马杰 教授 博士 上海市 研究领域: 环保,储能,新材料,新能源,石油炼制,石油化工,精细化工,生物医药 研究方向: 电化学水处理技术 所在单位: 同济大学

基本信息

所在单位:
同济大学
单位类型:
高等院校
职称:
教授
最高学历:
博士
教育经历:
•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
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
专家介绍:
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。

科研能力

研究领域:
环保,储能,新材料,新能源,石油炼制,石油化工,精细化工,生物医药
研究方向:
电化学水处理技术
英文标签:
Adsorption;Capacitive Deionization;Graphene;Desalination;Mxene;Carbon Nanotubes;Ciprofloxacin;Microplastics;Transparent Ceramics;Hydrogel
论文著作:
1. Sorption Behavior and Mechanism of Hydrophilic Organic Chemicals to Virgin and Aged Microplastics in Freshwater and Seawater.
Guangzhou Liu; Zhilin Zhu; Yuxin Yang; Yiran Sun; Fei Yu; Jie Ma
Environmental Pollution, 2018

2. Enhanced Adsorptive Removal of Methyl Orange and Methylene Blue from Aqueous Solution by Alkali-Activated Multiwalled Carbon Nanotubes.
Jie Ma; Fei Yu; Lu Zhou; Lu Jin; Mingxuan Yang; Jingshuai Luan; Yuhang Tang; Haibo Fan; Zhiwen Yuan; Junhong Chen
ACS Applied Materials & Interfaces, 2012

3. Adsorptive Removal Of Antibiotics From Aqueous Solution Using Carbon Materials
Fei Yu; Yong Li; Sheng Han; Jie Ma
CHEMOSPHERE, 2016

4. Microbial Degradation and Other Environmental Aspects of Microplastics/plastics
Jianhua Yuan; Jie Ma; Yiran Sun; Tao Zhou; Youcai Zhao; Fei Yu
Science of The Total Environment, 2020

5. Adsorption Behavior of Organic Pollutants and Metals on Micro/nanoplastics in the Aquatic Environment
Fei Yu; Changfu Yang; Zhilin Zhu; Xueting Bai; Jie Ma
Science of The Total Environment, 2019

6. Effect of Microplastic Size on the Adsorption Behavior and Mechanism of Triclosan on Polyvinyl Chloride.
Jie Ma; Jinghua Zhao; Zhilin Zhu; Liqing Li; Fei Yu
Environmental Pollution, 2019

7. Few-layer Black Phosphorus Based Saturable Absorber Mirror for Pulsed Solid-State Lasers.
Jie Ma; Shunbin Lu; Zhinan Guo; Xiaodong Xu; Han Zhang; Dingyuan Tang; Dianyuan Fan
OPTICS EXPRESS, 2015

8. Alginate/graphene Double-Network Nanocomposite Hydrogel Beads with Low-Swelling, Enhanced Mechanical Properties, and Enhanced Adsorption Capacity
Yuan Zhuang; Fei Yu; Hong Chen; Jie Zheng; Jie Ma; Junhong Chen
JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, 2016

9. Adsorptive Removal of Ciprofloxacin by Sodium Alginate/graphene Oxide Composite Beads from Aqueous Solution.
Yu Fei; Li Yong; Han Sheng; Ma Jie
Journal of Colloid and Interface Science, 2016

10. Adsorption Behavior of the Antibiotic Levofloxacin on Microplastics in the Presence of Different Heavy Metals in an Aqueous Solution
Fei Yu; Ye Li; Guoqiong Huang; Changfu Yang; Chen; Tao Zhou; Youcai Zhao; Jie Ma
CHEMOSPHERE, 2020
发明专利:
1. 一种双金属硒化物异质结构及其制备和应用
同济大学
杨金虎; 廖柯璇; 贺婷; 孟瑞晋; 陈卢; 孟朔; 刘婷婷; 张弛; 马杰
公开日期: 2024-12-06 申请日期: 2024-07-22 公开号: CN119079935A

2. 一种具有短程有序结构的硫族化合物/石墨碳笼复合材料及其制备和应用
同济大学
杨金虎; 廖柯璇; 孟瑞晋; 贺婷; 陈卢; 孟朔; 刘婷婷; 陆航; 张弛; 马杰
公开日期: 2024-11-12 申请日期: 2024-07-22 公开号: CN118929757A

3. 一种阴离子插层硫族化合物的相变材料及其制备方法和应用
同济大学
杨金虎; 廖柯璇; 贺婷; 孟瑞晋; 陈卢; 孟朔; 刘婷婷; 陆航; 张弛; 马杰
公开日期: 2024-11-12 申请日期: 2024-07-22 公开号: CN118929758A

4. 一种表面改性的钴酸锂正极材料及其制备与应用
同济大学
杨金虎; 刘婷婷; 马瑾; 马健; 田泽怡; 李真; 程伟; 秦昊; 武文伟; 马杰; 张弛
公开日期: 2024-10-22 申请日期: 2024-06-19 公开号: CN118825220A

5. 以多孔泡沫钛为集电极的三维流动电极电容去离子装置
同济大学
马杰; 翟春晓
公开日期: 2024-02-20 申请日期: 2023-12-21 公开号: CN117566868A

6. 一种MXene/GO/NbFeB水凝胶一步法简单回收黄金的方法和应用
同济大学
任建燃; 马杰
公开日期: 2024-01-12 申请日期: 2022-04-14 公开号: CN114887591B

