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环境理论化学与实验研究所


环境理论计算与实验是王文兴院士于2003年成立山东大学环境研究院之初确立的三个方向之一,用理论化学的方法研究环境问题一直是王院士的夙愿。将理论计算与实验有机结合一直是王院士追求的目标。环境理论化学与实验研究所的成立为实验这一目标奠定了基础。目前研究所已成功将理论计算方法应用到环境化学研究中,并结合相应的实验室模拟研究,在大气化学反应、液相反应、酶催化反应、表面反应及分子构效关系研究等方面展开了广泛研究。

研究方向:

(1) 二噁英的形成与降解机理;

(2) 典型农药在环境中的降解机理(化学降解和酶催化降解);

(3) 大气中挥发性有机化合物的氧化及气溶胶成核的微观机理;

(4) 溴系阻燃剂类化合物的降解机理;

(5) 多环芳烃的大气转化及硝基多环芳烃的形成机理;

(6) 新型PPCPs 类污染物的降解机理;

(7) 氮氧化物在海盐粒子表面非均相反应的微观机理;

(8) 有机物对水生生物急性毒性的预测模型及作用机理;

(9) 颗粒污染物的生物效应和环境过程;

(10)  典型环境污染物与人体关键大分子(DNA、蛋白质等)的相互作用机理;

(11) 大气细颗粒中微生物的种类分布以及其健康影响;

(12) 气溶胶的界面非均相反应。


主持项目:

环境理论化学研究室先后承担2项国家自然科学基金重点项目、2项“973”项目子课题、1项“863”项目子课题、30余项国家自然科学基金面上项目及青年项目、2项山东省杰出青年基金、2项教育部新世纪优秀人才等。总经费2500余万元。

研究成果:

在Environ. Sci. & Technol.、Atmos. Chem. Phys., Sci. Total Environ.、Atmos. Environ.、Chemosphere、Environ. Pollut.等环境科学领域权威期刊上发表SCI学术论文200余篇,其中在Environ. Sci. & Technol.发表论文14篇。

学生培养:

培养全国百篇优秀博士论文获得者1人、教育部学术新人奖获得者1名、研究生国家奖学金8名、研究生资助创新基金4名、与国外知名高校联合培养研究生6名。

主要成员:

环境理论化学与实验研究所现有教师9人,教授5人,副教授3人,讲师1人。其中中国工程院院士1人,泰山学者1人,青年千人1人,新世纪优秀人才2人,山东省杰青2人。在读研究生50余人,已毕业研究生40余人。

教师队伍:

王文兴院士, 张庆竹教授,杜林教授,孙孝敏教授,何茂霞教授,姜威副教授,徐菲副教授,李延伟副教授,丁磊博士


(一) 代表性科研项目

1. 应用人工生物膜研究生物界面对碳纳米颗粒沉积的影响 (国家自然科学基金面上项目,69万元, 2018-2021,姜威主持)

2. “大气中有机胺和氨气协同作用下酸性气体成核机理的量子化学研究”(国家自然科学基金委面上项目,71.5万元,2017-2020,王文兴主持)

3. “二次有机气溶胶的界面反应及其在灰霾形成中的作用机制”(国家自然科学基金委重大研究计划重点支持项目,262万元,2017-2020,杜林主持)

4. “挥发性有机物的大气反应”(山东省自然科学杰出青年基金,60万元,2017-2020年,杜林主持)

5. “活性卤素自由基复合物的实验探测与理论研究”(国家自然科学基金委面上项目,80万元,2016-2019,杜林主持)

6. “生物酶作用下多氯联苯的降解机理研究”(国家自然科学基金委面上项目,82.8万元,2016-2019,张庆竹主持)

7. “多环芳烃在大气颗粒物表面的非均相反应机理模拟研究”(国家自然科学基金委面上项目,90万元,2015-2018,王文兴主持)

8. “Y家族DNA聚合酶作用下多环芳烃DNA加合物的跨损伤DNA合成机理研究” (国家自然科学基金委青年项目,23.2万元,2015-2018,李延伟主持

9. “新型有机污染物降解机理的量子化学计算与分子模拟”(国家自然科学基金委重点项目,300万元,2014-2018,张庆竹、王文兴主持)

10. “大气分子复合物的重要物理化学性质的研究”(国家自然科学基金委青年基金项目,28万元,2015-2017,杜林主持)

