metabolism in Acid Mine Drainage”（DOI: 10.1016/j.watres.2024.122974）為題發表在環境科學領域著名期刊《Water Research》上。該論文的第一作者為2021級博士研究生汪梅晨，通訊作者為王進教授，合肥工業大學為論文的第一和通訊作者單位。

圖：嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌抑制微藻活性示意圖

該研究深入探討了酸性礦山排水（AMD）中化能自養微生物Acidithiobacillus ferrooxidans（簡稱A. ferrooxidans）對耐酸微藻生長和代謝活動的影響，并揭示了微藻對此的分子響應機制。研究發現，A. ferrooxidansnju-T4對Parachlorellasp. MP1的生長和代謝活性具有顯著抑制作用，這一現象通過微藻生物量的減少和應激反應基因的上調得到了證實。在與A. ferrooxidansnju-T4共培養時，微藻分泌的胞外聚合物增加，氧化應激水平上升，雖然這可以視為一種防御機制，但最終卻導致微藻種群的減少。這些發現表明，在設計生物修復策略時，需要考慮選擇對A. ferrooxidansnju-T4抑制作用具有抗性的微藻，或是能在其存在下茁壯成長的微藻。此外，研究還發現與A. ferrooxidansnju-T4共培養的微藻在光合作用、能量代謝和抗氧化防御機制相關基因表達上的失調，為基因工程提供了新的方向。通過增強這些基因的表達或將它們引入到更健壯的微藻菌株中，有望開發出能夠更好地適應AMD惡劣條件并更有效地從環境中去除重金屬的微藻。該研究為理解耐酸微藻與AMD中土著化能自養微生物之間的復雜相互作用提供了見解，而且對于微藻在AMD生物修復中的潛力具有重要意義，為開發更有效的生物修復策略提供了科學依據。

上述研究依托安徽省工業廢水處理與資源化工程技術研究中心和納米礦物與污染控制安徽普通高校重點實驗室等平臺，相關研究工作得到了國家自然科學基金區域發展聯合基金（U20A20325）、國家自然科學基金面上項目（41772361）、安徽省重點研究與開發計劃（2022107020015）等項目資助。

來源 | 經濟學院 材料科學與工程學院

資源與環境工程學院

編輯 | 虎謹驍

責編 | 衛婷婷 宋嘉銘

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

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