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西安交大化工學院-貝士德儀器“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室研究成果匯總

西安交大化工學院-貝士德儀器“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室研究成果匯總

發(fā)布日期:2023-02-14 來源:貝士德儀器 點擊量:2659

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西交大化工學院-貝士德儀器 先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室 近一年多時間,在國際和國內(nèi)期刊上共發(fā)表學術(shù)論文約18篇,包括Angewandte Chemie,Chemical Engineering Journal,ACS Catalysis,ACS Nano,Chem. Eng. J.,J. Mater. Chem. A 等,其中影響因子大于10的有 篇,JCR一區(qū)文章 15 篇。研究領(lǐng)域 涉及質(zhì)子傳導(dǎo)、二氧化硫和芳香族硫化物捕獲、煙氣脫硫耦合脫碳、煙道氣中SO2捕集、電子特氣(SF6、NF3、CF4、Xe、Kr等)分離、煤層氣分離、溫室氣體六氟化硫捕獲(SF6、CF4、NF3等)、烷烯烴分離、光催化CO2還原等多個領(lǐng)域。以下例舉“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室近年發(fā)表的部分精彩文章:

例舉文章 1
兩性離子共價有機骨架:有吸引力的多孔主體用于氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)
該研究成果以“Zwitterionic Covalent Organic Frameworks: Attractive Porous Host for Gas Separation and Anhydrous Proton Conduction”(兩性離子共價有機骨架:有吸引力的多孔主體用于氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo))為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《美國化學會-納米》(ACS Nano)上,影響因子15.881。西安交通大學化學工程與技術(shù)學院為本文的唯一單位,博士生傅鈺為論文第一作者馬和平研究員為唯一通訊作者。


本研究工作以共價有機骨架(COF)為功能性平臺,同時將陰、陽離子官能團引入到COF孔道中,實現(xiàn)了兩性離子概念與多孔結(jié)晶材料的結(jié)合。兩性離子COF內(nèi)同時具備陰、陽離子位點排列的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在納米通道內(nèi)的電荷密度調(diào)節(jié),允許對其結(jié)構(gòu)和功能進行原子水平調(diào)控,這給設(shè)計具備功能導(dǎo)向的材料提供了新的思路。文中設(shè)計并合成了三種兩性離子COF材料,作為多孔主體在SO2/CO2氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)領(lǐng)域均展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。兩性離子COF孔道內(nèi)分散的正、負電荷基團可以作為SO2的兩種不同的極性位點,使其實現(xiàn)了高SO2吸附量及突出的SO2/CO2分離性能。此外,相反電荷片段的組合賦予了兩性離子COF豐富的離子遷移位點,使其在負載三氮唑、咪唑后實現(xiàn)了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。理論計算與介電常數(shù)分析相結(jié)合,證實了COF孔道內(nèi)陽離子和陰離子基團的存在能夠有效促進質(zhì)子載體中質(zhì)子的釋放。我們相信兩性離子在COF材料中的成功結(jié)合可以為COF的各種應(yīng)用提供無限的可能。

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圖 . (a) 離子型聚合物、兩性離子型聚合物、離子型COFs和兩性離子型COFs示意圖;(b) 三種不同結(jié)構(gòu)的兩性離子型COFs合成示意圖(注:陰離子和陽離子位點分別用藍色和黃色標記)。


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例舉文章 2
具有創(chuàng)紀錄CH4/N2分離比的鎳基MOF材料用于煤層氣分離

該研究成果以 “Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity” 為題發(fā)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)(IF=15.336)上,并被選為Angewandte Chemie 封面文章和熱點論文。化學工程與技術(shù)學院博士生王少敏為論文第一作者,楊慶遠教授為本文通訊作者,西安交通大學化工學院為論文唯一通訊作者單位。


