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研究成果

1、 在森林生态系统结构与功能研究方面,在老一代科学家周以良等教授对东北地区植物种类分布调查的基础上,网格化布点开展了东北地区森林植物种质资源再清查,基本摸清了区域植物种质资源本底,支持国家基础数据平台建设;基于帽儿山及凉水实验林场长期监测数据,确认了落叶松林碳汇和土壤呼吸值;首次量化退耕还林土壤固碳速率,明确了天保工程通过改变土壤呼吸排放来影响碳汇功能,并明确增汇时间(6年以上),并明确了疏伐能够减少土壤碳排放14%;阐明极细根(<0.5mm)周转速率降低及其酸不溶解物质相关形成机制与可能对土壤碳氮动态贡献;明确阔叶红松林演替进程中土壤碳汇功能及肥力变化趋势。从区域、群落、物种和遗传多样性四个层次分析并提出了东北森林植物种质资源优先保护建议;从物候动态、年轮生长、结实特征等多角度探究了阔叶红松林对未来气候变化响应特征及敏感性与适应性。在Global Change Biology、Plant and Soil等国际主流期刊上发表论文50余篇,科学证明了东北人工落叶松林具有重要的碳增汇功能,为我国积极应对全球变化以及国际碳贸易提供决策依据。

2、 在森林植物资源保护机制与生态培育方面,持续开展中国野生植物濒危物种调查、中国野生植物发展战略、中国野生植物人工培植对策与贸易等方面的研究,先后完成《中国野生植物保护战略》、《中国重点保护药用植物人工培育规范和市场现状分析研究》、《中国野生植物人工培植的现状有效性评价及管理对策》国家层面的战略咨询和建议。在此基础上,利用实验室率先提出的森林植物生活史理论和代谢组学对森林植物人工培育过程中植物生理生态响应、活性成分积累和代谢规律进行系统研究,发表国际期刊论文30余篇,授权发明专利6项,获得省部级奖励2项,指导刺五加、红豆杉、油用牡丹等资源仿生栽培、定向培育和困难立地植被恢复与重建的应用实践工作,在我国东北、华北和西北等相关区域推广面积达15000亩以上,取得了显著的经济、社会和生态效益。

3、 在森林植物资源生态利用理论与技术研究方面,创建了一整套资源节约、环境友好的森林植物资源生态利用技术体系。发明了酶催化转化、多级诱导和生物半合成等系列绿色高效诱导技术,建立了高效传质动力学理论和技术体系,利用自主产权的负压空化、酶固定化技术成功研制紫杉醇、长春碱、木豆芪类酸等目的代谢成分的分离、纯化和纳米化产业化技术,先后在黑龙江珍宝岛药业股份有限公司、浙江海正药业等15个企业实现产业化生产,产生巨大的经济和社会效益,为森林植物资源的高效开发利用以及林下经济发展提供了有力的理论和技术支撑。在国际知名期刊上发表高水平学术论文45篇,获得国家发明专利18项,获得省部级科研奖3项目。

4、 针对电子电器、信息通讯、轨道交通等战略新兴领域高性能无卤阻燃高分子材料的迫切需求,紧紧围绕目前无卤阻燃剂及其阻燃材料同时具备高效阻燃、耐水、高热稳定、低烟无卤等关键技术问题,以高含氮的三嗪环结构为骨架设计入手,设计合成全新结构的大分子三嗪成炭发泡剂,并创新构建耐水高效、低烟无卤膨胀阻燃体系。在1项国家科技支撑计划项目,1项黑龙江省科技成果推广项目,1项黑龙江省研究与开发重大项目,3项国家自然科学基金等项目的支持下,通过对该项目关键技术问题持续攻关,研发了具有完全自主知识产权的三嗪系成炭发泡剂及膨胀阻燃剂,研究成果已经在黑龙江省润特科技有限公司产业化,解决了制约无卤膨胀阻燃剂在使用过程中的核心共性技术问题。相关的研究工作在国际知名期刊上发表高水平学术论文62篇,单篇论文的引用次数超过了300余次,获得国家发明专利13项,获得省自然科学一等奖1项。

