马杰

男， 同济大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

•2018/12-至今, 同济大学，环境科学与工程学院，教授
•2021/09-2022/09, 上海市普陀区绿化市容局，副局长（挂职）
•2020/09-2021/09, 上海市普陀区水务局，副局长（挂职）
•2018/1-2018/11, 同济大学，环境科学与工程学院，研究员
•2015/03-2016/09, 阿克伦大学，化学与生物分子工程系，访问学者
•2013/12-2017.12, 同济大学，环境科学与工程学院，副教授，博导
•2010/02-2013/11, 同济大学，环境科学与工程学院，讲师
•2005/09-2009/12, 上海交通大学，材料学专业，博士学位
•2002/01--2005/07, 合肥工业大学，材料学专业，硕士学位
•1998/09-2002/07, 安徽工业大学，材料学专业，学士学位

研究领域和兴趣

电化学水处理技术

主要业绩

水资源回用和资源化回收成为目前水科学研究的重要研究方向，申请人针对水体中污染物的高效分离回收，以环境功能材料开发和电容去离子技术为突破口，围绕吸附效能提升开展深入研究，取得系列原创性成果。以通讯/第一作者在Adv. Sci., Nano Let., Research, Environ. Sci. Technol., Water Res.等期刊发表论文100余篇，论文被引5000余次，ESI高被引论文12篇，热点论文2篇，出版专著3部，获中国发明专利授权13项，公开24项。担任Sci. Rep.、Gen. Chem.、材料导报和物理化学学报（青年）编委，国家自然科学基金同行评议专家、上海市科学技术奖评审专家等，入选“上海市人才发展基金”、同济大学“中青年科技领军人才”和“百人计划”等，2016-2019连续四年荣获Publons环境与生态及交叉学科领域“顶级审稿专家”荣誉, 2021年入选斯坦福大学发布的"2020全球前2%顶尖科学家榜单"。
主要学术贡献如下：
（1）发现限域增强吸附行为，建立受限水分析方法，明晰限域增强吸附机制
申请人打破“水”作为溶剂的传统思路，利用微孔/介孔受限水作为水处理超级吸附剂，发现凝胶中“受限水”的存在对凝胶去除污染物具有超增强吸附特性，并呈现广谱增强规律。分子动力学模拟揭示受限水增强吸附作用机制：1) 水作为骨架支撑三维孔道结构；2) 氢键畸变增强与污染物间活性位点；3) 构建污染物传输通道，三种机制共同增强对污染物的吸附性能，为理解纳米结构中限域水在吸附中的作用提供了新观点（Environ. Sci. Technol., 2017）。
通过调节pH实现对石墨烯水凝胶受限空间（孔道结构、界面亲疏水性）和受限水的调控，建立了受限水/体相水和氢键结构定性和半定量的分析方法（Nano-Micro Letters, 2020），利用全反射傅里叶红外光谱和拉曼光谱红外对石墨烯水凝胶中具有完整氢键结构的体相水和具有特殊氢键结构的受限水进行了定性定量分析，相关性分析发现，受限水含量主要受受限空间中微孔比表面积和含氧量的影响，包埋水中的体相水主要通过骨架支撑和氢键增强作用促进吸附，而受限水含量与对污染物（环丙沙星）的吸附容量呈显著正相关，表明氢键增强作用主要由受限水中特殊氢键结构增强的氢键强度导致。研究团队采用不同孔径的商业化多孔吸附剂（活性炭，MOFs，CMK-13，Beta-Al2O3），进一步验证了受限水的增强作用机制，显示了受限水在水体净化实际应用中的潜力。
（2）研发系列电吸附法拉第电极，电化学去除和回收水中多种污染物
申请人采用低电场（<2V）辅助提升吸附处置，并实现电致吸附剂循环再生，将离子储存在晶格或原子平面之间实现吸/脱附去除，解决传统吸附技术的弊端。盐分极大限制生化污水处理中微生物的处理性能，在工业循环水回用中，如何高效快速去除水中的盐分也成为再生水回用的重要科学问题，申请人首次合成碳包覆磷酸钒钠法拉第电极材料，利用磷酸钒钠开放的骨架，实现离子自由地嵌入/脱嵌，脱盐容量高达137.20 mg NaCl g−1 NVP@C，是双电层碳材料的近10倍（Nano Letters, 2019, 19, 823-828），且Na+转移速率较快。深入研究发现电极材料电致吸/脱附中体积膨胀变化小，钠离子易于快速通过，未发生应力集中导致材料结构破坏现象，多次循环后体结构和性能稳定性良好；电极材料电化学界面电阻较小（29.45 Ω），能耗低至2.16kg NaCl kWh-1，远低于传统活性炭（0.90 kgNaCl kWh-1），表明其具有良好的工程前景，为其进一步广泛应用于海水脱盐、高浓度盐水除盐、解决饮用水危机等提供可能。
（3）基于特异性转化反应设计选择性除氯电极，实现电吸附高容量快速脱氯
氯离子（Cl-）是氯最为稳定的形态，会阻碍生物法处理效率、腐蚀金属管道和构筑物、妨碍植物生长和引起土壤盐碱化等。传统Cl-去除技术需投加大量药剂，过程复杂，存在二次污染等问题，而目前有关Cl-选择性去除电极的研究相对较少，电吸附技术具有效率高、易再生和易维护等优势，在脱盐、离子分离和离子回收等领域受到广泛关注。以双电层吸附机制主导的碳基电极存在脱盐容量低、稳定性差且不具备特异性吸附特点，近年来，对于电吸附电极材料研究，主要集中在脱钠电极材料，而对电极氯离子的去除效率也会制约和影响系统的整体脱盐能力，因此，开发兼顾高脱盐容量和速率的脱氯电极研发有利于促进高浓度离子的高效去除和电吸附脱盐技术的发展。
申请人提出将电池-电容耦合方法构建选择性复合除氯电极，利用低溶解度AgCl胶体作为前驱体，利用Ti3C2Tx还原特性，原位合成不同载银尺寸的Ti3C2Tx/Ag脱氯电极材料，实现高容量、快速率、低能耗的除氯脱盐（Advanced Science, 2020, 7, 2000621(1-9)）。利用Ag纳米颗粒的电池特异转化效应实现高脱氯容量，Ti3C2Tx赝电容特性实现离子快速传输，以Ag纳米颗粒作为“Bridges”纵向连接导电性能优异的2D片层结构Ti3C2Tx，构建一个三维电子传输网络，弥补脱盐过程中形成的AgCl导电性差的缺点，加速电子在片层之间的传递，通过电池-电容耦合机制实现高容量、快速率、低能耗的除氯脱盐。相关成果发表于Wiley旗下多学科领域国际期刊Advanced Science，并被Materials Views China和中国教育在线媒体等予以报道。该工作提出的电池-电容耦合机制，为开发实际应用的CDI除氯电极提供了一个全新的设计思路。