實現(xiàn)雙碳目標,天然氣是目前最現(xiàn)實的低碳清潔能源,但我國常規(guī)天然氣產(chǎn)能不足,需開發(fā)煤層氣等非常規(guī)天然氣作為補充。煤層氣俗稱“瓦斯”,其主要成分是甲烷,是一種與煤共生、以吸附態(tài)存儲于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣,我國煤層氣儲量豐富,2020年探明的儲量約為4200億立方米。但超過70%的煤層氣在開采時,由于開采技術(shù)(井下抽采)的原因混入了大量的空氣,導(dǎo)致形成了低濃度的煤層氣(甲烷濃度<30%)而得不到很好的利用,低濃度的煤層氣一般被直接排放到大氣,造成了資源浪費和溫室效應(yīng)。所以現(xiàn)階段煤層氣的分離與提濃技術(shù)已成為煤層氣開發(fā)和利用的行業(yè)瓶頸問題,是需要攻克的關(guān)鍵節(jié)點。針對上述問題,西安交通大學化工學院楊慶遠教授課題組研發(fā)了系列鎳基-金屬有機框架(MOF)材料,其中超微孔MOF材料Ni(ina)2具有甲烷/氮氣選擇性高(15.8)、吸附容量大(46.7 cm3/g)和分子擴散速率快(10.6-19.0 cm3g-1s-1)的特點,較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng),實現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮氣的高效分離。理論模擬計算和單晶結(jié)構(gòu)解析表明Ni(ina)2和甲烷分子之間存在較強的作用力,可以從低濃度煤層氣中選擇性地捕獲甲烷分子。另外,Ni(ina)2具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,可以批量化制備,是一種理想的固體吸附劑,該工作為工業(yè)上煤層氣的分離提供了新思路。

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更多精彩


Zwitterionic Covalent Organic Frameworks: Attractive Porous Host for Gas Separation and Anhydrous Proton Conduction

ACS Nano  (IF = 18.027)

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07178


Tuning proton dissociation energy in proton carrier doped 2D covalent organic frameworks for anhydrous proton conduction at elevated temperature

J. Mater. Chem. A   (IF = 14.511)

https://doi.org/10.1039/D0TA04488A


A 3D ultramicroporous porous organic frameworks for SO2 and aromatic sulfides capture with high capacity and selectivity

Chemical Engineering Journal (IF = 16.744)

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132480


離子型有機多孔聚合物的制備及其煙氣脫硫耦合脫碳性質(zhì)研究

《化工進展》

https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0689


Post modification of Oxo-clusters in robust Zirconium-Based metal organic framework for durable SO2 capture from flue gas

Separation and Purification Technology   (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119349


Aliphatic amine decorating metal–organic framework for durable SO2 capture from flue gas

Separation and Purification Technology  (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118164


Tuning surface inductive electric field in microporous organic polymers for Xe/Kr separation

Chemical Engineering Journal   (IF = 16.744)

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131271


Enhancing Perfluorinated electron specialty gases separation selectivity in ultra-microporous metal organic framework

Separation and Purification Technology  ( IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120739


Adsorption Interface-Induced H...F Charge Transfer in Ultramicroporous Metal-Organic Frameworks for Perfluorinated Gas Separation

Industrial & Engineering Chemistry Research  (IF = 4.326)

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01604

 

HF Resistant Porous Aromatic Frameworks for Electronic Special Gases Separation

Langmuir   (IF = 4.311)

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01098


Fluorine-functionalized Porous Organic Polymers for Durable F-gas Capture from Semiconductor Etching Exhaust

Macromolecules  (IF = 6.057)

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c02413


Fluorinated porous organic polymers for efficient recovery perfluorinated electronic specialty gas from exhaust gas of plasma etching

Separation and Purification Technology   (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120561


Fluorine-Induced Electric Field Gradient in 3D Porous Aromatic Frameworks for Highly Efficient Capture of Xe and F-Gases

ACS Appl. Mater. Interfaces   (IF = 10.383)

https://doi.org/10.1021/acsami.2c10050


Pore-Structure Control in Metal–Organic Frameworks (MOFs) for Capture of the Greenhouse Gas SF6 with Record Separation

Angew. Chem. Int. Ed. (IF = 16.82) 

https://doi.org/10.1002/anie.202207066

 

Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity

Angew. Chem. Int. Ed.  (IF = 16.82) 

https://doi.org/10.1002/ange.202201017


Amino-functionalized microporous MOFs for greenhouse gases CF4 and NF3 capture with record selectivity

ACS Applied Materials & Interfaces  (IF=10.38)

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c12164

 

Control of pore structure by the solvent effect for efficient ethane/ethylene separation

Separation and Purification Technology  (IF=9.13)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586622019335

 

Immobilizing Isatin-Schiff Base Complexes in NH2-UiO-66 for Highly Photocatalytic CO2 Reduction

ACS Catalysis  (IF=13.7)

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04588


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西交大-貝士德儀器先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室
合作導(dǎo)師:馬和平教授、楊慶遠教授


第1頁-15.PNG


先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室成立于2019年,由西安交通大學化學工程與技術(shù)學院與貝士德儀器主導(dǎo),以建立吸附分離領(lǐng)域國際領(lǐng)先水平的實驗室為目標。

目前“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室已經(jīng)裝備多款國際先進的吸附分離儀器設(shè)備,包括BSD-PS比表面積及孔徑分析儀,BSD-PM高性能比表面積及微孔分析儀,BSD-PMC腐蝕性氣體吸附分析儀,BSD-PH全自動高溫高壓氣體吸附儀,BSD-VVS多站重量法真空蒸汽吸附儀,BSD-MAB多組分吸附穿透曲線分析儀,BSD-MASS在線質(zhì)譜氣體分析系統(tǒng)等。

第1頁-14.PNG

馬和平

西安交通大學化學工程與技術(shù)學院,特聘研究員,博士生導(dǎo)師,材料化工所副所長。省部級高層次人才青年項目,西安交通大學“青年拔尖人才”。


第1頁-12.PNG

楊慶遠

西安交通大學化學工程與技術(shù)學院,教授,博士生導(dǎo)師,省部級高層次人才,西安交通大學“青年拔尖人才”,西安交通大學“青年教師跟蹤支持”計劃。


第1頁-11.PNG

柳劍峰

西安交大研究生院,校外合作特聘指導(dǎo)教師。貝士德儀器總經(jīng)理,總工程師。

西安交大化工學院-貝士德儀器“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室研究成果匯總

發(fā)布日期:2023-02-14 來源:貝士德儀器 點擊量:2659

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西交大化工學院-貝士德儀器 先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室 近一年多時間,在國際和國內(nèi)期刊上共發(fā)表學術(shù)論文約18篇,包括Angewandte Chemie,Chemical Engineering Journal,ACS Catalysis,ACS Nano,Chem. Eng. J.,J. Mater. Chem. A 等,其中影響因子大于10的有 篇,JCR一區(qū)文章 15 篇。研究領(lǐng)域 涉及質(zhì)子傳導(dǎo)、二氧化硫和芳香族硫化物捕獲、煙氣脫硫耦合脫碳、煙道氣中SO2捕集、電子特氣(SF6、NF3、CF4、Xe、Kr等)分離、煤層氣分離、溫室氣體六氟化硫捕獲(SF6、CF4、NF3等)、烷烯烴分離、光催化CO2還原等多個領(lǐng)域。以下例舉“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室近年發(fā)表的部分精彩文章:

例舉文章 1
兩性離子共價有機骨架:有吸引力的多孔主體用于氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)
該研究成果以“Zwitterionic Covalent Organic Frameworks: Attractive Porous Host for Gas Separation and Anhydrous Proton Conduction”(兩性離子共價有機骨架:有吸引力的多孔主體用于氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo))為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《美國化學會-納米》(ACS Nano)上,影響因子15.881。西安交通大學化學工程與技術(shù)學院為本文的唯一單位,博士生傅鈺為論文第一作者,馬和平研究員為唯一通訊作者。


