英国曼彻斯特大学化学系全奖博士招生 | Prof. Du

导师简介

如果你想申请作为英国曼彻斯特大学 化学系博士，那今天这期文章解析可能对你 有用！今天Mason学长为大详细解析曼彻斯特大学的Prof. Budd的研究领域和代表文章，同时，我们也推出了新的内容“科研想法&开题立意”，为同学们的科研规划提供一些参考，并且会对如何申请该导师提出实用的建议！方便大家进行套磁！后续我们也将陆续解析其他大学和专业的导师，欢迎大家关注！

作为英国曼彻斯特大学化学系聚合物化学教授，导师是当今聚合物化学和材料科学领域的杰出学者和国际权威。导师1978年以一等荣誉学士学位毕业于曼彻斯特大学化学系，1981年在同一机构获得博士学位。在BP研究中心（Sunbury-on-Thames）从事了8年关于聚合物和结构材料的工业研究工作后，于1989年回到曼彻斯特大学担任讲师，现已成为聚合物化学教授。导师不仅是英国皇家化学学会会员（FRSC）和特许化学师（CChem），更是"本征微孔聚合物（Polymers of Intrinsic Microporosity, PIMs）"这一革命性材料概念的共同发明者。

研究领域

导师的研究兴趣集中在聚合物与小分子相互作用的基础研究，致力于开发用于分子分离和转化的新型材料和节能工艺。

他的研究领域主要包括以下几个核心方向：

1. 本征微孔聚合物（PIMs）的设计与合成，这类聚合物因其刚性、扭曲的大分子结构而表现出分子筛般的行为；
2. 膜技术，特别是薄膜材料在气体和液体分离中的应用；
3. 能源应用材料，重点关注碳捕获材料的开发以应对全球变暖挑战；
4. 石墨烯等二维材料、纳米多孔材料、有机材料和聚合物等广泛领域。

导师的研究具有强烈的应用导向，旨在通过基础科学研究解决工业过程中的实际问题，特别是在分子分离、催化和传感器等关键技术领域。他所领导的研究团队在材料合成、材料表征、聚合反应、膜制备等方面都具备深厚的技术积累，为开展跨学科研究提供了坚实基础。

研究分析

1. Advanced Insights into the Role of Interfacial Defect Morphology in Mixed Matrix Membrane Gas Transport

发表于Journal of Membrane Science（2025年）

该研究深入探讨了混合基质膜中界面缺陷形态对气体传输性能的影响机制。通过分子动力学模拟和实验验证相结合的方法，揭示了界面缺陷的几何形状、尺寸分布和空间排列如何显著影响CO2分离性能。这项工作为设计高性能混合基质膜提供了重要的理论指导，对推动膜分离技术的工业化应用具有重要意义。研究成果为理解聚合物-填料界面相互作用机制提供了新的视角，有助于优化膜材料的微观结构设计。

2. Amphiphilic zeolitic imidazolate framework for improved CO2 separation in PIM‐1 mixed matrix membranes

发表于Angewandte Chemie International Edition（2025年）

这项研究开发了一种新型两亲性沸石咪唑框架（ZIF）材料，并将其成功引入PIM-1基质中制备混合基质膜。研究发现，两亲性ZIF的独特表面化学性质能够改善与聚合物基质的相容性，显著提高CO2/N2分离选择性。该工作不仅展示了金属有机框架材料在气体分离膜中的巨大潜力，还为设计具有优异界面相容性的混合基质膜提供了新的策略，在碳捕获技术发展中具有重要应用前景。

3. A refinery in a thin film: A thin polymer membrane can separate industrial organic solvent mixtures through reverse osmosis

发表于Science（2025年）

这项突破性研究证明了聚合物薄膜在有机溶剂混合物反渗透分离中的卓越性能。该研究颠覆了传统认为反渗透仅适用于水溶液体系的观念，首次实现了在工业有机溶剂混合物中的高效分离。这一成果被誉为"薄膜中的炼油厂"，为化工过程的绿色化和节能化提供了革命性的解决方案，具有巨大的工业应用价值和环境效益。

