光催化技术进展及应用
光催化技术进展及应用专题由姜德生院士和李言荣院士主持。
付贤智院士在“基于光催化的清洁能源与环境新技术”报告中指出，能源短缺和环境污染是当今世界面临的重大问题。光催化技术可以利用太阳光来驱动一系列重要化学反应，如光解水制氢、二氧化碳还原和降解污染物等，是未来清洁能源生产和环境污染治理的理想途径之一，在解决能源和环境问题方面有重要应用前景。目前光催化技术在实际应用过程中还存在光催化过程量子效率低、太阳光利用率低等关键科学技术难题。报告重点介绍了国内外在理论和应用方面解决这些问题取得的进展和成果，涵盖了表面晶格缺陷型TiO2光催化剂、金属氮化物型可见光光催化剂等新型光催化剂，以及光催化反应机理研究取得的重要进展，同时报告展示了光催化技术在环境领域、医疗卫生领域的诸多应用实例。报告最后从基础研究、应用研究、产业发展 3方面对光催化技术未来发展趋势进行了展望。
邹志刚教授的“光催化材料的机遇与挑战”报告中，首先介绍到光催化材料受光照射后，可将表面的水分解为H2和O2，将有机物分解或者磺化，因此光催化技术被认为在能源及环境领域具有巨大应用前景。但光催化材料仍很难大规模应用，原因在于其太阳能转换率低。报告指出，利用紫外光的光催化材料，太阳能转化效率最高只达到1.8%，而若可以利用600nm波长的可见光，转化效率可高达16%，因此发展可见光响应光催化材料是实现高效太阳能转换的最重要途径之一。邹志刚教授认为，设计可见光响应光催化材料需要突破3大难点：如何使得光催化材料的带隙与可见光能量匹配？如何使光催化材料的能带位置与反应物电极电位匹配？如何降低光生电子-空穴的复合率，提高量子转换效率？报告指出，利用太阳能转换效率理论值高的材料进行光催化材料设计，可实现高的太阳能转换效率，具体介绍了其对Ta3N5改造而获得6%太阳能转换效率的研究工作，该研究成果是目前最高的光催化材料太阳能转换效率。同时，报告介绍了其研究团队通过能带结构调控、载流子有效质量判据的提出、纳米微结构调控、纳米异质结结构、表面改性等途径提高光催化材料转换效率的研究工作。报告介绍到，由于资源日益紧张、环境污染严重等问题，发展光催化材料分解天然海水产氢和廉价环保的铁系光催化材料是光催化技术的两个重要发展方向。此外，报告强调光催化还原CO2制备碳氢燃料是非常有前景的技术，可实现碳循环终极目标，目前该技术在航天航空密闭空间方面得到应用，我国在该技术的研发水平处于国际领先水平。
叶金花研究员在“人工光合成二氧化碳能源化”报告中首先介绍到，光催化技术存在效率低、稳定性差的巨大挑战，光催化技术中的CO2能源化由于CO2本身的化学稳定性及还原反应过程的复杂性，是人工光合成技术最具挑战的方向，目前研究还较薄弱。假设人工光合成技术的太阳能化学转化效率为5%，利用全国1%的荒漠化土地，每年可吸收3.83亿吨CO2，将其转化成1.39亿吨CH4，人工光合成二氧化碳能源化技术是极具竞争力的绿色新能源技术，目前国际上相继投入巨资攻克人工光合成技术瓶颈，2014年，中国基于半导体人工光合成的二氧化碳能源化基础研究项目获科技部973计划批准并支持，目标是在未来5年，人工光合成二氧化碳的效率10倍于自然光合作用。报告指出大幅度提高太阳能转化效率的3个关键因素是太阳光谱吸收范围、光子转化效率和器件化系数，需要解决的关键科学问题有：半导体人工光合成的能带调控机制、半导体人工光合成的表/界面现象及光化学反应微观机制和复合材料组装集成的太阳能化学转换特性，随后报告介绍了其研究团队及合作者围绕这3个关键问题在不同尺度取得的重大进展及成果。
