有机硅实验室科研团队巡礼——硅树脂及硅基纳米复合材料团队

上传时间 :2020-03-24 17:08:38    浏览次数 :53    作者与来源 :苏丽

团队简介

自2003年起一直从事有机硅树脂及POSS等硅基纳米复合材料设计、制备、性能及其应用研究工作。团队先后承担了国家863计划(1000吨级甲基苯基二氯硅烷生产技术及新型绝缘体材料的开发2005AA305G40)、国防科工局军品配套科研项目(有机硅树脂及×××硅酮塑料)、浙江省国际科技合作专项项目(新型复合纳米体系硅树脂基阻燃防火材料的可控制备与性能调控研究2013C24020),浙江省自然科学基金(磁性微球Fe3O4的表面引发(MMA、ST)ATRP修饰Y405124)、浙江省科技计划项目(新型苯基硅树脂的开发2008C31005)、杭州市科技发展计划(高性能甲基苯基硅树脂的开发20070231H03)等项目20余项。在J HazardousMaterials, Carbon, Ind. Eng. Chem. Res,等学术刊物上发表SCI论文50余篇,申请国家发明专利20余项。

前期在完成国防科工局军品配套科研项目(有机硅树脂及×××硅酮塑料)过程中,设计制备了新型甲基苯基硅树脂用于耐高温电绝缘复合材料的制备,实现了耐高温电绝缘硅酮塑料的国产化。在浙江省科技计划项目(新型苯基硅树脂的开发2008C31005)项目研究过程中,提出了采用新型亲核催化体系,催化硅烷的水解聚合,有效降低了硅树脂聚合物体系中体型环体等惰性小分子产生,制备了新型甲基苯基硅树脂聚合物。另外,主持完成的浙江省国际科技合作专项项目(新型复合纳米体系硅树脂基阻燃防火材料的可控制备与性能调控研究2013C24020)中,将硅树脂浸涂在高分子材料聚氨酯泡沫表面。实现了高分子材料PU泡沫的阻燃改性,使泡沫材料的LOI由14.6%分别上升至26.2 %、28.1%和28.8 %,热释放速率峰值分别降低44.1%、52.3%和67.9% (Journal of Hazardous Materials 336 (2017) 222–231),为硅树脂改性高分子材料阻燃性能提供了新的方案。在参与承担的国家重点研发计划项目(新型氟硅材料制备关键技术2017YFB0307700)攻关过程中,开发了系列MQ型POSS(氢功能化POSS、乙烯基功能化POSS、环氧功能化POSS、甲基丙烯酸酯功能化POSS等等)。相关工作在推进中试放大中。

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团队理念:合作创新

团队鼓励大家秉承开放、合作的工作模式,定期在每周一次的组会上交流科研思路,组内包括学生在内的成员均可对当前研究的问题方案等进行热烈讨论。团队不仅支持开展创新型的科研工作,也响应国家号召把科研成果谱写在祖国的大地上。聚合物材料具有广泛的应用,但其易燃烧、耐高温差的性质严重制约了其应用。团队毕业生吴谦是对科研非常狂热,阅读大量文献,科研思路非常活跃。他从源头出发,结合硅树脂聚合物材料的耐高温等特点,采用硅树脂及石墨烯等纳米材料改性,开发了耐温性好、温度灵敏度高复合材料,相关成果发表在Acs Nano、Journal of hazardous materials等权威期刊上。为了延续他的科研兴趣,毕业之后推荐其顺利进入哈尔滨工业大学国家杰出青年基金获得者黄玉东课题组攻读博士学位。除开展这些创新型工作外,团队非常注重科研成果技术转化。衢州市是浙江省重要的氟硅材料生产基地,团队作为有机硅化学及材料技术教育部重点实验室的一支团队,与中天氟硅材料有限公司、衢州中通化工有限公司等企业合作,将硅树脂、POSS等产品进行技术转化,用实际行动将成果奉献在祖国的大地上。

