程道建

男， 北京化工大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

(1) 2000-09 至 2004-06, 北京化工大学, 计算机科学与技术, 学士
(2) 2004-09 至 2008-06, 北京化工大学, 化学工程与技术, 博士
(3) 2008-10 至 2010-10, 比利时布鲁塞尔自由大学（ULB）科学系,博士后
2010.03 – 2010.04. 意大利 国家研究委员会（CNR）比萨化学物理研究所 欧盟奖金资助研究
2010.12 – 2014.12. 北京化工大学 副教授 硕士生导师
2015.01 – 今北京化工大学 教授 博士生导师
2017.12 – 2019.03. 借调至科技部高技术研究发展中心任十三五“重点基础材料技术提升与产业化”重大专项项目主管
2019.06 - 2023.06北京化工大学化学工程学院科研副院长
2023.08 - 今 北京化工大学化学工程学院院长

研究领域和兴趣

面向石油化工、精细化工和能源化工应用的金属纳米催化剂的设计、制备和应用

主要业绩

化学工业中超过80%的化工产品需要通过催化技术生产，贵金属催化剂由于其优异的催化性能，在多个催化反应工艺中占有极其重要的地位。例如，乙烯裂解馏分加工利用等传统石油化工过程和以电解水产氢为代表的新能源化工技术，它们的发展都以高性能贵金属催化剂作为重要支撑。然而，我国铂族等贵金属矿产资源极为匮乏，目前探明储量大约400吨，全球占比仅0.58%。因此，对重要化工反应过程商业贵金属催化剂进行等效减量化势在必行。目前，人们对金属催化剂的研究已经从宏观尺度进入到微米、纳米甚至原子水平，越来越多以纳微尺度分散的金属催化剂，即金属纳米催化剂，被证实具有更高的活性、选择性。由于金属原子利用率的提升，金属纳米催化剂被认为是实现工业催化剂贵金属等效减量化的重要途径。
然而，金属纳米催化剂配方筛选的传统方法（如实验试错法等）难以获取催化剂电子尺度信息、表界面反应机理和宏观本征动力学之间的内在关系，导致配方筛选与优化阶段常走弯路，周期较长。另外，金属纳米催化剂主要是负载型催化剂，传统制备方法（如浸渍法）获得的活性组分难以实现原子级分散，而且在后续焙烧和还原过程中活性组分不可避免发生团聚，导致贵金属分散度进一步降低；传统商业载体如氧化铝和活性炭与活性金属相互作用弱，易造成催化反应过程中的贵金属团聚和流失，最终导致贵金属催化效率低、再生频繁、催化剂成本高昂。
因此，金属纳米催化剂的设计与制备存在两个待解决的关键科学与技术问题：（1）如何从电子尺度微观特征出发，总结催化机理与本征动力学性能的调节规律，为催化剂配方筛选与优化提供理论依据和直观指导；（2）如何优化负载型金属纳米催化剂的制备方法，实现同时提升金属有效利用率和结构稳定性。
申请人研究领域聚焦于开发金属纳米催化剂的理论设计与实验制备方法，围绕上述的两个关键科学与技术问题，取得的主要创新性成果如下：
（1）以化工热力学为基础，建立了基于“结构描述符”的催化剂设计方法，通过挖掘电子结构对催化性质的共性调控规律，抽象为数学表达式，实现关联催化剂的电子尺度特征、表界面催化机理以及本征动力学。该设计方法能直观指导金属纳米催化剂的开发，加快金属纳米催化剂配方的筛选与优化进程。
（2）为同时提升金属纳米催化剂的贵金属有效利用率和结构稳定性，发展了“载体限域锚定”制备策略，通过在碳基及氧化物载体上构筑具有特定微环境的金属锚定位点，从而制备出单原子和亚纳米团簇共存的原子级分散催化剂，并且实现对金属活性物种配位环境的灵活调控与精准构筑，兼顾近100%原子利用率、高抗团聚性、多反应位点协同催化的优势，大大提升了金属纳米催化剂的贵金属利用率和结构稳定性。
上述方法已用于多种金属单原子、合金、纳微颗粒等催化剂的设计与制备，为该类催化剂的应用提供了指导。
近5年来，申请人以第一或通讯作者在Nature Catalysis（1篇），Nature Communications（1篇），Angewandte Chemie International Edition（1篇），ACS Catalysis（5篇），Advanced Energy Materials（2篇），Applied Catalysis B: Environmental（1篇），JACS Au (1篇)，Small（4篇），Nano Energy（2篇），Small Methods（2篇），Journal of Catalysis（3篇）等国际主流期刊以及Industrial & Engineering Chemistry Research （4篇）等国际化工主流。刊物上发表SCI论文75篇，其中刊物IF>10的27篇。获授权专利和软件著作权36项。入选英国皇家化学会会士（2016年），获得国家优秀青年基金（2018年），入选爱思唯尔中国高被引学者榜单（2020-2023年）。以第一完成人的成果获中国化工学会基础研究成果奖一等奖（2021），中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖（2020），中国产学研合作促进会产学研合作创新成果奖二等奖（2021），中国节能协会氢能科技进步奖（2022），入选北京化工大学2020年度重要科技进展。个人获评2022年度“青山科技奖”，中国化工学会侯德榜化工科学技术创新奖（2022年），中国石油和化学工业联合会青年科学技术突出贡献奖（2022年）和中国产学研合作促进会产学研合作创新奖个人奖（2021年）。申请人基于金属纳米催化剂设计与制备的基础研究成果，与中国石油天然气股份有限公司兰州化工研究中心合作开展了乙烯环氧化制环氧乙烷Ag基催化剂、双烯烃选择加氢Pd基合金催化剂的开发与工业应用研究。开发的乙烯环氧化新型Ag基催化剂已完成中试放大制备，中试评价显示性能优于传统工业催化剂，该催化剂已完成批量生产，将于2024年6月实现首次工业应用；双烯烃选择加氢Pd基合金催化剂，已先后在兰州石化、庆阳石化、大连石化等企业实现工业应用。
兼任中国化工学会稀土催化与过程专委会副主任委员、中国化工学会过程模拟及仿真专业委员会副秘书长、石化联合会工业催化联盟青年工作委员会委员和中国石油化工催化剂评价试验基地技术委员会委员等。兼任SCI期刊《Journal of Experimental Nanoscience》和 《Molecular Simulation》的亚洲区域主编、国内核心期刊《化工进展》编委。

