过程强化技术对传统化工产业转型升级和可持续发展具有重要意义。等离子体和微流控都是高效的过程强化技术，在化学化工领域有巨大的应用前景。近日，化学与材料工程学院林良良等人在基于等离子体和微流控技术的过程强化领域取得系列进展，研究成果先后发表在化工三大刊AIChE Journal, Chemical Engineering Science, Industrial & Engineering Chemistry Research上。其中，AIChE Journal的发表实现了化学与材料工程学院在该期刊上零的突破。
1.AIChE Journal:Green and continuous microflow synthesis of fluorescent carbon quantum dots for bio-imaging application
作者：Liangliang Lin*, Yuan Xia, Hongyu Wen, Wentong Lu, Ziyang Li, Hujun Xu, Juan Zhou
论文链接：AIChE J. 2022, e17901.DOI: 10.1002/aic.17901
微反应器是一种建立在连续流动基础上，特征尺寸为微米/亚毫米量级的微型化反应系统，具有体积小、热质传递速率快、停留时间分布窄、过程安全可控等优势，被广泛用于精细化学品、药物中间体、功能材料的合成中。这项工作由化学与材料工程学院林良良、许虎君和生命科学与健康工程学院周娟等人合作完成。研究团队以牛奶为原料，利用微流控技术实现碳量子点的绿色连续化制备，研究了不同条件下碳量子点的荧光寿命、荧光量子产率、带隙能量等参数。在此基础上，将碳量子点应用到小鼠胚胎细胞成像中，显示由牛奶制备的碳点不仅具有丰富的官能团和良好的生物相容性，还能进入细胞内部起到非常好的成像效果（图1）。这项工作为微反应器技术的应用和碳量子点的绿色制备提供参考价值。
AIChE Journal（美国化学工程师学会会刊）是国际化学工程领域最有影响力的顶尖期刊（化工学科公认国际排名第一的期刊，Wiley出版社），收录了化学工程核心领域以及其它相关工程学科中最重要和最新的技术进步。
2. Chemical Engineering Science: Plasma-based instant synthesis of functionalized gold nanoparticles for colorimetric detection of lead ions
作者：Xuanhe Li, Chunxia Zhao, Liangliang Lin*
论文链接：Chem Eng Sci. 2022, 260, 117849. DOI: 10.1016/j.ces.2022.117849
等离子体被视为物质的第四态，是一种由高能电子、自由基、带电离子和光子为主要成分的物质形态，有很高的焓值、能量密度和反应活性。将等离子体应用于化学化工领域，能诱发和加速一些常规不能进行或难以进行的反应。因此，等离子体逐渐成为一种高效清洁的新型过程强化技术。
在前期工作中，研究团队巧妙地将等离子体和微流控技术耦合，首次提出“微流控等离子体”（Microfluidic Plasma）的创新思路（Chem Eng J, 2021, 417, 129355; Chem Eng J, 2021, 425, 131511）。本工作进一步发展微流控等离子体过程强化技术，以HAuCl4和葡萄糖为前驱体，建立连续化制备AuNPs比色传感器的方法。通过系统的研究考察反应参数与传感性能之间的关系，包括pH、响应时间、灵敏性、选择性和真实水样检测性，借助原位光谱检测技术探讨了反应机理。此外，耦合铅离子实现了反应-检测的高效集成（30 s内完成，图2）。该研究成果显示微流控和等离子体耦合能衍生出一种新型高效的过程强化方法，为化学化工反应提供新途径。19级硕士生李煊赫（现大连理工大学博士生）为本工作第一作者。
Chemical Engineering Science是Elsevier出版社旗下国际化学工程领域顶级期刊，与AIChE Journal和Industrial & Engineering Chemistry Research被公认为三大顶级国际化工期刊。
3. Industrial & Engineering Chemistry Research: Microfluidic plasma-based continuous and tunable synthesis of Ag-Au nanoparticles and their SERS properties
作者：Liangliang Lin*, Xuanhe Li, Haiyan Gao, Hujun Xu, Sergey A Starostin, Kostya Ken Ostrikov, Volker Hessel
论文链接：Ind. Eng. Chem. Res. 2022, 61, 5, 2183-2194. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c04048
金-银合金拉曼传感器综合了金SERS基底的高稳定性和银SERS基底的高灵敏性，是一种新型的SERS检测器。然而，传统金银合金制备方法步骤繁琐、条件严苛、不可避免地使用化学还原剂、稳定剂或有机溶剂，且很难保证批次产品质量的均一性和稳定性。在这一项工作中，研究团队借助微流控和等离子体的协同优势，利用高能电子取代化学还原剂实现绿色高效还原贵金属离子，同时以连续流动代替间歇操作实现连续、精准、可控地制备粒径小、尺寸分布窄的金银合金纳米颗粒。此外，等离子体存在长程库仑力，能减小金银合金的聚集，利于SERS热点(hot spot)的形成。综上，团队设计构建了一套完全自主知识产权的微流控等离子体装置（中国发明专利: ZL202010815801.9;美国发明专利: US17/387694），利用它构筑系列组成和结构的金银纳米合金及SERS基底，并以罗丹明B、结晶紫为探针分子考察了SERS检测性能。结果表明所开发的微流控等离子体装置能在不使用化学还原剂下高效连续地制备高质量金银合金，且取得良好的拉曼检测性能。研究成果发表在Industrial & Engineering Chemistry Research上，被选为当期封面论文（图3）。Industrial & Engineering Chemistry Research是美国化学会（ACS）旗下的国际化工顶级期刊，也是化工三大刊之一。
上述工作得到国家自然科学基金面上项目（22078125）、国家自然科学基金青年基金（52004102）、江苏省自然科学基金青年基金（BK20190605）、中国博士后科学基金面上资助一等（2021M690068）、江苏省博士后科研资助计划（2021K512C）、江苏省双创博士等项目的支持。江南大学化学与材料工程学院是唯一通讯单位，林良良为独立通讯作者。
图1. AIChE J:微流控技术制备碳量子点及细胞成像应用研究
图2. CES:微流控等离子体原位制备纳米金比色传感器及铅离子的在线检测
图3. IECR封面论文:微流控等离子体构筑高灵敏拉曼检测器
