梅东海

男， 天津工业大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1982.09 – 1986.07 西北大学化学工程系化学工程专业学习，获工学学士学位
1986.07 – 1990.08 陕西省咸阳焦化厂工作
1990.07 – 1993.08 北京化工大学化学工程系化学工程专业学习，获工学硕士学位
1993.09 – 1996.12 中国石油大学（北京）化学工程系有机化工专业学习，获工学博士学位
1997.04 – 1999.12 清华大学化学工程系博士后
1999.01 – 2006.04 美国弗吉尼亚大学化学工程系,博士后，研究科学家
2006.04 – 2018.10 美国西北太平洋国家实验室,物理与计算科学分部,研究员
2018.10 – 至今 天津工业大学化工学院，教授

研究领域和兴趣

计算催化，分子筛催化剂合成机制及理性设计

主要业绩

主要学术成就
梅东海教授长期从事多尺度多相催化反应机理、理论计算与动力学模拟研究，致力于发展基于第一性原理计算、分子动力学、动力学蒙特卡洛及人工智能机器学习的催化材料理性设计理论与方法，在分子筛限域催化、负载型金属催化剂、复杂凝聚相催化反应以及电化学能源转化等领域取得了一系列具有国际影响力的研究成果。其学术研究贯穿催化材料原子结构、活性位点演化、表界面反应机理、微观动力学和宏观催化性能等多个层次，逐步形成了以理论计算揭示催化反应本质、以多尺度模拟连接微观结构与宏观性能、以数据驱动和人工智能促进催化材料创新的特色研究体系。
1996年获得中国石油大学（北京）工学博士学位，先后在清华大学、美国弗吉尼亚大学从事博士后及科研工作，2006—2018年任美国能源部太平洋西北国家实验室研究员，2018年起全职加入天津工业大学，现任化学工程与技术学院院长。2019年入选国家高层次海外人才创新长期项目。梅东海教授主持和承担了多项国家及企业科研项目，包括国家自然科学基金重大研究项目培育项目、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目课题，以及中国石化、中国华能等企业科研项目。迄今已在Science、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际重要学术期刊发表SCI论文280余篇，论文被引用33000余次，Google Scholar H指数85。主要学术成就体现在以下三个方面：
一、发展了第一性原理驱动的多尺度多相催化理论与计算方法，建立了从原子尺度反应机理到催化宏观性能的研究体系。
针对传统催化研究难以从原子和分子尺度揭示复杂催化反应网络、活性位点动态演化及反应动力学规律等关键问题，系统发展了密度泛函理论、从头算分子动力学、过渡态搜索、第一性原理热力学、动力学蒙特卡洛及多尺度反应模拟等理论方法，建立了从催化剂表面结构、反应中间体、基元反应能垒到催化反应速率和选择性的多层次关联研究框架。
在国际上较早开展第一性原理计算与动力学蒙特卡洛相结合的催化反应研究，系统研究了乙烯加氢、乙炔选择性加氢、NO分解及NO还原等重要反应，揭示了双金属表面组成、活性位点结构及反应物竞争吸附对催化反应路径和产物选择性的影响,为从静态反应能量分析走向动态催化性能预测提供了重要理论基础。进一步将多尺度计算方法拓展至金属氧化物、尖晶石、负载型金属纳米颗粒及复杂气固、液固和气液固界面体系，揭示了金属—载体相互作用、表面缺陷、氧空位、晶面结构及界面电子效应对催化活性的调控机制。有关单原子Pt/CeO₂催化CO低温氧化的研究发表于Science（2017），揭示了表面晶格氧参与反应的关键作用。上述工作推动了第一性原理计算从单一基元反应能垒分析向复杂反应网络、动态活性位点和催化性能预测发展。
二、揭示了凝聚水相微环境对分子筛催化反应的调控机制，发展了限域微环境催化理论。
针对工业催化过程中水及其他凝聚相组分对催化反应的复杂影响，突破传统气相、理想表面和孤立活性位点的研究局限，系统开展了水介质及分子筛孔道限域环境下的催化反应理论研究，特别是水分子与Brønsted酸中心、金属活性位点及反应中间体之间的动态相互作用。围绕分子筛酸催化反应，系统研究了醇脱水、环己醇脱水、芳烃烷基化及含氧化合物转化等反应，阐明了水分子对酸中心质子化状态、反应中间体稳定性、质子迁移和反应路径的影响，揭示了水含量和孔道限域环境共同决定催化反应活性及选择性的内在机制 （Nat. Commun., 2017; J. Am. Chem. Soc., 2017）。在分子筛限域水微环境研究方面，发展了结合自由能计算和分子动力学模拟的研究方法，揭示了水团簇参与质子传递及改变酸催化反应自由能面的作用机制。进一步拓展至水诱导分子筛骨架水解、铝物种动态演化及骨架氧交换过程，阐明了水环境下分子筛结构稳定性、酸性位点变化与催化失活之间的关联。这些工作深化了对含水工况下分子筛催化本质的认识，为发展面向实际反应环境的分子筛催化剂设计理论提供了重要基础。
三、揭示了分子筛限域金属活性位点的构效关系，推动高性能分子筛及金属负载催化剂的理性设计。
针对分子筛孔道中金属物种分散、稳定性及催化性能之间的复杂关系，围绕铜、铁、钴、铂、钯、铑等金属活性中心，系统开展了金属离子交换、单原子催化剂、亚纳米金属团簇及金属—分子筛协同催化的理论研究，重点揭示金属配位环境、分子筛骨架拓扑结构、酸性及孔道限域效应对催化反应的影响。在Cu-SSZ-13分子筛NH₃选择性催化还原NOₓ（NH₃-SCR）研究中，系统揭示了铜物种氧化还原循环、金属迁移、分子筛酸性和骨架拓扑之间的协同关系 (J. Am. Chem. Soc., 2017, 2022; Nat. Commun., 2023），为低温高效脱硝催化剂的结构优化提供了原子尺度理论依据。在分子筛负载单原子及亚纳米金属催化剂方面，揭示了杂原子配位、局部骨架结构和限域空间对金属物种稳定性及催化选择性的调控作用 (Angew. Chem. Int. Ed., 2023、2024、2026; J. Am. Chem. Soc., 2024），涉及炔烃选择性半加氢、丙烷脱氢、烷烃氧化及甲烷选择性氧化等重要反应。同时，研究了轻烃芳构化、烷烃脱氢环化及分子筛孔道内复杂碳氢化合物转化，系统解析了反应网络、关键中间体、金属—酸双功能协同机制和孔道限域效应，为分子筛催化剂在石油化工和低碳能源转化领域的应用提供了理论支撑。