讨论环节，西北工业大学参会代表首先问到，今后要提高光催化材料的太阳能转换效率，新材料的开发与材料微结构、表面形貌调控哪个更关键？邹志刚教授认为设计新型光催化材料更加重要；付贤智院士指出光催化反应是否能高效进行也是提高太阳能转换效率的关键之一，而由于光催化反应过程研究难度大、耗时长等原因，一直以来对光催化反应机理研究、探讨较少，他强调除了这两方面材料问题，反应机理的研究也应该得到重视和加强；叶金花研究员补充到，今后光催化材料领域的高水平研究成果必将是基于新型光催化材料设计和反应机理研究这两方面的。随后，几位参会代表就自己感兴趣的光催化反应中的物理、化学问题进行了提问，3位报告人一一作了耐心解答，同时，邹志刚教授指出，光催化材料及技术目前受到世界各国的重视，迎来前所未有的发展机遇，而光催化技术涉及物理、化学、材料、环境多个学科，他呼吁各学科各领域的科研人员能投身光催化技术这个发展前景广阔的研究方向，广泛开展交流合作，共同促进光催化技术的快速发展。
复合材料进展及应用
复合材料进展及应用专题由江东亮院士和陈祥宝院士主持。
李仲平院士在“临近空间高超声速飞行器材料问题—热结构的挑战”报告中介绍到，临近空间高超声速飞行器领域现阶段仍面临巨大挑战，除了气动控制、动力系统技术方面的困难，材料与结构问题已显露端倪，其重要性也进一步凸显，直接影响飞行器研制进程，决定飞行试验的成败；美国的最新IH（Integrated Hypersonics）计划将材料问题列为第二关键因素。报告重点分析了热结构的起源问题及热结构材料技术面临的烧蚀与非烧蚀取舍问题、超高温被动热防护问题以及轻量化问题，报告最后一部分阐述了报告人对热结构挑战问题的深度思考，从材料成分体系选择、材料结构设计以及制备方法创新等多角度提出了应对之策。
李贺军教授在“碳/碳复合材料抗氧化抗烧蚀研究”报告中指出，碳/碳（C/C）复合材料是先进航空航天器及其动力系统不可或缺的关键材料。高温含氧气氛下的氧化烧蚀问题，成为制约该材料在航空航天领域推广应用的瓶颈，基体改性和涂层技术是提高其高温抗氧化抗烧蚀能力的有效手段。报告从抗烧蚀热解碳织构控制、超高温陶瓷改性与抗氧化陶瓷涂层三个方面，介绍了超高温结构复合材料重点实验室近年来在C/C复合材料抗氧化抗烧蚀技术方向的最新研究进展，并介绍了在这三方面技术上获得的应用研究进展。
张荻教授的“中国铝基复合材料研究现状和发展趋势”报告首先简要介绍了航天、电子、交通运输、核工业等领域对铝基复合材料的重大需求，指出我国金属基复合材料目前面临复合制备难、加工成型难、塑性/韧性差、工程转化难的发展瓶颈，根本解决途径是构筑金属基复合材料设计与可控复合制备加工理论基础以指导应用研究，并总结分析了这一共性理论基础涵盖的复合界面形成及作用机制，复合制备、加工成型中组织形成机制及演化规律，使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制三大科学问题。随后介绍了SiCp/Al 基复合材料理论基础方面取得的成果及应用基础研究方面的进展。报告最后介绍了通过仿生结构设计来改善铝基复合材料强韧性的新思路及该方面的研究成果。
讨论环节，几位参会代表就自己感兴趣的内容向各位报告人提问取经，3位报告人依次做了详细解答。最后，周廉院士说到，复合材料是一类非常重要的材料，我国除树脂基复合材料外其他复合材料基础薄弱，与国外差距相当大，并向本次大会复合材料领域的报告人和参会代表建议到，希望通过后面两场分论坛的讨论，各位报告人和参会代表讨论出复合材料领域几个通过合作集成能快速发展起来的方向，以实现几种关键复合材料
《中国材料进展》杂志社 惠琼 整理