吴宇恩

男， 中国科学技术大学化学系， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2005年9月–2009年7月，清华大学，化学系，学士
2009年9月–2014年7月，清华大学，化学系，博士
2014年7月–2016年1月，中国科学技术大学，化学系，特任副研究员
2016年1月至今，中国科学技术大学，应用化学系，教授

研究领域和兴趣

无机合成化学

主要业绩

1.原创成果
近年来，吴宇恩教授专注于单原子和团簇催化剂的可控合成、原子结构设计与精细调控，并将其应用在能源小分子“化学键”的精准活化上。2015年获基金委优青资助（结题优秀），2017年获国家重点研发计划纳米专项青年项目资助并任首席（结题优秀），2017年获得中组部青年拔尖人才资助，2019年获得教育部长江特聘教授资助；2018年获得中国化学会纳米化学新锐奖，2019年获得中国化学会青年化学奖，2020年获得霍英东青年教师奖，2023年获得首届光谷成果转化奖。2015年来，申请人以通讯作者（含共同）身份在国际主流期刊发表学术论文150余篇，包含Nat. Catal. (3), Nat. Synth.(1), PNAS (2), J. Am. Chem. Soc.(16), Angew. Chem. Int. Ed.(18), Nat. Commun. (10), Adv. Mater. (7), Chem (2), Joule(1)等，论文总引用25000余次，h-index 73, 2020-2023年入选科睿唯安高被引科学家。获得了一系列重要研究成果，主要分为以下三个方面：
（1）单原子、团簇催化材料的可控合成方法学探究
吴宇恩教授发展了自上而下的普适性合成方法，实现了高金属载量、配位结构均一的单原子、团簇催化剂的可控制备，实现对活性中心金属-金属键、配位数、自旋态等原子结构和电子结构的精准调控。该策略打破了常规吸附+还原方法所制备单原子金属低载量和低质量活性的瓶颈，国际上首次实现具有工业应用前景的高载量单原子催化剂制备。目前该方法已被国内外同行广泛采用，已成为单原子催化合成领域最经典方法之一。后续还进一步发展了主客体结合、离子交换等合成策略，延伸出一套精准控制单中心到多中心金属位点催化剂的多种合成方法学，极大丰富了纳米-团簇-原子交叉材料领域的合成数据库。
（2）面向能源小分子活化的单原子催化材料精准合成及构效关系研究
吴宇恩教授在原子尺度上对单原子催化剂化学键理论的建立以及催化反应的本质获得了新的认识和突破，提出了多种高活性、高稳定性和选择性的催化剂设计理念，开发了系列能高效活化O2、CO2、N2等能源小分子的高效单原子催化剂，突破了单原子催化剂在工况条件下易溶解失活的瓶颈，大大拓展了单原子催化剂的应用范围，给如何解决氢燃料电池、电解水和合成氨为代表的工业催化中催化剂面临的高成本、易失活、易中毒和积碳的难题提供了新的思路。实现了具有双原子中心的非贵金属催化剂的制备，开发出了酸性条件下稳定的非Pt氧还原催化剂；开发出以单原子Ru为活性中心的高活性、低成本、长寿命酸性析氧催化剂，解决了OER催化剂在酸性氧化性条件下不稳定的难题；吴宇恩教授还发展了一种新型双金属活性位点的仿酶催化剂，可以实现不相容的氧化和还原反应在一个系统中同时进行，解决了多种复杂化合物的合成产量低、选择性差的难题。
（3）单原子催化材料宏量制备及工业化应用探索
吴宇恩教授开发了无溶剂的单原子催化剂宏量制备的全固相合成方法，通过控制高温下金属块体原子扩散行为和载体配位竞争筛选过程，全面颠覆了传统的湿化学合成路线，避免了合成中液相溶剂的使用和金属原子不可控的团聚行为，简化了复杂的分离提纯过程，实现了配位结构均一、高稳定性和高可制造性的单原子催化剂的量产，推动了单原子催化剂跨越工业化的鸿沟。在应用探索上，依托开发的全固相合成方法，已建立超过300种单原子催化剂的大数据库和国内首条千吨级单原子催化材料产线。
2. 科研成果转化
吴宇恩教授与企业合作，已经建立了国内首个年产千吨级别的单原子催化剂生产线。团队在能源、催化、农业和生命健康等领域开发了多种功能化单原子催化剂，积极推进催化剂研发成果的转化应用于多个领域。
（1）吴宇恩教授面向不同工业应用场景开发多达200多种单原子催化剂，建立单原子催化剂的大数据库和国内首条千吨级单原子催化材料产线。实现了1306万元技术转让和3个高新技术企业的孵化。
（2）吴宇恩教授在防治动物细菌性和病毒性腹泻方面研发单原子动物肠道调理剂，该产品成功将养殖业饲料中的锌用量降低了90%以上，养殖业防治腹泻的技术成本降低 50%以上。产品销售至天邦、新希望、大北农、扬翔、农垦等国内知名养殖企业，目前累计销量突破3000吨，产值超5000万。
（3）在实现农药减量增效，发展绿色农业方面，申请人开发的单原子铜农作物制剂在保持高效病害防治效果的同时，实现了铜用量比市场同类产品（传统铜制剂）减少80%，显著降低了农药对土壤和作物的金属残留污染。目前已广泛应用于水稻、葡萄、三七、生姜、棉花等近100种大田作物和经济作物上，施药面积已超过200万亩，销售额突破6000万元。单原子铜制剂的研究和应用，不仅打破了我国长期对国外铜制剂相关产品的依赖，还是自1882年波尔多液问世后一次全新的铜制剂结构创新，同时为全球创制新型绿色农药开拓了一个全新的方向。
（4）吴宇恩教授开发的单原子催化剂电极，具有高效的氧还原活性和低廉的成本，可以替代现有的涂层钛阳极，将贵金属用量 Pt、 Ir节约 50~60%。在水处理和杀菌消毒领域，它能够通过高效电解自来水，生成大量强氧化性的活性物质，达到 99.99%的杀菌效果。 相关产品已成功搭载到世界500 强美的集团、新锐中国品牌追觅科技厂家的洗地机上。团队开发了国际上首款高效电化学控氧保鲜冰箱模组，并成功搭载到美的集团旗下高端AI 智能家电品牌 Colmo 的旗舰机型上。