代表成果

1.Mingxing Liang§, Lei Wang§, Volker Presser*, Xiaohu Dai, Fei Yu*, Jie Ma*, Combining Battery-type and Pseudocapacitive Charge Storage in Ag/Ti3C2Tx MXene Electrode for Capturing Chloride Ions with High Capacitance and Fast Ion Transport, Advanced Science, 2020, 7, 2000621(1-9)
2.Jianglin Cao, Ying Wang, Fei Yu*, Jie Ma*, Na3V2(PO4)3@C as Faradaic Electrodes in Capacitive Deionization for High Performance Desalination, Nano Letters, 2019, 19(2), 823-828
3.Yuecheng Xiong§, Fei Yu§, Stefanie Arnold, Lei Wang, Volker Presser, Yifan Ren, Jie Ma*, Three-dimensional cobalt hydroxide hollow cube/vertical nanosheets with high desalination capacity and long-term performance stability, Research, 2021, 9754145(1-14)
4.Xiaojie Shen, Yuecheng Xiong, Reti Hai, Fei Yu, Jie Ma*, An All-MXene-Based Integrated Membrane Electrode Constructed using Ti3C2Tx as an Intercalating Agent for High Performance Desalination, Environmental Science & Technology, 2020, 54, 7, 4554–4563
5.Jie Ma, Yao Ma, Fei Yu, Xiaohu Dai, Rotating Magnetic Field-Assisted Adsorption Mechanism of Pollutants on Mechanically Strong Sodium Alginate/Graphene/L-Cysteine Beads in a Batch and Fixed-bed Column System, Environmental Science & Technology, 2018, 52, 13925-13934
6.Jie Ma, Yiran Sun, Mingzhen Zhang, Mingxuan Yang, Xiong Gong, Fei Yu, and Jie Zheng,“Comparative study of graphene hydrogels and aerogels reveals the important role of buried water in pollutant adsorption”, Environmental Science & Technology, 2017, 51 (21), 12283-12292
7.Yuecheng Xiong§, Jinghua Zhao§, Liqing Li, Yayi Wang, Xiaohu Dai, Fei Yu*, Jie Ma*, Interfacial Interaction between Micro/Nanoplastics and Typical PPCPs and Nanoplastics Removal via Electrosorption from an Aqueous Solution, Water Research, 2020,184, 116100
8.Yiran Sun, Fei Yu, Cong Li, Xiaohu Dai, Jie Ma*, Nano/Micro-Confined Water in Graphene Hydrogel as Superadsorbents for Water Purification, Nano-Micro Letters, 2020, 12:2(1-14)
9.Xiaojie Shen, Reti Hai*, Xiaohui Wang, Yuan Li, Yayi Wang, Fei Yu*, Jie Ma*，Free-Standing 3D Alkalized Ti3C2Tx/Ti3C2Tx Nanosheet Membrane Electrode for Highly Efficient and Stable Desalination in Hybrid Capacitive Deionization，Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 19309
10.Fei Yu, Lei Wang, Ying Wang, Xiaojie Shen, Yujuan Cheng, Jie Ma*, Faradaic Reactions in Capacitive Deionization for Desalination and Ion Separation, Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 15999-16027

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