团队还非常注重与国内外同行的合作交流。在POSS材料方面,团队负责人吴连斌在英国开放大学Alan Bassindale教授课题组开展新型POSS及其Janus结构材料的访学与交流。在多孔硅纳米材料方面,吴连斌老师在美国加州大学圣地亚哥分校Michael Sailor教授课题组访学,学习世界著名学者的治学经验。此外,为了更好地促进交流与合作,团队还派出了年青教师颜悦和硕士生苗笑梅远赴美国,在Michael Sailor教授课题进行3个月的短期交流。Michael Sailor教授每年也会来硅树脂团队进行1-2个月的沟通和交流。通过这种双边交流模式,团队在多孔硅纳米荧光材料方面可以与加州大学圣地亚哥分校保持良好的合作。此外,团队非常鼓励师生参加国际学术活动。2017年团队派出3人教师、6名学生组成的团队参加世界有机硅学术大会,了解科研学术前沿。广泛的合作交流一方面解决一些疑惑,另一方面增进了大家的学术视野,使科研方向始终紧跟世界前沿。

人才培养:兴趣求真

团队在学生培养方面,始终坚持将学生兴趣与服务社会需求放在首位。首先,非常强调兴趣优先,本科成绩与专业要求宽松。目前团队成员有来自化工、化学、材料,甚至管理专业的本科毕业生,但正是基于大家对硅树脂及硅基纳米复合材料浓厚的兴趣,大家走到了硅树脂团队。硕士生李萌觉得能进入硅树脂团队是求学生涯的一大幸事。“这里大家都是抱着兴趣来学习,科研学术氛围浓厚。”李萌这么形容她加入硅树脂团队一年多的感受。她本科是工商管理专业的,但她自高中阶段起就对化学、材料专业非常感兴趣,所以在本科毕业后选择了跨专业考研,并选择了材料专业。吴连斌老师认真了解她的兴趣爱好后,制定了详细的科研计划,欣然将她招入团队。加入团队一年多以来,她能很快的进入角色。原因正是她对材料专业的深厚兴趣爱好。她说“在这里有先进的实验设备,良好的科研平台,团结互助的师兄师姐、认真而又学识深厚的导师,在这里求学是充实而快乐的”。除考虑学生的兴趣爱好外,团队始终将为社会培养所需的人才理念放在首位。毕业生冯一峻在硅树脂团队求学的3年期间,研究方向是硅树脂及其复合材料。除了在实验室进行必要的理论、动手实践等培养外,团队结合社会对人才的实际需要,团队负责人吴连斌经常带领冯一峻、张金成等学生深入硅树脂等企业一线,学习企业硅树脂产业化生产相关知识,了解企业对人才技能的需求,并将这种理念在平时培养实践中不断完善。正是这种不仅在实验室里学,也在公司企业实践中学的培养理念,团队毕业生非常受企业的欢迎。毕业生冯一峻很早就受到企业青睐,毕业后顺利进入理想的杭州萧山传化集团工作。除冯一峻外,毕业生刘春在团队求学期间,凭借扎实的理论知识,以及丰富的企业实践经验,获得了山东“宝隆达”集团在我校设立的“宝隆达”奖学金,主要旨在奖励在有机硅材料领域取得一定成绩的硕士毕业生。

团队负责人:吴连斌

团队主要成员: 裴勇兵,博士、助理研究员、硕士生导师

                         肖文军,博士、助理研究员、硕士生导师

                         张飞豹,博士,助理研究员、硕士生导师

                         颜   悦,博士、助理研究员、硕士生导师

                         李   艳,博士、助理研究员、硕士生导师

团队顾问教授: Michael Sailor,教授,美国加州大学圣地亚哥分校

                         蒋剑雄,教授,杭州师范大学

                         陶文生,研究员,中科院上海有机化学研究所

研究方向1.硅烷水解动力学及纳米POSS的设计应用;

                 2.高性能硅树脂的合成及其耐高温复合材料的应用研究;

                 3.硅基纳米复合涂层超疏水、阻燃应用研究;

