于养信 :于养信

更新时间:2024-09-20 22:28

于养信,理学-化学类,清华大学化学工程系教授、博士生导师。1966年3月生于西安市

人物经历

1988年获清华大学学士,1991年获清华大学硕士学位。2005年获清华大学化学工程系化学工程与技术专业博士学位; 1991年至今在清华大学化学工程系任教,1998年晋升为副教授。2005年12月晋升为教授;现每年可招硕士生2人 彰武县2001年4月至2002年9月在美国加利福尼亚大学(Riverside)进行访问研究。

研究方向

1高压流体热力学性质,流体相平衡,电解质溶液。

2多孔介质吸附特性的分子模拟研究3流体的传递性质研究4非均相流体的热力学性质研究。

3.生物体液结构和扩散性质,界面化学工程,化工热力学。

生物体液结构和扩散性质研究

我们以生物体液为研究对象,探讨电解质小离子对脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸)和核糖核酸(核糖核酸)以及蛋白质的结构和扩散的影响。应用计算机分子模拟和密度泛函理论,研究离子在生物大分子周围的密度分布,探讨体液中PH值和小离子种类及其浓度对生物大分子-配体作用的影响,同时揭示体液在细胞膜内外的扩散规律。这些研究对于化学工程核酸和蛋白酶的生产与提纯以及制药工业都有着重要的意义,同时也能帮助我们认识某些疾病的发病原因(例如有一种糖尿病就是由于胰岛素和糖的结合能力下降造成的)。

界面化学工程

针对化学、化工、生物、医药、材料以及环境中的复杂双液相反应和分离体系,研究微孔液、胶团和反胶团的微、介观结构和界表面性质,以及各种实际流体在微、介观尺度下的密度分布、液-液平衡以及传递性质。纳米技术的最新发展面临的任务是不仅要测量原子的性质,而且要控制原子在复杂组装体中的排列及其性质。这些组装体通常由流体在界面处形成,这就需要用密度泛函理论和分子模拟从理论上解决组装体形成过程出现的流体界面问题。例如,现代纳米技术中的通过分子印记制备模板组装体,通过溶剂蒸发制备以自组装二氧化硅为基础的纳米结构材料以及通过化学识别作用制备可控转换性质的双层脂肪流体等都涉及到流体的界面问题。尤其是由于大部分化学反应发生在催化剂表面,许多分离设备的效率取决于相界面性质,纳米材料的制备和生产需要在界面层进行,所以进一步开展密度泛函理论和分子模拟的应用研究对于化学工程学科发展和新型化学反应及分离工艺的开发等,具有重要的意义。

工业尾气能量与物质的综合利用

工业尾气(如锅炉烟道气、纺织行业定型机尾气等)未经处理排放是造成空气污染的主要原因之一。我们针对不同工业尾气的温度和组成,研究对其余热和组成的综合利用,达到节能和废物(尾气中的有机化合物等)的循环回收,设计尾气净化处理和有机物回收的工艺路线及相关设备。开发生物质气脱除二氧化碳的新工艺。此项研究对于治理大气环境污染有着重要的意义和经济价值。开发和分子设计脱除汽车尾气中氮化物分子筛催化剂,应用计算化学研究气体在金属及金属氧化物催化剂表面的化学吸附和物理吸附过程。

溶液性质及流体相平衡的统计力学研究

化学工业加工的对象大多是处于液体状态。由于产品日趋繁复,液体体系已由简单流体发展为电解质溶液、高聚物溶液、生物大分子溶液、胶体溶液等。流体所处条件也更为苛刻,如高温、高压、超临界等。因此从流体的分子性质出发,由统计力学所建立的液体理论推算及预测流体的性质,已成为化工产品及过程开发的关键。

分子模拟的应用研究

应用分子模拟技术,采用商用软件Material Studio和Amber软件包以及本课题组积累的分子模拟软件,模拟研究脱硫脱氮催化反应体系、电池储能体系、超级电容器、生物双分子层结构与功能、膜材料及其分离特性、脱氧核糖核酸与蛋白质药物的作用机理等,并对模拟出的有良好应用前景的体系,做进一步的实验研究以及工业化设计。

主要贡献

科研项目

1. 离子诱导DNA构象转变的密度泛函理论研究,国家自然科学基金,2009-2011,课题负责人; 2. 应用密度泛函理论研究纳滤膜的分离特性,教育部博士点基金,2008-2010,课题负责人; 3. 膜性质的分子模拟和密度泛函理论研究,973课题,2003-2008,课题负责人; 4. 离子在带电纳米孔内传递的理论研究,自然科学基金,2004-2006,项目负责人; 5. 离子在核酸周围分布及其热力学性质研究, 自然科学基金,2004-2006,项目负责人; 6. 自洽积分方程理论研究电解质溶液扩散性质,自然科学基金,2002-2004,项目负责人。

研究成果

1.在电解质溶液研究方面,首次提出了有效阳离子直径的表达式,并结合原始平均球近似理论(MSA),成功地关联计算了各种高农电解质及其混合物的活度系数。随后首次将其应用于研究电解质溶液的表面张力;将非原始MSA与微扰理论有机地结合起来,首次成功地应用非原始平均球近似和微扰理论建立了预测电解质溶液高压气体溶解度的理论模型,计算结果与实验值良好。  2.在流体扩散性质研究方面,首次以分子模拟数据为基础系统地提出了方阱流体、长链流体和缔合流体的自扩散系数理论模型,其对长链分子(数达154)和缔合流体计算精度优于国际上现有的各种模型;使用Yukawa模型,结合流体力学理论,提出了预测蛋白质溶液互扩散系数的方法,能解释互扩散系数随浓度变化曲线出现极值的现象。  3.在非均匀流体的结构性质研究方面,对基本度量理论(FMT)使用硬球混合物的BMCSL状态方程进行了改进,改进后的理论对非均匀流体在接触点的密度的预测更为准确。将FMT与热力学微扰理论及平均球近似结合,分别提出了准确计算非均匀缔合流体、聚合物和双电层结构的密度泛函计算方法,同时对Percus测试粒子法进行了扩展,首次成功地用密度泛函理论同时预测了聚合物分子间和分子内的相关函数。所提出的密度泛函理论可应用于研究界面吸附、界面张力、受限空间的相平衡、外场对流体结构的影响以及成核现象等。  4.在分子模拟研究方面,使用巨正则系综Monte Carlo模拟对碳纳米管储氢和分离气体混合物进行了研究,通过路径积分法计入氢气的量子效应; 研究了磷脂双层摸的结构性质、超临界二氧化碳体系的扩散性质和平衡热力学性质等。 5. 建立了纺织行业中定型机尾气能量和物质回收装置,使尾气排放达到国家标准,回收油品产生了良好的经济效益。

参考资料

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