4. Durable Proton Exchange Membrane Based on Polymers of Intrinsic Microporosity for Fuel Cells

发表于Advanced Materials（2025年）

该研究开发了基于本征微孔聚合物的耐久性质子交换膜，在燃料电池应用中表现出优异的性能。通过巧妙的分子设计和后处理方法，成功解决了PIMs材料在质子传导应用中的稳定性问题。研究显示，新型膜材料在长期运行条件下保持了优异的质子传导性和化学稳定性，为下一代燃料电池技术的发展奠定了重要基础。这项工作在清洁能源技术领域具有重要的战略意义。

5. Gas separation performance of branched PIM-1 thin-film composite hollow fiber membranes

发表于Separation and Purification Technology（2025年）

该研究通过引入分支结构改性PIM-1聚合物，制备了新型薄膜复合中空纤维膜。研究发现，分支结构的引入不仅改善了聚合物的溶解性和加工性，还显著提高了膜的气体分离性能和机械强度。这项工作为PIM材料的结构优化和膜组件的工程化应用提供了重要技术途径，推动了高性能气体分离膜的产业化进程。

6. Impact of polymer topology on physical aging of thin film composite membranes based on PIM-1, cPIM-1 and associated blends

发表于Macromolecules（2025年）

该研究系统探讨了聚合物拓扑结构对PIM基薄膜复合膜物理老化行为的影响。通过比较线性PIM-1和环状cPIM-1及其共混物的老化特性，揭示了分子链拓扑结构与膜长期稳定性之间的内在联系。研究发现，环状拓扑结构能够有效抑制物理老化过程，为开发长期稳定的气体分离膜提供了重要的分子设计策略。

项目分析

1. Graphene-based membranes项目

该项目是由导师担任首席研究员的大型跨学科研究项目，汇集了曼彻斯特大学多个院系的顶尖专家，包括Carbone教授（分子模拟）、Casiraghi教授（石墨烯材料）、Holmes教授（催化）等。项目的核心目标是开发基于石墨烯和氧化石墨烯的新一代分离膜材料。研究团队在石墨烯膜的制备、结构调控和分离机理方面取得了重要突破，特别是在水处理和气体分离应用中展现出巨大潜力。该项目不仅推动了二维材料在膜分离领域的应用，还为后续的PIM-石墨烯复合膜研究奠定了重要基础。项目成果对推动膜材料从传统聚合物向新型二维材料的技术跃升具有重要意义。

2. Organic Mixed Matrix Membrane Technologies (ORGMENT) for Post-Combustion CO2 Capture项目

该项目专注于开发用于燃烧后CO2捕获的有机混合基质膜技术，是导师在碳捕获领域的重要贡献。项目通过将有机填料（如多孔有机分子、金属有机框架等）与PIM聚合物基质相结合，开发了一系列高性能CO2分离膜。研究重点关注膜材料的CO2/N2选择性、渗透性以及在实际工业条件下的稳定性。该项目的成果对于实现火力发电厂的低碳化改造具有重要战略意义，为应对气候变化挑战提供了切实可行的技术解决方案。

3. PIM商业化项目

作为PIMs材料的共同发明者，导师积极推动该技术的产业化应用。该项目涉及PIMs材料的大规模制备工艺优化、膜组件设计、以及在天然气净化、空气分离等领域的工程化应用。通过与工业界的紧密合作，项目已经在多个应用领域取得了显著进展，部分技术已经进入商业化阶段。这一项目不仅验证了PIMs材料的工业应用价值，还为学术研究成果向产业技术的转化提供了成功范例。

研究想法

1. 智能响应性PIMs材料设计

研究思路：开发具有环境响应性的本征微孔聚合物，通过引入pH敏感、温度敏感或电场响应基团，实现膜分离性能的智能调控。这种"智能膜"可以根据外界条件的变化自动调节孔径大小和表面化学性质，在复杂多变的工业环境中保持最佳分离效果。

开题立意：

• "基于分子开关机制的智能PIMs膜材料设计及其在动态气体分离中的应用研究"
• "pH响应性本征微孔聚合物的合成与可逆性膜分离性能调控机理研究"
• "多重刺激响应PIMs复合膜的构建及其在智能化工过程分离中的应用"

2. 机器学习辅助的膜材料设计

研究思路：结合大数据和人工智能技术，建立膜材料结构-性能关系的预测模型，实现高通量虚拟筛选和理性设计。通过整合分子模拟、实验数据和机器学习算法，加速新型高性能膜材料的开发进程。

开题立意：

• "基于机器学习的PIMs膜材料气体渗透性能预测模型构建与验证"
• "人工智能驱动的混合基质膜界面设计优化策略研究"
• "深度学习辅助的新型本征微孔聚合物高通量发现与性能预测"