7. 一种表面结构改性的钴酸锂正极材料及其制备方法和应用
同济大学
杨金虎; 刘婷婷; 马瑾; 马杰; 马健; 陈卢; 孟朔; 廖柯璇; 周辰; 田泽怡; 陆航
公开日期: 2023-12-22 申请日期: 2023-09-12 公开号: CN117263261A

8. 一种碳限域硅氧化物负极材料及其制备方法和应用
同济大学
杨金虎; 董田; 廖柯璇; 马杰; 陆航; 陈卢; 马健; 孟朔; 刘婷婷; 周辰; 田泽怡; 马瑾
公开日期: 2023-09-22 申请日期: 2023-06-16 公开号: CN116799208A

9. 一种酵母衍生碳壳负载型钙钛矿催化剂及其合成方法
同济大学
马杰; 袁建华
公开日期: 2023-08-18 申请日期: 2023-05-09 公开号: CN116603533A

10. 一种FeOCl/Ti3C2Tx除氯电极材料及其制备方法和应用
同济大学
马杰; 雷晶晶
公开日期: 2023-08-08 申请日期: 2023-05-15 公开号: CN116553688A

11. 一种碳纳米纤维自支撑薄膜阳极材料及其制备方法和电化学除氯的电容去离子阳极材料
同济大学
马杰; 雷晶晶
公开日期: 2023-08-01 申请日期: 2023-05-06 公开号: CN116514238A

12. 一种改性ZSM-5沸石负载型钙钛矿催化剂及其合成方法
上海宝冶工程技术有限公司; 同济大学
刘晓; 杨芸; 袁建华; 王健祥; 马杰; 郭林恩; 石佳文
公开日期: 2023-07-25 申请日期: 2023-04-17 公开号: CN116474819A

13. 一种蜜胺泡棉复合聚合物固态电解质及其制备方法与应用
同济大学
杨金虎; 马健; 周辰; 马杰; 董田; 田泽怡; 陆航; 刘婷婷; 马瑾; 陈卢; 廖柯璇; 孟朔
公开日期: 2023-07-18 申请日期: 2023-04-28 公开号: CN116454373A

14. 相变调温材料掺入的聚合物固态电解质及其制备和应用
同济大学
杨金虎; 马健; 陈卢; 马杰; 陆航; 马瑾; 董田; 刘婷婷; 周辰; 田泽怡; 孟朔; 廖柯璇
公开日期: 2023-07-11 申请日期: 2023-04-28 公开号: CN116417663A

15. 一种自组装碳化钛掺杂聚合物固态电解质及其制备和应用
同济大学
杨金虎; 马健; 刘婷婷; 马杰; 马瑾; 董田; 周辰; 陆航; 田泽怡; 陈卢; 孟朔; 廖柯璇
公开日期: 2023-07-07 申请日期: 2023-04-28 公开号: CN116404246A

16. 一种方沸石的合成方法
上海宝冶工程技术有限公司; 同济大学
马杰; 刘晓; 王健祥; 袁建华; 杨芸; 马冰洋; 罗文
公开日期: 2023-04-07 申请日期: 2023-01-17 公开号: CN115924935A

17. 钠离子去除材料CoMoO4@CQDs-NCNTs及其制备方法和应用
同济大学
马杰; 梁明星
公开日期: 2022-12-20 申请日期: 2022-09-01 公开号: CN115490307A

18. Ho离子参杂倍半氧化物透明陶瓷及其制备方法
江苏师范大学
王俊; 徐文强; 王莹; 刘鹏; 马杰; 沈德元; 唐定远
公开日期: 2022-11-18 申请日期: 2022-09-26 公开号: CN115353389A

19. 具有聚苯乙烯塑料降解活性的微生物及利用其降解塑料的方法
同济大学
马杰; 袁建华
公开日期: 2022-08-12 申请日期: 2022-05-06 公开号: CN114891671A

20. 一种片层双金属氧化物电极ZNO@pCF的制备方法及应用
同济大学
马杰; 邢思阳
公开日期: 2022-08-05 申请日期: 2022-05-04 公开号: CN114853127A
科研项目:
1. 化学改性氧化石墨烯对混合染料体系的吸附作用机制研究
立项时间: 2013-2015 项目经费:250000

2. 海藻酸钠/石墨烯双网络纳米复合凝胶球的构建及其对重金属和抗生素吸附机制研究
立项时间: 2016-2019 项目经费:660000

3. 储能地下含水层的传热与流动特性研究
立项时间: 2003-2005 项目经费:210000

4. 弱温差和逆温差下的相变过程和水下热滑翔机水动力特性研究
立项时间: 2010-2012 项目经费:370000

5. 磷空位/氟掺杂双缺陷调控Cu3P@C纳米片阵列三维电极高效除氯效能与原位电化学反应机理研究
立项时间: 2022

6. 基于温度调控和克尔透镜锁模的中红外3-5μm可调谐Fe:ZnSe超快激光器研究
立项时间: 2020

7. 受限空间下“水”增强石墨烯水凝胶去除典型抗生素类药物的吸附/解吸机理研究
立项时间: 2018-2021

8. 出行时间与人均碳消费协同目标下电动网约拼车路径优化
立项时间: 2023

项目合作

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