代表成果

1. Xu, HX,; Cheng, DJ.*; Cao, DP.* and Cao, D.*, Revisiting the universal principle for the rational design of single-atom electrocatalysts. Nature Catalysis 2024, 7, 207-218.
https://doi.org/10.1038/s41929-023-01106-z
2. Cao, D.; Zhang, ZR.; Cui, YH.; Zhang, YH.; Zhang, LP.; Zeng, J.* and Cheng, DJ.*, One-Step Approach for Constructing High-Density Single-Atom Catalysts toward Overall Water Splitting at Industrial Current Densities. Angewandte Chemie International Edition 2023, 62, e202214259.
3. Cao, D.; Hu, HX.; Li, HL.; Chen, F.; Zeng, J.* and Cheng, DJ.*, Volcano-type relationship between oxidation states and catalytic activity of single-atom catalysts towards hydrogen evolution. Nature Communications 2022, 13, 5843.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33589-y
4. Li, X.; Liu, JQ.; Wu, JQ.; Cao, D.*and Cheng, DJ.*, Constructing a Highly Active Pd Atomically Dispersed Catalyst for Cinnamaldehyde Hydrogenation: Synergistic Catalysis between Pd–N3 Single Atoms and Fully Exposed Pd Clusters. ACS Catalysis 2024, 14, 4, 2369-2379.
https://doi.org/10.1021/acscatal.3c05883
5. Wang, JY.; Xu, HX.; Wu, JG.; Zhang, FY.; Che, CX.; Zhu, JQ.; Feng, JT. and Cheng, DJ.*, Rational Design of Alloy Catalysts for Alkyne Semihydrogenation via Descriptor-Based High-Throughput Screening. ACS catalysis 2014, 14, 2, 1220-1230.
6. Wang, JY.; Xu, HX.; Che, CX.; Zhu, JQ.; and Cheng, DJ.*, Rational Design of PdAg Catalysts for Acetylene Selective Hydrogenation via Structural Descriptor-based Screening Strategy. ACS Catalysis 2023, 13, 433-444.
https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05498
7.Cao, D.; Shao, J.; Cui, YH.; Zhang, LP. and Cheng, DJ.*, Interfacial Engineering of Copper–Nickel Selenide Nanodendrites for Enhanced Overall Water Splitting in Alkali Condition. Small 2023, 2301613.
https://doi.org/10.1002/smll.202301613
8.Zhang, HM.; Li, K.; Cuo, XY.; Zhang, LP.; Cao, D. and Cheng, DJ.*, Rational Regulation of the Defect Density in Platinum Nanocrystals for Highly Efficient Hydrogen Evolution Reaction. Small 2023, 2306694
9. Cao, D.; Xu, HX.; Cheng, DJ.*, Branch-leaf-shaped CuNi@NiFeCu nanodendrites as highly efficient electrocatalysts for overall water splitting. Applied Catalysis B: Environmental 2021, 298, 120600.
10. Cao, D.; Xu, HX.; Cheng, DJ.*, Construction of Defect‐Rich RhCu Nanotubes with Highly Active Rh3Cu1 Alloy Phase for Overall Water Splitting in All pH Values. Advanced Energy Materials 2020, 10, 1903038.

*以上信息由高级会员个人更新和维护。