1、燃料特性与湍流反应流体力学研究方向的重要进展：能源材料中微尺度界面与输运的基础研究

通过微纳尺度模拟计算与辅助实验相结合的方法，开展了离子液体、石墨烯等能源材料在能源储存/输运/转换方面的基础研究。年度主要进展包括：利用分子模拟结合微观实验表征，研究了离子液体在石墨烯基超级电容器中的固液界面现象，深入揭示了具有缺陷表面上离子液体双电层所具有的2D微观结构，发现了石墨烯电极表面缺陷的厚度对离子分布的影响规律；探究了离子液体在碳捕捉中的作用机理，展示了利用双阳离子型离子液体吸收CO₂是前景良好的碳捕捉方法。通过研究离子微通道内的葡萄糖等分子在壁面上的扩散、聚合与吸附特性，揭示了纳米通道门控效应的工作机制。根据“声子玻璃”材料中的低维电子输运特性，提出了提高热电材料ZT因子的新思路，即在保持3D纳米结构分子晶体的低热导率的同时，调制其电子能带来提高电输运性质，实现高效热电转换；通过研究微纳尺度碳材料的导热性质，发现了在纳米圆盘石墨烯中热导率不是均匀的、而是沿着半径方向呈梯度变化的， 这一发现颠覆了傅里叶定律关于材料中热导率是一个不随半径变化的常数的假设论断。

本研究工作共发表SCI论文29篇，其中包括影响因子>10的Nano Letters、Nano Energy和NPG Asia Materials各1篇；1篇为AIChE Journal的“Tribute to Founders: John M. Prausnitz”专题论文。国际会议特邀报告8次。

2、能源利用中的污染物生成机理与防治技术研究方向的重要进展：矿物转化与颗粒物的生成、控制的基础研究

在燃煤过程中PM_2.5和重金属（特别是Hg）的控制机理与技术的基础研究方面，本年度的主要进展包括：（1）研究了不同改性方法处理对高岭土减排超细颗粒物效果的影响，该研究结果为开发新型高效PM吸附剂提供了一种可选的技术路径；研究了准东煤燃烧PM1的减排技术，揭示了高岭土添加比例、燃烧温度对于准东煤PM1减排效果的影响。（2）提出了利用磁珠脱除烟气中单质汞的新思路，发明了强化磁珠脱汞性能的改性方法和再生方法，该吸附剂不仅高效，而且可以进行回收利用，降低吸附剂成本。（3）在锰基SCR催化剂协同脱除燃煤烟气中汞的研究中，提出了两种新型的高效低温催化剂：MnO_x-MoO₃/CNT（碳纳米管）和锰基钙钛矿型催化剂。这两种催化剂在低于150℃的烟气中可以实现高效催化氧化脱汞，其中前者具备优异的抗硫性能，后者具备在低氧低卤素烟气中保持高效的特点。（4）采用烟气痕量元素在线监测方法研究了煤燃烧/热解/气化过程中As和Se的释放动力学特性，分别建立了不同气氛下As和Se的释放动力学方程。

2015年团队共计在Environmental Science & Technology、Fuel等国际期刊发表SCI论文29篇，国内期刊EI论文11篇。授权发明专利7项。国际会议特邀报告1次。团队目前主持973课题2项，参与973课题2项，主持国家自然科学基金项目14项，主持其他省部级项目4项。

3、热能转换与利用先进技术研究方向的重要进展：基于化学链的新一代低碳能源利用基础研究

基于固体颗粒高温循环的化学链技术是一种就地低成本富集化石燃料利用过程产生的CO₂的新型热能转换与利用先进技术。本年度的主要进展包括：基于密度泛函理论(DFT)计算理解原子层面氧解耦材料释氧过程的微观机理，根据这些微观功能原理层次的认识来优选惰性载体和进行氧载体主动设计，也为发展颗粒材料表界面尺度的反应动力学模型提供了依据；裁剪设计了具有壳核层级结构的高性能CuO基氧载体和CaO基CO₂吸收剂，这种特殊的壳核层级结构确保载体材料具有高的传输容量、优良的反应性、满意的机械强度和抗烧结性能；系统研究了基于高温固体颗粒循环的煤化学链燃烧和钙循环捕集CO₂，针对不同煤种的直接化学链燃烧，发现氧载体种类、煤种、化学链方式之间的协同关系，并研究了典型氧载体与煤热解气化主要产物的反应动力学机理，设计和建立了1kW_th、5kW_th、50kW_th热态串行流化床反应器，实现了100小时以上的连续平稳运行；燃煤发电和碳捕集系统的稳态和动态过程模拟、能源-经济-环境综合评价和优化。

本研究工作共有五篇论文入选ESI数据库高被引论文，在专业顶级期刊Combustion and Flame、Proceedings of the Combustion Institute、Environmental Science & Technology共发表11篇论文，以及在Fuel、Energy & Fuels、Applied Energy等专业权威期刊上发表48篇SCI论文，批准发明专利7项、申请发明专利4项。

4、热力设备与系统的诊断、优化与综合评价研究方向的重要进展：生物质高值化利用理论与工程示范

在生物质热转化过程机制以及产物的高质化改质机理与技术的基础研究方面做了大量的工作。基于生物质典型组分、单体、模型化合物等采用漫反射红外光谱（DRIFT）与二维光谱（2D-PCIS）及色谱质谱等相结合，重点关注热解过程复杂条件下的气固交互和过程中间态，形成了基于氢键网络结构破坏、伯醇基转化、芳环缩合生物质热解过程机理，为生物质热分解过程的了解提供了新的认识。制备系列Ti基、分子筛催化剂，形成了生物质催化热解制备糠醛和芳烃的方法；通过农林废弃物生物炭的改性提质等改进炭的结构和组成，制备系列生物炭、碳材料等炭产品，实现生物质的高质化、综合利用。 在工程示范方面开展移动床热解多联产相关技术的优化、设备、系统集成等方面的研发工作，推进示范工程的建设，结合秸秆热解目标产物调控理论和方法，开发了秸秆移动床热解炭化多联产一体化技术。相关成果发表在国际一流期刊Green Chemistry、Bioresource Technology等期刊上，共计SCI论文37篇，2篇入选ESI高被引论文，国际会议邀请报告1次，国内会议特邀报告2次，授权发明专利9项，新申请9项，获得2015年度高等学校科学研究优秀成果一等奖和十七届中国专利优秀奖。获国家能源局批准建设国家能源生物燃气高效制备及综合利用技术研发（实验）中心。