代表成果

(1) Nie, L.†, Mei, D.†, Xiong, H.F.†, Peng, B., Ren, Z. B., Hernandez, X.I.P., DeLaRiva, A., Wang, M, Engelhard, M.H., Kovarik, L., Datye, A.K.* and Wang, Y.* “Activation of Surface Lattice Oxygen in Single-atom Pt/CeO2 for Low-temperature CO Oxidation”, Science, 358(6369) (2017), 1419-1423.
(2) Li, J., Huang, H.L., Xue, W.J., Sun, K., Song, X., Wu, C. R., Nie, L., Li, Y., Liu, C.Y., Pan, Y., Jiang, H.L.*, Mei, D.* and Zhong, C.L.* “Self-adaptive Dual Metal Site Pairs in Metal-organic Frameworks for Selective CO2 Photoreduction to CH4”, Nature Catalysis, 4(8) (2021), 719-729.
(3) Yoon, Y., Rousseau, R.*, Weber, R.S., Mei, D.* and Lercher, J.A.* “First-Principles Study of Phenol Hydrogenation on Pt and Ni Catalysts in Aqueous Phase”, Journal of the American Chemical Society, 136(29) (2014), 10287-10298.
(4) Gao, F.*, Mei, D.*, Wang, Y., Szanyi, J. and Peden, C.H.F. “Selective Catalytic Reduction over Cu/SSZ-13: Linking Homo- and Heterogeneous Catalysis”, Journal of the American Chemical Society, 139 (13) (2017), 4935-4942.
(5) Chen, M.Y., Li, J. Y., Xue, W.J., Wang, S., Han, J.F., Wei, Y.Z., Mei, D.*, Li, Y.* and Yu, J.H.* “Unveiling Secondary-Ion-Promoted Catalytic Property of Cu-SSZ-13 Zeolite for Selective Catalytic Reduction of NOx”, Journal of American Chemical Society, 144(28) (2022), 12816-12824.
(6) Zhang, Y., Li, J.Y., Zhang, L., Zhao, W.R., Mei, D.*, Zhang, W.* and Yu, J.H.* “Complete Metal Recycling from Lithium-Ion Batteries Enabled by Hydrogen Evolution Catalyst Reconstruction”, Journal of the American Chemical Society, 145(50) (2023), 27740-27747.
(7) Han, J.F., Li, J.Y., Zhao, W.R., Li, L., Chen, M.Y., Liu, Q.L.*, Mei, D.* and Yu, J.H.* “Cu-OFF/ERI Zeolite: Intergrowth Structure Synergistically Boosted Low Temperature NH3-SCR Performance”, Journal of the American Chemical Society, 146(11) (2024), 7605-7615.
(8) Wang, Y.*, Zhao, W.R., Chen, X.F., Ji, Y.J., Zhu, X.L., Mei, D.*, Shi, H.* and Lercher, L.A.* “Dynamically Bound Sulfur Dimers on Carbons and Metal Sulfides Enable COx-Free and Stable Hydrogen Production from Methane”, Journal of the American Chemical Society, 146(12) (2024), 8630-8640.
(9) Qu, Z.Q., He, G.Y., Zhang, T.J., Fan, Y.Q., Guo, Y.X., Xu, J., Ma, Y.H., Zhang, J.C., Fan, W. B., Sun, Q.M.*, Mei, D.* and Yu, J.H.* “Tri-Coordinated Single-Atom Cobalt in Zeolites Boosting Propane Dehydrogenation”, Journal of the American Chemical Society, 146(13) (2024), 8939-8948.
(10) Gao, S.Q., He, G.Y., Wang, B.L.*, Li, Q.Y., Chen, X., Mei, D.* and Yu, J.H.* “Zeolites as Photoactive Scaffolds for Efficient Photooxidation”, Journal of the American Chemical Society, 147(39) (2025), 35975-35984.

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