2022年CAIA獎一等獎：碳基納米材料的設計合成及在環境樣品處理和色譜分離中的應用
完成單位：中國科學院蘭州化學物理研究所
完成人：陳佳；邱洪燈；趙亮；李湛；肖靜
成果簡介：隨著全球經濟和工業化的快速發展和推進，環境問題已成為當今世界面臨的嚴峻挑戰之一，尤其是近年來頻發的環境污染事故嚴重危及人類健康。然而環境污染物的分離分析普遍存在樣品基質復雜、前處理過程繁瑣、含量低、分離難等問題。因此，開發可用于復雜基質中污染物的高靈敏檢測和高選擇性分離的新材料新方法顯得尤為重要。本項目通過將分析化學與環境化學、材料化學等學科交叉融合，創新性地制備了基于多孔石墨烯、多孔碳、共價有機框架材料、碳點在內的多種高性能碳基納米材料，結合樣品處理和色譜分離技術，成功應用于復雜介質中典型環境污染物的快速吸附、高效降解、高選擇分離和高靈敏檢測，在新材料、新原理與新方法上取得了系列原創性的研究成果，豐富了環境分析化學的研究內涵，推動了環境樣品分離分析技術的發展，符合“十四五”規劃“全面推進健康中國建設”要求。已在Advanced Functional Materials、Green Chemistry、Environmental Pollution、Environmental Science: Nano、Analytical Chemistry、Chemical Communications等高水平期刊發表論文50篇，多次應邀在TrAC Trends in Analytical Chemistry、Green Energy & Environment、Chemical Engineering Journal等期刊撰寫關于碳基納米材料在樣品處理和色譜分離方面的評述文章。申請國家發明專利19件，授權專利10件，部分成果已進行轉化。系列工作先后獲中國科學院、中國科學報、科學網、分析人、X-MOL、網易等公眾號和新聞媒體的廣泛關注和宣傳報道。
創新點及科學價值：本項目圍繞具有自主知識產權的新型碳基納米材料樣品處理與色譜分離介質制備新原理、新技術和新方法，致力于解決環境樣品分離分析過程的關鍵科學問題和技術難題，開展了從原理創新到系統、深入應用研究，取得系列原創性的創新成果：
1）碳基納米材料的設計合成用于環境樣品處理
樣品處理作為復雜樣品分析過程中最為關鍵的一環，具有耗時、操作繁瑣且易引入分析誤差的特點，已成為制約分析結果的瓶頸。材料科學的發展成為解決樣品處理技術發展瓶頸的重要手段。采用重離子輻照、部分燃燒法等新技術和新策略，創新性地設計合成系列形貌、孔徑可控的多孔碳材料，解決傳統制備過程存在操作繁瑣、耗時等問題。在此基礎上，結合多重限域策略、溶劑熱法制備出十余種多孔碳復合材料，發展近二十種環境友好的樣品處理技術，有效降低/消除基質干擾效應，實現復雜基質中痕量目標污染物的選擇性富集、高效吸附分離與高靈敏檢測。
2）碳基納米材料色譜分離介質的設計合成用于環境樣品分離
色譜法作為復雜樣品分離分析最常用和最有效的方法之一，其核心是高效色譜填料（分離介質）的研制。采用原位生長法、表面鍵合法等，有針對性地設計并研制二十余種具有自主知識產權的新型碳基納米材料色譜分離介質，用于環境樣品中有機污染物的快速、高選擇性分離。豐富了色譜分離介質的種類，推動了色譜新材料在環境樣品分離分析領域的應用，為復雜環境樣品中痕量污染物的快速、高選擇性分離提供理論依據和技術支持。
社會經濟效益：本項成果擁有系列自主知識產權的新型碳基納米材料樣品處理與色譜分離介質制備技術，技術指標達到國內領先水平，并已在南京、廈門等地的多家公司進行推廣銷售。
應用前景：在材料科學、環境樣品處理、新型色譜分離介質等研究領域具有廣闊的應用前景。
