环境保护纳米材料
主要研究内容：
纳米材料的表面效应和界面效应使其能够显著促进表界面的化学过程，特别是表面催化反应和物理/化学吸附过程，在环境保护相关方面具有广阔的应用前景。本实验室研究人员在环境保护纳米材料，特别是水处理纳米材料方面进行了较深入的研究，取得了一些具有一定创新性的研究成果，主要内容包括：
1. 水处理纳米结构吸附材料：探索具有大比表面积、丰富表面基团和高吸附容量的无机纳米结构材料的合成与性能，研究重金属离子吸附机理；
2. 纳米复合吸附材料规模化制备与应用：针对饮用水中重金属离子低和难以去除特点，结合纳米材料吸附优势，探索纳米复合吸附材料程序化组装方法和规模化制备及实际应用；
3. 环境相关纳米催化剂：探索具有高活性和高稳定性的纳米催化剂的设计与制备，实现缓和条件下催化转化。
代表性研究工作：
1. 发展了以廉价原料和绿色溶剂制备具有大比表面积和丰富表面官能团纳米吸附材料方法，得到了包括花状氧化铁、空心氧化铈球、海胆状羟基氧化铁、碱式碳酸铝等多种纳米结构金属氧化物材料。这些材料在水中重金属离子吸附方面表现出优异的性能。以砷和铅为例，在近中性条件下对其饱和吸附容量分别高达170 mg/g和1980 mg/g。
制备多种纳米吸附材料形貌图
2. 揭示了纳米结构材料吸附重金属离子机理。除静电吸引力外，离子交换对吸附起重要作用。针对重金属阴离子，除纳米结构材料表面羟基可与其发生交换外，首次发现并证实了表面碳酸根可与其发生离子交换；针对重金属阳离子，纳米结构材料表面轻质离子（如镁离子、锌离子等）可与其交换。上述吸附机理可为设计和制备更高吸附能力的纳米材料提供实验证据和理论指导。
纳米结构材料吸附重金属离子机理小结
3. 发展了纳米复合吸附材料的程序化组装方法，保证纳米材料优异吸附性能的同时，有效解决了纳米材料易流失问题。在此基础上，实现了纳米复合吸附材料的小试生产，并成功用于内蒙古托克托县兴旺庄示范点。经纳米复合吸附材料深度净化处理后，饮用水中砷和氟分别从110 ppb和3.2 ppm降至2.5 ppb和1.2 ppm，符合国家农村饮用水标准。
纳米复合吸附材料的小试制备及其实际应用
4. 发明了多种具有高活性和高稳定性的纳米催化剂，提高了催化剂在有机污染物的降解消除、CO和VOC气体低温氧化去除、CO2催化转化为环状碳酸酯、氨硼烷水解产生氢气等环境相关方面的催化效率。
用于环境相关纳米催化剂
国内外影响：
相关研究工作在包括Adv. Mater., Chem. Commun., J. Mater. Chem., J. Hazard. Mater.等SCI权威杂志上发表学术论文40余篇，其中影响因子3.0 以上的有40篇，受到国内外同行的广泛关注和承认。应邀在Adv. Mater.专业权威杂志上撰写综述文章，现已被引用135次。由Amer Scientific Pub 2009年出版《Metal Oxide Nanostructures and Their Applications》中专著一章。在国内外学术会议做大会和分会邀请报告20余次。成果主要完成人2009年任科技部重大研究计划项目“纳米结构材料的程序化组装”的首席科学家。
代表性论文：
1. J.-S. Hu, L.-J. Wan. Hierarchically Self-Assembled Metal Oxide Mirco/Nano Composite Structures and Their Applications. Metal Oxide Nanostructures and Their Applications, Chapter 12, 417-456
2. J.-S. Hu, L.-S. Zhong, W.-G. Song, L.-J. Wan. Synthesis of Hierarchically Structured Metal Oxides and their Application in Heavy Metal Ion Removal. Adv. Mater., 2008, 20, 2977-2982
3. L.-S. Zhong, J.-S. Hu, L.-J. Wan, W.-G. Song. Facile Synthesis of Nanoporous Anatase Spheres and Their Environmental Applications. Chem. Comm., 2008, 1184-1186
4. H. Li, W. Li, Y.-J. Zhang, T.-S. Wang, B. Wang, W. Xu, L. Jiang, W.-G. Song, C.-Y. Shu, C.-R. Wang. Chrysanthemum-Like α-FeOOH Microspheres Produced by a Simple Green Method and Their Outstanding Ability in Heavy Metal Ion Removal. J. Mater. Chem., 2011, 21, 7878-7881
5. W. Li, C.-Y. Cao, L.-Y. Wu, M.-F. Ge, W.-G. Song. Superb Fluoride and Arsenic Removal Performance of Highly Ordered Mesoporous Alumina. J. Hazard. Mater., 2011, 198, 143-150
6. C.-Y. Cao, J. Qu, W.-S. Yan, J.-F. Zhu, Z.-Y. Wu, W.-G. Song. Low Cost Synthesis of Flowerlike α-Fe2O3 Nanostructures for Heavy Metal Ions Removal: Adsorption Property and Mechanism. Langmuir, 2012, 28, 4573-4579
7. C.-Y. Cao, J. Qu, F. Wei, H. Liu, W.-G. Song. Superb Adsorption Capacity and Mechanism of Flowerlike Magnesium Oxide Nanostructures for Lead and Cadmium Ions. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 4283-4287
8. C.-Y. Cao, F. Wei, J. Qu, Z.-F. Dou, W.-S. Yan, J.-F. Zhu, Z.-Y. Wu, W.-G. Song. High Adsorption Capacity and the Key Role of Carbonate Groups for Heavy Metal Ions Removal by Basic Aluminum Carbonate Porous Nanospheres. J. Mater. Chem., 2012, 22, 19898-19903
9. J. Qu, C.-Y. Cao, W. Li, Z. Qin, W.-G. Song. Metal Silicate Nanotubes with Nanostructured Walls as Superb Adsorbents for Uranyl Ions and Lead Ions in Water. J. Mater. Chem., 2012, 22, 17222-17226
10. C.-Q. Chen, W. Li, C.-Y. Cao, W.-G. Song. Enhanced catalytic activity of perovskite oxides nanofibers for combustion of methane in coal mine ventilation air. J. Mater. Chem, 2010, 20, 6968-6974
11. C.-Q. Chen, Y. Yu, W. Li, C.-Y. Cao, P. Li, Z.-F. Dou, W.-G. Song. Mesoporous Ce1-xZrxO2 Solid Solutions Nanofibers as High Efficiency Catalyst for catalytic combustion of VOCs. J. Mater. Chem. 2011, 21, 12836-12841
12. C.-Y. Cao, C.-Q. Chen, W. Li, W.-G. Song, W. Cai. Nanoporous Nickel Spheres as Highly Active Catalyst for Hydrogen Generation from Ammonia Borane. ChemSusChem, 2010, 3, 1241-1244
13. J. Qu, C.-Y. Cao, Z.-F. Dou, H. Liu, Y. Yu, P. Li, W.-G. Song. Solid-liquid Interfacial Hydrogen Bond Assisted Synthesis of Cyclic Carbonates using Flower-like Fe3O4@Fe(OH)3 Composite Catalyst. ChemSusChem, 2012, 5, 652-655
授权专利：
14. 宋卫国，万立骏，李伟，一种纳米复合材料及其制备方法与应用，专利号： ZL 200910090546.X