11. “有机酸在气溶胶多种成核机制中作用机理的理论研究”(国家自然科学基金委青年项目,24万元,2014-2017,徐菲主持)

12. “肼类燃料及其氧化衍生物参与大气成核过程研究”(山东省自然科学基金委青年基金,12万,2014-2017,杜林主持)

13. “大气中多环芳烃被OH/NO2及NO3/NO2氧化形成硝基多环芳烃的机理” (国家自然科学基金委面上项目,2014-2017,胡敬田主持)

14. “纳米颗粒与磷脂分子的相互作用及对磷脂层结构的影响机制”(国家自然科学基金委面上项目,80万元,2014-2017,姜威主持)

15. 应用光蚀刻微模型研究碳纳米颗粒在多相孔隙介质中的迁移规律,(国家自然科学基金青年项目,26万元,2014-2016,姜威主持)

16. 典型持久性有机污染物在多相体系中的微观降解机理(教育部新世纪优秀人才计划,50 万元,2013-2016,孙孝敏主持)

17. “典型二噁英在气相与气-固界面微观降解机理的理论研究”(国家自然科学基金委面上项目,80万元,2013-2016,孙孝敏主持)

18. “大气中氮氧化物与海盐粒子的非均相反应机理”(国家自然科学基金委面上项目,70万元,2012-2015,王文兴主持)

19. “QM/MM方法研究生物酶作用下典型有机农药的降解机理”(国家自然科学基金委面上项目,65万元,2012-2015,张庆竹主持)

20. “化学品种类快速甄别及毒性预测技术(有机化学品毒理效应的计算毒理学预测技术)”(国家科技部“863”计划,93.7万元,2012-2014,张庆竹、孙孝敏主持)

21. “多溴联苯醚类大气环境中微观降解机理的理论研究”(国家自然科学基金委面上项目,2011-2013,36万元,何茂霞主持)

22. “无盐囊泡相结构的实验与分子动力学模拟理论研究“(国家自然科学基金委青年基金项目,19万元,2010-2013,孙孝敏主持)

23. “无盐囊泡相结构的实验与分子动力学模拟理论研究“(国家自然科学基金委青年基金项目,19万元,2010-2013,孙孝敏主持)

24. “量子化学与分子模拟方法研究有机氯农药在环境中的降解机理” (山东省自然科学杰出青年基金,50万元,2009-2011年,张庆竹主持)

25. “乙烯基醚类对流层大气化学转化过程的机理研究”(国家自然科学基金委面上项目,2009-2011,32万,何茂霞主持)

26. “持久性有机污染物的典型环境过程及构效关系研究” (南大山大主持国家基金委重点项目180万元,2008-2011年,经费为99万元,王文兴,张庆竹主持)

27. “大气环境中萜烯形成二次有机气溶胶的理论研究”(国家自然科学基金委面上项目,28万元,2008-2010年,张庆竹主持)

(二) 代表性论著

1. Shijie Liu, Long Jia, Yongfu Xu*, Narcisse T. Tsona, Shuang shuang Ge, Lin Du*. Photooxidation of cyclohexene in the presence of SO2: SOA yield and chemical composition. Atmospheric Chemistry and Physics, 2017, 17(21):13329-13343.

2. Wang N, Sun X*, Chen J, Li X. Heterogeneous Nucleation of Trichloroethylene Ozonation Products in the Formation of New Fine Particles. Scientific Reports, 2017, 7:1-7.

3. Lin He, Xiaomin Sun*, Fanping Zhu, Shaojie Ren, Shuguang Wang*. OH-initiated transformation and hydrolysis of aspirin in AOPs system: DFT and experimental studies. Sci. Total Environ., (2017), 592: 33-40.

4. Qingzhu Zhang*, Rui Gao, Fei Xu, Qin Zhou, Guibin Jiang, Tao Wang, Jianmin Chen, Jingtian Hu, Wei Jiang, and Wenxing Wang*. Role of Water Molecule in the Gas-Phase Formation Process of Nitrated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Atmosphere: A Computational Study. Environ. Sci. & Technol. 2014, 48 (9), 5051-5057.

