非晶微纳米材料由于其特殊的结构，使其具有独特的催化、力学和光学特性。非晶材料的合成可控性差和非晶结构的复杂性阻碍了人们认知和建立有效的构效关系，严重制约了非晶材料研究的发展和应用。本团队发展了多种具有普适性的制备方法，例如“配位刻蚀”法，“自水解刻蚀-沉淀”法，光刻蚀法等，实现了一维、二维和三维规则形貌的纳米材料的可控制备；利用同步辐射 XAFS 谱研究了样品的局域微结构和应用过程中的局域结构变化的信息; 探讨了相关材料的催化、力学和光学等特性，提出了相关的机制，建立了科学的构效关系，推动了非晶微纳米材料的发展和应用。

离子液体作为一类新型绿色介质，为创建反应/分离新体系提供了重大机遇。在工程放大和产业化方面，离子液体特殊的阴阳离子结构、特殊氢键以及由此导致特殊的物化性质、多相体系界面结构，使该体系的传递和放大规律与传统介质有本质差异，成为 化工领域传统方法难以参考且亟需攻克的难题。本报告针对离子液体应用中工程放大规律不清的难题，重点阐述了离子液体多相复杂体系的界面形成机制及纳微结构；反应器中离子液体体系的流动/传递机制和工程放大规律；并在 CO₂ 羰基化、离子液体氨回收等工业放大装置上进行了验证。离子液体体系界面结构及流动传递机制的研究为离子液体反应分离新体系的过程强化和工程放大提供了支撑。

乏燃料后处理（核废料处理）是核燃料循环的核心，对于核环境安全和核能的可持续发展意义重大，而乏燃料后处理的主要使命之一即是分离回收锕系元素。以磷酸三丁脂(TBP)为萃取剂的溶剂萃取流程（PUREX 流程），可将乏燃料中 99.5%左右的 U 和 Pu分离回收。而经 PUREX 流程排放出的高放废液（HLLW）由于含有较大量的超铀元素（Np、Am、Cm 等）和释热量大的裂变产物，仍集中了乏燃料中 90%以上的放射性，操作和运输难度较高。世界各国基于 HLLW 中锕系元素分离亦开发出了不同的萃取流程，其中由法国 CEA 开发的 GANEX ( Group Actinides Extraction) 流程，旨在从经由 PUREX 流程处理后的水相中，实现包括少量铀前元素和超铀元素在内的多种价态锕系元素的共同萃取。为了拓展可应用于 GANEX 流程并实现锕系组分离的新型萃取剂，我们实验室根据“软硬酸碱理论”，结合多尺度模拟计算，成功设计并研究了软硬原子结合的四齿邻菲罗啉二酰胺（Et- Tol- DAPhen）配体。该配体对不同价态的锕系离子均有良好的萃取能力，而对稀土元素却几乎不萃取，因此实现了良好的镧锕组分离效果。

酯是一类在食品、日化等领域应用广泛、且种类众多的终端产品。传统合成酯类产品的催化剂主要是无机强酸、固体酸、金属盐等，反应和分离分步进行，导致能耗高、工艺流程复杂、产品纯度低等缺点。离子液体是一类在室温附近呈液态的有机熔融盐，具有蒸汽压低、热稳定高、结构可设计等优点，可作为溶剂、催化剂及相分离剂等。本课题组主要着眼于离子液体的多任务定向设计，让离子液体集多任务于一身，兼顾反应和分离两方面，从未完成酯类产品生产中的反应-分离耦合或过程强化，使过程更绿色、更节能、更清洁。本课题组在离子液体催化酯类合成的反应分离集成研究中已取得重要进展，包括合成碳酸二甲酯、环状碳酸酯、环状亚硫酸酯、有机酸酯、香料酯等。本课题组还开发了离子液体催化反应-萃取-精馏耦合生产醋酸乙酯新工艺，在江苏索普化工股份有限公司建成年产 2 万吨中试生产线且成功开车运行 6 个月。结果表明，新工艺产品产率高（>99.8%)，能耗低（1.2 吨蒸气/吨产品，远小于传统工艺的 2.6 吨水蒸气，节能 50%以上），三废低。多个研究案例表明，离子液体的多任务定向设计是达成反应分离集成或过程强化的有效方法。