                 4.多孔硅纳米材料改性及应用研究。

QQ图片20200324122211吴连斌  博士  硕士生导师

2010年6月浙江大学高分子化学与物理专业博士毕业。2003年7月至今杭州师范大学任教,2011年晋升副研究员,现任有机硅化学及材料技术教育部重点实验室副主任。浙江省第一批青年科学家培养计划人选,浙江省“新世纪151人才工程”培养人员(第三层次),杭州市新世纪"131"优秀中青年人才培养计划(第二层次)。2013年12月至2014年12月留学英国开放大学开展JANUS型环硅氧烷及超疏水纳米复合材料的研究;2016年2月-8月留学美国加州大学圣地亚哥分校,开展多孔硅纳米材料改性及应用研究。先后主持、承担国家863计划、国防科工局军品配套科研项目、国际科技合作专项项目、浙江省自然科学基金等项目20余项,在J hazardous materials, Carbon, Composites Science and Technology等学术刊物上发表SCI论文20余篇,申请国家发明专利10余项。

代表性研究成果:

[1] Fang, Y.; Liu, C.; Li, M.; Miao, X.; Pei, Y*.; Yan, Y.; Xiao, W.; Wu, L*., Facile generation of durable superhydrophobic fabrics towards oil/water separation via thiol-ene click chemistry. Industrial & Engineering Chemistry Research.2020.doi.org/10.1021/acs.iecr.9b06761

[2] Liu, C.; Fang, Y.; Miao, X.; Pei, Y*; Yan, Y.; Xiao, W.; Wu, L*., Facile fabrication of superhydrophobic polyurethane sponge towards oil-water separation with exceptional flame-retardant performance. Separation and Purification Technology. 2019, 229, 115801.

[3] Qian Wu, Qian Zhang, Li Zhao, Shi-Neng Li , Lian-Bin Wu*, Jian-Xiong Jiang, Long-Cheng Tang, A novel and facile strategy for highly flame retardant polymer foam composite materials: Transforming silicone resin coating into silica self-extinguishing layer, Journal of Hazardous Materials, 336,222-231,2017.

[4] Long-Cheng Tang , Xu Wang , Li-Xiu Gong , KePeng , Li Zhao, Qiu Chen, Lian-Bin Wu*,Jian-Xiong Jiang, Guo-Qiao Lai, Creep and recovery of polystyrene composites filled with graphene additives,Composites Science and Technology,91: 63-70, 2014.

[5] Tang LC, Wan YJ, Yan D, Pei YB, Zhao L, Li YB, Wu LB*, Jiang JX, Lai GQ. The effect of graphene dispersion on the mechanical properties of graphene/epoxy composites,Carbon,60: 16-27, 2013.

[6] Lianbin Wu, Qiu Chen, ZhiqingLv,Weilin Sun, Limin Chen &Jirong Wu, Bithiazole-bridged polysilsesquioxane and its metal complexes: synthesis and magnetic properties, Journal of Sol-Gel Science and Technology,60(2):214-220, 2011.

[7] Qingyu Han, Yongbing Pei, Ying Zhong, Kai Zhang, Lianbin Wu*,Fabrication and properties of chemically bonded polysilsesquioxane-polyacrylate/silica hybrid latex films with high silicon content, Polymer Composites, 36:389-396, 2015.

[8] Kai Zhang, Qingyu Han, Chun Liu, Yongbing Pei, Longcheng Tang, Li Zhao, Lianbin Wu*, Superhydrophobic and Superparamagnetic Composite Coatings:A Comparative Study on Dual-Sized Functional MagnetiteNanoparticles/Silicone Rubber. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 27:1816-1825, 2017.

[9] Yongbing Pei, Qingyu Han, Longcheng Tang, Li Zhao, Lianbin Wu*. Fabrication and characterization of hydrophobic magnetite composite nanoparticles for oil/water separation, Materials Technology, 31(1):38-43, 2016. 

[10] Qingyu Han, Yongbing Pei, Ying Zhong, Kai Zhang, Longcheng Tang, Lianbin Wu*. Fabrication and properties of chemically bonded polysilsesquioxane-polyacrylate/silicahybrid latex films with high solid content, Polymer Composites, 36(2): 389-396, 2015. 

