近日，上海市2022年度启明星计划扬帆专项资助名单公布，上海交通大学密西根学院助理教授贺玉莲和助理教授屈子杰分别以“氧化铁微观结构调控及其在甲烷催化燃烧中构效关系研究” 和“界面约束下微生物运动模式的实验研究”课题入选该计划。
贺玉莲创立的绿色催化实验室主要研究内容
催化学科是制造业的核心，当今90%的制成品在其加工制造过程中至少涉及一步催化过程。面向碳基能源小分子高效利用的催化科学具有重大的环保和经济意义，是世界“碳中和”征途中的关键技术手段。贺玉莲课题组结合实验与数据模拟双管齐下的方式，聚焦于开发新型催化技术、数据驱动的催化剂设计准则以及催化机理研究，以实现节能减排和资源再利用。
氧化铁具有与可溶型甲烷单加氧酶类似的反铁磁自旋氧联双铁中心（紫色框内），并可在较低温度下活化甲烷并完成完全燃烧反应。
天然气（主要为甲烷）是最清洁的化石燃料，其单位热值碳排放较煤炭低约60%，且几乎不释放SOx, NOx，汞和PM2.5等在煤或石油燃料中常见的环境污染物。天然气的催化燃烧（CMC）是天然气资源高效利用的典范之一，是一种低碳、高效、近零污染的新型燃烧技术。催化剂的引入可实现在较低温度下的燃烧反应，可在燃烧极限外进行，使得燃烧更加完全且稳定。该技术在供热发电、化工等行业具有巨大的环境与经济效益。然而，甲烷的高度结构对称性和低极性使其在温和条件下的活化十分困难。目前报道能在500度以下活化甲烷的催化剂多为贵金属钯基体系，价格昂贵且热稳定性不佳。受自然界甲烷单加氧酶能在室温下对甲烷进行活化的启发，贺玉莲博士发现氧化铁具有类似自旋结构，可实现温和条件甲烷活化，起燃温度低至360度，且活性数小时不变。课题组受资助项目将进一步深入研究氧化铁基催化剂在CMC中的构效关系，通过系统性研究进一步优化铁基催化剂在CMC反应中的性能与设计，使其有潜力成为贵金属钯基催化剂的经济替代物，具有重大的科学研究意义与经济价值。
屈子杰课题组研究成果：A,基于光控的微管-驱动蛋白软物质系统（Nature 封面）；B,三维实时追踪显微镜；C,基于三维实时追踪的大肠杆菌游动轨迹重建。
屈子杰课题组的研究涉及流体力学、生物力学、物理学、工程学、计算机科学和应用数学等多个领域，着眼于通过先进的实验手段，探索微尺度下生物系统内的物理学，流体力学和生物力学问题，如细菌游动、集群行为、细胞间/细胞内的物质运输等。从不同的生物过程中获得启发，设计和制造用于生物医学和工程的仿生微纳机器人，微流体装置和软材料等。
理解微生物在其生存环境中运动的物理机理对深入理解细胞分裂，微生物富集等多种生物过程有着重要意义。微生物的生存环境虽然大多为复杂流体，但是也极大程度上受制于相关物理边界。之前的研究表明，细菌、藻类等微生物都会因流体动力学的相互作用在近物理表面处改变其运动模式。然而，针对物理边界对微生物活性影响的现有研究仍不够充分。屈子杰课题组受资助项目将从这一科研痛点入手，用实验的方式探究不同物理表面对微生物运动模式的影响，对单个微生物近物理表面的运动特性进行长时间的跟踪观测，重建其运动的三维轨迹，测量包括速度在内的运动学特征及生物学特征，并分析不同物理表面（载玻片及琼脂）对单个微生物运动的具体影响，进而回答微生物在游动过程中与固体表面的流体力学相互作用的方式和机制的这一科学问题。
教师介绍
贺玉莲，2016年获南开大学化学学院化学专业学士学位，2020年获美国耶鲁大学化学与环境工程博士学位，2020至2021年在美国斯坦福大学化工学院从事博士后研究工作，2021年7月加入上海交通密西根学院担任长聘教轨系列助理教授，同时双聘于上海交通大学化学与化工学院。其主要研究方向包括催化燃烧、甲烷氧化、二氧化碳捕集与利用，低维纳米催化剂创制、构效关系、第一性原理计算和数据驱动的催化剂理性设计等。