3. 生物启发的分层多孔膜结构

研究思路：借鉴生物膜的分层结构特征，设计具有梯度孔径分布的PIMs基复合膜。通过模拟细胞膜、肺泡等生物结构的分离机制，开发兼具高选择性和高通量的仿生膜材料。

开题立意：

• "仿生分层PIMs膜的构建及其在精准分子分离中的机理研究"
• "基于肺泡结构启发的多级孔径PIMs膜设计与CO2捕获性能优化"
• "生物膜通道蛋白功能模拟的PIMs基人工膜材料开发"

4. 极端条件下的稳定膜材料

研究思路：针对高温、高压、强腐蚀等极端工业条件，开发具有超强稳定性的PIMs膜材料。通过引入耐高温基团、交联结构或无机纳米增强相，提高膜材料在苛刻环境下的长期服役性能。

开题立意：

• "超高温稳定PIMs膜材料的分子设计与热解机理研究"
• "强腐蚀环境下PIMs膜化学稳定性增强策略及防护机制研究"
• "极端压力条件下PIMs膜结构演变与性能保持机理研究"

5. 多功能集成膜系统

研究思路：开发集分离、催化、传感等多功能于一体的PIMs基膜材料，实现膜反应器的高度集成化。通过在膜材料中引入催化活性位点或传感元件，构建"分离-反应-检测"一体化的智能膜系统。

开题立意：

• "催化活性PIMs膜反应器的设计及其在绿色化工过程中的应用研究"
• "集成传感功能的PIMs膜实时监测系统开发与性能优化"
• "多功能PIMs膜组件的模块化设计与工程化集成技术研究"

申请建议

1. 学术背景准备

• 核心要求：申请者应具备扎实的化学、材料科学或化工基础，特别是在有机化学、聚合物化学、物理化学等核心课程中表现优秀。建议申请者在本科或硕士阶段选修膜分离技术、材料表征、分子模拟等相关课程，为博士研究奠定理论基础。

技能储备：

• 熟练掌握有机合成技能，特别是聚合反应和后处理技术
• 具备材料表征技能，包括NMR、GPC、BET、气体渗透测试等
• 了解膜制备技术，如溶液浇铸、相转化、界面聚合等方法
• 基础的分子模拟能力，能够使用Materials Studio、LAMMPS等软件

2. 研究经历积累

• 实验室经验：积极参与本科生科研项目或研究实习，最好有聚合物合成、膜材料制备或气体分离相关的实验经历。即使没有直接相关经验，也应展现出对实验科学的浓厚兴趣和良好的实验技能。

项目参与：

• 参与导师实验室的相关项目，了解PIMs材料的合成与表征
• 完成独立的小型研究项目，展现科研潜力和创新思维
• 参与学术会议或发表会议论文，展示学术交流能力

3. 研究计划撰写策略

• 创新性体现：研究计划应在导师现有工作基础上提出创新性想法，但不能过于激进。建议选择导师感兴趣但尚未深入探索的方向，如PIMs材料的新型后处理方法、特殊应用场景下的膜设计等。

可行性论证：

• 详细分析拟采用的实验方法和技术路线
• 充分调研相关文献，论证研究的必要性和可行性
• 预期可能遇到的困难并提出初步解决方案
• 合理规划研究时间表和阶段性目标

4. 联系导师的最佳策略

• 前期调研：深入阅读导师近期发表的论文，特别是最新的3-5篇代表性工作，理解其研究思路和技术特点。关注导师实验室网站的更新，了解当前正在进行的项目和研究重点。

邮件沟通技巧：

• 邮件标题明确，体现申请意图和研究兴趣
• 简洁介绍个人背景和研究经历，突出与导师研究的匹配度
• 提出1-2个具体的研究问题或想法，展现思考深度
• 附上个人简历和成绩单，必要时包括research statement

博士背景

Benzene,化学化工学院博士生，专注于有机合成化学和绿色化学研究。擅长运用计算化学和人工智能辅助设计方法，探索新型催化剂和环境友好型合成路径。在研究光驱动CO2还原制备高附加值化学品方面取得重要突破。曾获国家奖学金和中国化学会优秀青年化学家奖。研究成果发表于《Journal of the American Chemical Society》和《Angewandte Chemie》等顶级期刊。