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裴勇兵  工学博士  助理研究员

2005年9月-2011年6月在华南理工大学化学与化工学院攻读博士学位,主要从事功能性聚合物及其复合材料的制备与应用研究。2009年9月至2011年3月,在美国犹他大学(University of Utah)Terry A. Ring教授课题组联合培养,从事磁性纳米粒子的制备及功能化等基础研究。2011年7月加入杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室,研究方向为功能纳米界面材料,主要涉及界面、阻燃、力学等领域。主持浙江省自然科学基金面上项目1项,完成浙江省科技厅项目、教育厅项目各1项,以第一、通讯作者在Sep. Purif.Technol, Ind. Eng. Chem. Res, Compos. Sci. Technol等期刊发表多篇学术论文,申请中国专利10余项,授权4项。

主要科研项目

1.面向复杂环境的超疏水-超亲水可转换油水分离材料的制备与应用研究,浙江省自然科学基金,10万元,主持、在研;

2.高效油水分离磁性超疏水海绵材料的制备关键技术研究,浙江省科技厅公益项目、15万元,主持、完成。

代表性研究成果:

(1) Fang, Y.; Liu, C.; Li, M.; Miao, X.; Pei, Y*.; Yan, Y.; Xiao, W.; Wu, L., Facile generation of durable superhydrophobic fabrics towards oil/water separation via thiol-ene click chemistry. Industrial & Engineering Chemistry Research.2020.doi.org/10.1021/acs.iecr.9b06761

(2) Liu, C.; Fang, Y.; Miao, X.; Pei, Y*; Yan, Y.; Xiao, W.; Wu, L., Facile fabrication of superhydrophobic polyurethane sponge towards oil-water separation with exceptional flame-retardant performance. Separation and Purification Technology. 2019, 229, 115801.

(3) Shen, H.; Liang, Q.; Song, L.; Chen, G.; Pei, Y*.; Wu, L.; Zhang, X., Facile fabrication of mechanically stable non-iridescent structural color coatings. Journal of Materials. Science. 2020, 55, (6), 2353-2364.

(4) Gong, L. X.; Pei, Y*; Han, Q. Y.; Zhao, L.; Wu, L. B.; Jiang, J. X.; Tang, L. C., Polymer grafted reduced graphene oxide sheets for improving stress transfer in polymer composites. Composite Science. and Technology. 2016, 134, 144-152.

(5) Han, Q. Y.; Pei, Y*.; Zhong, Y.; Zhang, K.; Tang, L. C.; Wu, L. B., Fabrication and Properties of Chemically Bonded Polysilsesquioxane-Polyacrylate/Silica Hybrid Latex Films With High Silicon Content. Polymer. Composites. 2015, 36, (2), 389-396.

QQ图片20200324122331肖文军  博士  硕士生导师

2011年9月厦门大学高分子化学与物理专业博士毕业。现从事“有机硅材料绿色合成、硅碳键构建中绿色催化反应”等方面研究。主持国家自然科学基金(青年项目)1项,参与国家自然科学基金(面上项目)、省自然科学基金等项目5项;第一作者或通信作者发表SCI文章11篇,EI文章2篇,授权专利4项,作为主要合作者发表SCI文章20篇余篇。

代表性研究成果

1. 徐大鹏, 肖文军, 彭家建, 厉嘉云, 白赢. 铁催化硅氢加成反应研究进展. 有机化学. 2014, 11,2195-2201.

2.  Wenjun Xiao, Chang-an Yang, Jiajian Peng, Jiayun Li, Ying Bai. Temperature controlled dispersion of multi-walled carbon nanotubes in water with poly[(N-isopropylacrylamide)-co-(ionic liquid)]. Adv. Mater. Res., 2014, 989, 498-501.

3.  Wenjun Xiao, Qin Chen, Ying Wu, Tinghua Wu, Lizong Dai. Ferromagnetism of Zn0.95Mn0.05O controlled by concentration of zinc acetate in ionic liquid precursor. Mater. Chem. Phys., 2010, 123, 1-4.  

4.  Wenjun Xiao, Qin Chen, Ying Wu, Tinghua Wu, Lizong Dai. Dissolution and blending of chitosan using 1,3-dimethylimidazolium chloride and 1-H-3-methylimidazolium chloride binary ionic liquid solvent. Carbohyd. Polym., 2011, 83, 233-238.

5. Qin Chen, Wenjun Xiao, Ying Wu, Tinghua Wu. Hydrolysis of chitosan under microwave irradiation in ionic liquids promoted by sulfonic acid-functionalized ionic liquids. Polym. Degrad. Stabil. 2012, 97, 49-53. 