本研究工作以共價有機骨架(COF)為功能性平臺,同時將陰、陽離子官能團引入到COF孔道中,實現(xiàn)了兩性離子概念與多孔結(jié)晶材料的結(jié)合。兩性離子COF內(nèi)同時具備陰、陽離子位點排列的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在納米通道內(nèi)的電荷密度調(diào)節(jié),允許對其結(jié)構(gòu)和功能進行原子水平調(diào)控,這給設(shè)計具備功能導(dǎo)向的材料提供了新的思路。文中設(shè)計并合成了三種兩性離子COF材料,作為多孔主體在SO2/CO2氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)領(lǐng)域均展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。兩性離子COF孔道內(nèi)分散的正、負電荷基團可以作為SO2的兩種不同的極性位點,使其實現(xiàn)了高SO2吸附量及突出的SO2/CO2分離性能。此外,相反電荷片段的組合賦予了兩性離子COF豐富的離子遷移位點,使其在負載三氮唑、咪唑后實現(xiàn)了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。理論計算與介電常數(shù)分析相結(jié)合,證實了COF孔道內(nèi)陽離子和陰離子基團的存在能夠有效促進質(zhì)子載體中質(zhì)子的釋放。我們相信兩性離子在COF材料中的成功結(jié)合可以為COF的各種應(yīng)用提供無限的可能。

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圖 . (a) 離子型聚合物、兩性離子型聚合物、離子型COFs和兩性離子型COFs示意圖;(b) 三種不同結(jié)構(gòu)的兩性離子型COFs合成示意圖(注:陰離子和陽離子位點分別用藍色和黃色標記)。


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例舉文章 2
具有創(chuàng)紀錄CH4/N2分離比的鎳基MOF材料用于煤層氣分離

該研究成果以 “Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity” 為題發(fā)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)(IF=15.336)上,并被選為Angewandte Chemie 封面文章和熱點論文?;瘜W工程與技術(shù)學院博士生王少敏為論文第一作者楊慶遠教授為本文通訊作者,西安交通大學化工學院為論文唯一通訊作者單位。


實現(xiàn)雙碳目標,天然氣是目前最現(xiàn)實的低碳清潔能源,但我國常規(guī)天然氣產(chǎn)能不足,需開發(fā)煤層氣等非常規(guī)天然氣作為補充。煤層氣俗稱“瓦斯”,其主要成分是甲烷,是一種與煤共生、以吸附態(tài)存儲于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣,我國煤層氣儲量豐富,2020年探明的儲量約為4200億立方米。但超過70%的煤層氣在開采時,由于開采技術(shù)(井下抽采)的原因混入了大量的空氣,導(dǎo)致形成了低濃度的煤層氣(甲烷濃度<30%)而得不到很好的利用,低濃度的煤層氣一般被直接排放到大氣,造成了資源浪費和溫室效應(yīng)。所以現(xiàn)階段煤層氣的分離與提濃技術(shù)已成為煤層氣開發(fā)和利用的行業(yè)瓶頸問題,是需要攻克的關(guān)鍵節(jié)點。針對上述問題,西安交通大學化工學院楊慶遠教授課題組研發(fā)了系列鎳基-金屬有機框架(MOF)材料,其中超微孔MOF材料Ni(ina)2具有甲烷/氮氣選擇性高(15.8)、吸附容量大(46.7 cm3/g)和分子擴散速率快(10.6-19.0 cm3g-1s-1)的特點,較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng),實現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮氣的高效分離。理論模擬計算和單晶結(jié)構(gòu)解析表明Ni(ina)2和甲烷分子之間存在較強的作用力,可以從低濃度煤層氣中選擇性地捕獲甲烷分子。另外,Ni(ina)2具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,可以批量化制備,是一種理想的固體吸附劑,該工作為工業(yè)上煤層氣的分離提供了新思路。

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更多精彩


Zwitterionic Covalent Organic Frameworks: Attractive Porous Host for Gas Separation and Anhydrous Proton Conduction

ACS Nano  (IF = 18.027)

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07178


Tuning proton dissociation energy in proton carrier doped 2D covalent organic frameworks for anhydrous proton conduction at elevated temperature

J. Mater. Chem. A   (IF = 14.511)

https://doi.org/10.1039/D0TA04488A


A 3D ultramicroporous porous organic frameworks for SO2 and aromatic sulfides capture with high capacity and selectivity

Chemical Engineering Journal (IF = 16.744)