5. Yanwei Li , Xiangli Shi , Qingzhu Zhang*, Jingtian Hu, Jianmin Chen, and Wenxing Wang. Computational Evidence for the Detoxifying Mechanism of Epsilon Class Glutathione Transferase Toward the Insecticide DDT. Environ. Sci. & Technol. 2014, 48 (9), 5008-5016.  

6. Haijie Cao, Maoxia He*,Dandan Han, Jing Li,Mingyue Li,Wenxing Wang, Side Yao. OH-Initiated Oxidation Mechanisms and Kinetics of 2,4,4′-Tribrominated Diphenyl Ether. Environ. Sci. & Technol. 2013, 47(15):8238-8247.

7. Xiaomin Sun, Chenxi Zhang, Yuyang Zhao, Jing Bai, Qingzhu Zhang*, Wenxing Wang. Atmospheric chemical reactions of 2,3,7,8-tetrachlorinateddibenzofuraninitiated by an OH radical: mechanism and kinetics study. Environ. Sci. & Technol.  2012, 46(15): 8148-8155.

8. Fei Xu, Wanni Yu, Qin Zhou, Rui Gao,Xiaoyan Sun, Qingzhu Zhang*,Wenxing Wang.Mechanism and direct kinetic study of the polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran formations from the radical/radical cross-condensation of 2,4-dichlorophenoxy with 2-chlorophenoxy and 2,4,6-trichlorophenoxy. Environ. Sci. & Technol. 2011, 45(2):643-650.

9. Wanni Yu,Jingtian Hu,Fei Xu,Xiaoyan Sun,Rui Gao, Qingzhu Zhang*,Wenxing Wang. Mechanism and direct kinetics study on the homogeneous gas-phase formation of PBDD/Fs from 2-BP, 2,4-DBP, and 2,4,6-TBP as precursors. Environ. Sci. & Technol. 2011, 45(5):1917-1925.

10. Chenxi Zhang, Tingli Sun, and Xiaomin Sun*. Mechanism for OH-initiated degradation of 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxins in the presence of O2 and NO/H2O. Environ. Sci. & Technol. 2011, 45(11): 4756-4762.

11. Fei Xu, Hui Wang, Qingzhu Zhang*, Ruixue Zhang, Xiaohui Qu, Wenxing Wang. Kinetic properties for the complete series reactions of chlorophenols with OH radicals - Relevance for dioxin formation. Environ. Sci. & Technol. 2010, 44(4):1399-1404.

12. Qingzhu Zhang*,Wanni Yu, Ruixue Zhang, Qin Zhou, Rui Gao,Wenxing Wang*. Quantum chemical and kinetic study on dioxin formation from the 2,4,6-TCP and 2,4-DCP precursors. Environ. Sci. & Technol. 2010, 44(9):3395-3403.

13. Fei Xu,Wanni Yu,Rui Gao, Qin Zhou,Qingzhu Zhang*,Wenxing Wang. Dioxin formations from the radical/radical cross-condensation of phenoxy radicals with 2-chlorophenoxy radicals and 2,4,6-trichlorophenoxy radicals. Environ. Sci. & Technol. 2010,44(17):6745-6751.

14. Xiaohui Qu, Hui Wang, Qingzhu Zhang*, Xiangyan Shi, Fei Xu, Wenxing Wang. Mechanistic and Kinetic Studies on the Homogeneous Gas-phase Formation of PCDD/Fs from 2,4,5-Trichlorophenol, Environ. Sci. & Technol., 2009, 43 (11), 4068– 4075.

15. Qingzhu Zhang, Xiaohui Qu, Hui Wang, Fei Xu, Xiangyan Shi, Wenxing Wang. Mechanism and Thermal Rate Constants for the Complete Series Reactions of Chlorophenols with H. Environ. Sci. & Technol., 2009, 43 (11), 4105–4112.

16. Qingzhu Zhang*, Shanqing Li, Xiaohui Qu, Xiangyan Shi, Wenxing Wang*. A quantum mechanical study on the formation of PCDD/Fs from2-chlorophenol as precursor. Environ. Sci. & Technol. 2008, 42(19):7301-7308.

17. Qingzhu Zhang, Xiaohui Qu, Wenxing Wang*. Mechanism of OH-initiatedatmospheric photooxidation of dichlorvos: A quantum mechanical study. Environ. Sci. & Technol. 2007, 41(17):6109-6116.