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张飞豹  博士  硕士生导师

2007年6月兰州大学分析化学专业博士毕业。2007年7月至今杭州师范大学任教,2015-2016年任日本广岛大学工学部,应用化学专业助理教授,入选浙江省“新世纪151人才工程”第三层次培养人选,浙江省“青年科学家培养计划”第一批签约人选,衢州市“115人才培养工程”第二层次,担任浙江富士特集团 “有机硅下游产品研究院”执行院长。获发明专利授权5项,并在国内外重要刊物上发表论文40余篇。


纵向项目情况:

1、浙江省自然科学基金:二噻吩并锗咯的骨架拓展衍生物:分子设计、合成及其光伏性能研究(LY18B040003) 主持 9万元(2017-2019)

2、浙江省自然科学基金:硅基有序阵列催化剂的制备及电催化性质研究(Y4100131) 主持 10万元(2010-2014)

3、杭州市农业科研自主申报项目:新型农药增效剂的研发(20180432B06) 主持 10万元(2018-2019)

4、杭州市高层次留学回国人员(团队)在杭创业创新项目:一次性医疗机械行业ODS物质替代品与替代技术-醇溶性硅油(ZX15047002) 主持 20万元 (2017-2019)

部分学术论文:

1、 Sun, W.; Wang, C. H.; Lv, S. F.; Jiang, J. X.; Guo, X. G.; Zhang, F. B.*Organic Electronics 2020, 77, 105548.

2、 Kang, Z. W.; Gao, Z. C.; Lv, S. F.; Zhang, F. B.*,Jiang, J. X.,  Silicon2019,11(1), 287-292.

3、 Zhang, F. B.; Ooyama, Y.; Ohshita, J.,Chemistryselect 2017, 2 (10), 3106-3109.  

4、 Zhang, F. B.; Adachi, Y.; Ooyama, Y.; Ohshita, J., Organometallics2016, 35 (14), 2327-2332. 

5、 Zhang, F. B.; Lv, S. F.; Jiang, J. X.; Ni, Y., J Chem Sci2015,127 (6), 1053-1056. 

6、 Zhang, F. B.; Jiang, J. X.; Ni, Y., Mater Sci Eng B-Adv 2014,190, 90-95.

7、 Zhang, F. B.; Lv, S. F.; Jiang, J. X.; Ni, Y., Appl Organomet Chem2014, 28 (11), 826-830. 

8、 Zhang, F. B.; Ohshita, J.; Miyazaki, M.; Tanaka, D.; Morihara, Y., Polym J2014,46 (9), 628-631.


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颜悦  博士  助理研究员

主要研究方向为多孔硅材料的改性及应用与溶胶凝胶法在粘接及荧光材料设计制备方向的应用。


【代表性论著】

[1] Yan Y, Zhang Z, Bak S M, et al. Confinement of ultrasmall cobalt oxide clusters within silicalite-1 crystals for efficient conversion of fructose into methyl lactate[J]. ACS Catalysis, 2018, 9(3): 1923-1930.

[2] Yan Y, Fu J, Wang T, et al. Controlled release of silyl ether camptothecin from thiol-ene click chemistry-functionalized mesoporous silica nanoparticles[J]. Acta biomaterialia, 2017, 51: 471-478.

[3] Yan Y, Fu J, Xu L, et al. Controllable synthesis of SiO2 nanoparticles: effects of ammonia and tetraethyl orthosilicate concentration[J]. Micro & Nano Letters, 2016, 11(12): 885-889.

[4] Yan Y, Fu J, Liu X, et al. Acid-responsive intracellular doxorubicin release from click chemistry functionalized mesoporous silica nanoparticles[J]. RSC Advances, 2015, 5(39): 30640-30646.


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李艳  理学博士  讲师

2011年本科毕业于吉林大学材料化学专业,2016年6月毕业于吉林大学分析化学专业,获得理学博士学位。2019年加入杭州师范大学有机硅化学及材料教育部重点实验室。目前主要从事硅基荧光材料及笼型聚倍半硅氧烷(POSS)复合材料的设计与应用研究。