代表成果

1. Peiqun Yin, Tao Yao, Yuen Wu,* Lirong Zheng, Yue Lin, Wei Liu, Huanxin Ju, Junfa Zhu, Xun Hong, Zhaoxiang Deng, Gang Zhou, Shiqiang Wei, and Yadong Li*. Single Cobalt Atoms with Precise N-Coordination as Superior Oxygen Reduction Reaction Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 10800 -10805. 2016. DOI:10.1002/anie201604802
2. Jing Wang, Zhengqing Huang, Wei Liu, Chunran Chang, Haolin Tang, Zhijun Li, Wenxing Chen, Chunjiang Jia, Tao Yao, Shiqiang Wei, Yuen Wu,* and Yadong Li. Design of NCoordinated Dual-Metal Sites: A Stable and Active PtFree Catalyst for Acidic Oxygen Reduction Reaction. J. Am. Chem. Soc. 139. 17281-17284. 2017. DOI: 10.1021/jacs.7b10385
3. Yunteng Qu, Zhijun Li, Wenxing Chen , Yue Lin , Tongwei Yuan, Zhengkun Yang, Changming Zhao, Jing Wang, Chao Zhao, Xin Wang, Fangyao Zhou, Zhongbin Zhuang, Yuen Wu * and Yadong Li*. Direct transformation of bulk copper into copper single sites via emitting and trapping of atoms. Nature Catalysis. 1, 781–786, 2018. DOI: 10.1038/s41929-018-0146-x
4. Yancai Yao, Wei-Xue Li *, Peter Strasser, Yuen Wu * and Yadong Li. Engineering the electronic structure of single atom Ru sites via compressive strain boosts acidic water oxidation electrocatalysis. Nature Catalysis. 2. 304-313. 2019. DOI:10.1038/s41929-019-0246-2
5. Yafei Zhao, Huang Zhou, Xiaorong Zhu , Yunteng Qu, Can Xiong, Zhenggang Xue, Qingwei Zhang, Xiaokang Liu, Fangyao Zhou, Xiaoming Mou, Wenyu Wang, Min Chen, Ya Xiong, Xingen Lin, Yue Lin , Wenxing Chen, Hui-Juan Wang, Zheng Jiang , Lirong Zheng, Tao Yao , Juncai Dong, Shiqiang Wei , Weixin Huang , Lin Gu, Jun Luo , Yafei Li * and Yuen Wu *. Simultaneous oxidative and reductive reactions in one system by atomic design. Nature Catalysis. 4. 134-143. 2020. DOI:10.1038/s41929-020-00563-0
6. Xianhui Ma, Tong Yang, Dayin He, Xiaoping Gao, Wei Jiang, Deming Li, Yuanhua Sun, Xingen Lin, Jie Xu, Huijuan Wang, Xiaolin Tai, Yue Lin, Tao Yao, Huang Zhou*, Yuen Wu*. Carbonate shell regulates CuO surface reconstruction for enhanced CO2 electroreduction. Nature Synthesis. 2024. DOI: 10.1038/s44160-024-00672-9
7. 吴宇恩,王晶. 一种用于氢空燃料电池阴极材料的催化剂及其制备方法. 2020, 专利号： ZL 2017 1 0440601.8.
8.吴宇恩,周煌. 一种超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂及其制备方法2022, 专利号： ZL2020 1 0902510.3
9 吴宇恩,李鹏. 铂单原子催化剂、制备方法及应用 2024, 专利号： ZL 2022 1 0069902.5
10.吴宇恩,熊灿,颜牧雨. 一种应用于传感电极的单原子催化剂及其制备方法以及应用 2024, 专利号： ZL 2022 1 0509752.5

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