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132480


離子型有機多孔聚合物的制備及其煙氣脫硫耦合脫碳性質(zhì)研究

《化工進展》

https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0689


Post modification of Oxo-clusters in robust Zirconium-Based metal organic framework for durable SO2 capture from flue gas

Separation and Purification Technology   (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119349


Aliphatic amine decorating metal–organic framework for durable SO2 capture from flue gas

Separation and Purification Technology  (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118164


Tuning surface inductive electric field in microporous organic polymers for Xe/Kr separation

Chemical Engineering Journal   (IF = 16.744)

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131271


Enhancing Perfluorinated electron specialty gases separation selectivity in ultra-microporous metal organic framework

Separation and Purification Technology  ( IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120739


Adsorption Interface-Induced H...F Charge Transfer in Ultramicroporous Metal-Organic Frameworks for Perfluorinated Gas Separation

Industrial & Engineering Chemistry Research  (IF = 4.326)

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01604

 

HF Resistant Porous Aromatic Frameworks for Electronic Special Gases Separation

Langmuir   (IF = 4.311)

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01098


Fluorine-functionalized Porous Organic Polymers for Durable F-gas Capture from Semiconductor Etching Exhaust

Macromolecules  (IF = 6.057)

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c02413


Fluorinated porous organic polymers for efficient recovery perfluorinated electronic specialty gas from exhaust gas of plasma etching

Separation and Purification Technology   (IF = 9.136)

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120561


Fluorine-Induced Electric Field Gradient in 3D Porous Aromatic Frameworks for Highly Efficient Capture of Xe and F-Gases

ACS Appl. Mater. Interfaces   (IF = 10.383)

https://doi.org/10.1021/acsami.2c10050


Pore-Structure Control in Metal–Organic Frameworks (MOFs) for Capture of the Greenhouse Gas SF6 with Record Separation

Angew. Chem. Int. Ed. (IF = 16.82) 

https://doi.org/10.1002/anie.202207066

 

Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity

Angew. Chem. Int. Ed.  (IF = 16.82) 

https://doi.org/10.1002/ange.202201017


Amino-functionalized microporous MOFs for greenhouse gases CF4 and NF3 capture with record selectivity

ACS Applied Materials & Interfaces  (IF=10.38)

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c12164

 

Control of pore structure by the solvent effect for efficient ethane/ethylene separation

Separation and Purification Technology  (IF=9.13)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586622019335

 

Immobilizing Isatin-Schiff Base Complexes in NH2-UiO-66 for Highly Photocatalytic CO2 Reduction

ACS Catalysis  (IF=13.7)

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04588


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西交大-貝士德儀器先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室
合作導(dǎo)師:馬和平教授、楊慶遠教授


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先進吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實驗室成立于2019年,由西安交通大學化學工程與技術(shù)學院與貝士德儀器主導(dǎo),以建立吸附分離領(lǐng)域國際領(lǐng)先水平的實驗室為目標。

目前“先進吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實驗室已經(jīng)裝備多款國際先進的吸附分離儀器設(shè)備,包括BSD-PS比表面積及孔徑分析儀,BSD-PM高性能比表面積及微孔分析儀,BSD-PMC腐蝕性氣體吸附分析儀,BSD-PH全自動高溫高壓氣體吸附儀,BSD-VVS多站重量法真空蒸汽吸附儀,BSD-MAB多組分吸附穿透曲線分析儀,BSD-MASS在線質(zhì)譜氣體分析系統(tǒng)等。

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馬和平

西安交通大學化學工程與技術(shù)學院,特聘研究員,博士生導(dǎo)師,材料化工所副所長。省部級高層次人才青年項目,西安交通大學“青年拔尖人才”。


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楊慶遠

西安交通大學化學工程與技術(shù)學院,教授,博士生導(dǎo)師,省部級高層次人才,西安交通大學“青年拔尖人才”,西安交通大學“青年教師跟蹤支持”計劃。


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柳劍峰

西安交大研究生院,校外合作特聘指導(dǎo)教師。貝士德儀器總經(jīng)理,總工程師。