5、 在绿色有机合成方面,利用C-H键活化参与的钯催化串联反应的设计、开发及在生物活性天然衍生物的合成工作,研究成果主要包括:①发现了若干零价钯催化的惰性C-H键官能化串联化学反应过程,成功实现了黄酮、菲啶、异喹啉和喹唑酮等杂环骨架的构建。②以空气为“绿色”氧化剂,通过钯或铜催化惰性C-H键氧化官能化反应构建了咪唑及稠合异喹啉杂环骨架结构。③发现了若干零价钯催化烯烃双官能化串联反应过程,如烯基芳基化反应,氧芳基化反应和胺芳基化反应。在Org. Lett.、J. Org. Chem.等学术刊物上发表SCI论文40篇,其中多篇论文被国际化学权威期刊Synfact作为亮点进行了专题介绍,论文被引用630余次;出版学术专著3部,为我国积极应对污染提供决策依据。

6、 在分离分析新方法的研究与开发方面,建立了基于分子印迹聚合物、磁性纳米材料、金属-有机框架材料等为基础的分离新方法,结合色谱分析技术,应用于食品中有害物质、天然产物中活性成分以及环境样品中污染物的萃取、分离、净化、富集和检测。并且以纳米荧光量子点、石墨烯、膨胀石墨、稀土掺杂发光材料以及碳材料为基础,针对具有重要的环境和生命科学意义的物种,设计构筑了多种新型传感体系,发展高灵敏度、高选择性、多功能和生物相容的检测方法。探索分子识别和光化学、电化学传感机理。在相关领域期刊发表SCI论文70余篇,获得授权发明专利10余项。

7、 在林源功能材料制备及其性能应用方面,以纤维素、环糊精或壳聚糖等生物质代替石化高分子用于新载药体系的构建及药物控释研究属于生物质与材料化学、生物化学及分析化学的交叉创新研究。不同于报道中所使用的化学合成方法,研究将较少使用有机刺激性试剂,主要依靠数量庞大的弱相互作用力,如分别或组合使用主-客体作用、静电作用、无机-有机配位作用和氢键作用等实现载药材料的结构调控和药物控释目的;开展了木质素酚、槲皮素等生物质碳量子点的制备及生物成像的研究工作;在能源材料的制备及应用方面,以废弃林源生物质基材料合成了生物质碳和硅材料,并对其改性,作为电池负极材料应用,在相关领域期刊发表SCI论文60余篇,获得国家自然科学基金资助3项,取得授权发明专利10余项。

8、 在无机功能材料的设计和应用方面,利用原位封装法制备了双波长发射的染料封装型金属有机骨架复合物,以制备的氨基修饰的多孔MOF材料作为催化剂在可见光激发下实现了基于双重催化路径的二氧化碳加氢还原。首次实现二维硒化铟超晶格的制备,实现电学和光电探测性能的显著提高。探索相变与合金工程对二维硒化铟材料的电学和光电性能影响规律,构筑高性能、宽光谱光电探测器。通过合金工程,有效调控二维硒化铟电子输运性能,在此基础上成功实现高性能、自驱动近红外光电光电探测器的构筑。在分子筛环境友好催化领域,致力于介孔分子筛材料的修饰合成及其吸附/催化污染物降解的研究。在水中污染物治理方面,致力于具类芬顿活性物种修饰介孔钛硅分子筛的设计合成与应用的研究。为无机纳米材料的可控制备,探索材料在催化、阻燃、光电探测等领域的应用提供了有力的理论支撑。在国际知名SCI期刊上发表论文40余篇,申请国家发明专利多项。

9、 在新能源材料与器件研究方面,设计制备了一系列可用于钠离子电池的新型聚阴离子电极材料以及一系列优异电化学性能的超级电容器电极材料。此外,基于卟啉和酞菁制备离子型水/醇溶解性材料,并利用旋转涂布方法制备阴极界面修饰层,避免传统方法(真空蒸镀氟化锂)的繁琐。并在阴极构筑一层介电层,有效的提升太阳能电池光电转化效率。在Adv. Energy Mater,J. Mater. Chem. A,Sol. Energ. Mat. Sol. C等国际主流期刊上发表论文近30篇。