1. 建立了世界上第一个专门针对盐湖的巨化学相平衡模拟预测系统
自1999至2003年，在德国攻读博士学位期间，从事的是相变储能材料的相图计算设计工作，为此，我开发了一个化学反应热力学模型，能一致性地描述从浓的盐水溶液到上1000K温度下的无水熔盐体系的热力学（包括固液相平衡）的性质。那个时候，我的博士论文只进行理论热力学模型开发、计算机模型代码编写、计算和预测，其它课题组做实验验证我的预测结果。理论预测结果的可靠性得到了德国Merck公司和捷克查理大学的研究人员的多方实验认证。在那个时候开发的热力学模型主要通过描述阳离子的水化、阴离子与溶剂水与阳离子的竞争配位，来描述盐水溶液的超额性质。
2008年至2015年，在中国科学院青海盐湖研究所做“百人计划”研究员期间，针对国内绝大部分的盐水体系液固相平衡实验和拟计算均在25摄氏度的现状，提出了构建热力学模型预测复杂盐湖体系在多温度下的相平衡的想法并付诸实践。这个时候我有幸招收了一个非常得力的研究生-李东东，他2015年博士毕业留青海盐湖研究所工作至今。
2017年，在国家自然科学基金联合基金集成项目的支持下，我们课题组开展了“柴达木盆地盐湖巨化学系统全组分、全浓度、多温热力学模型构建及模拟预测系统集成”的研究工作，旨在构建世界上第一个专门针对盐湖巨化学体系的相平衡模拟预测系统，服务于盐湖资源（包括锂、钾）的开发利用。世界盐湖主要分布在中国和南美等国家，发达国家不会为资源所在国开发专门的盐湖相平衡模拟预测系统，南美国家科技实力尚欠缺，这就需要我们依靠自己的力量开发相应的系统。自然科学基金集成项目的支持成了我们完成这一使命的助推剂。
经过18年的建设，我们建成了世界上第一个专门针对盐湖巨化学体系相平衡的模拟预测系统。该系统覆盖上千个盐湖子体系，涉及逾200个固相与卤水在-50~+100摄氏度范围的相平衡。该模拟预测系统的网址为：www.islec.net （软件著作权登记号：2019SR1235322), 只要输入“温度、阴阳离子和溶剂水的总组成”，点击计算，系统就能给出平衡态的结果：1）溶液中各物质的绝对量及浓度，2）各固相是否生成，若有，则绝对量是多少。对绝大部分盐湖体系我们已开放给全国世界用户免费使用。目前，该系统已被国内外同行广泛使用，如，青海大学、新疆大学、青海师范大学、中科院山西煤化所、中科院青海盐湖研究所、德国亚琛工业大学、南京大学、中蓝连海化工设计院、紫金矿业、西藏金泰公司、成都理工大学、荷兰代尔夫特理工大学、德国弗莱贝格矿业大学、伊朗钾盐公司等。
该盐湖巨化学相平衡模拟系统包含上万个模型参数，在构建该系统时，我们解决了如下关键的科学问题：
1）修正了PSC模型，用高阶水项替代三离子相互作用项，强化溶剂水分子对离子相互作用的调节作用，把模型的适用范围推向极高盐浓度（>50M）,满足了盐湖化工的实际要求。
2）在固相的熵、焓、吉布斯自由能估算时，引入热容限定条件，大幅减少了模型参数逾千个，确保模型参数的热力学内一致性和科学性，也为巨化学系统平衡计算的收敛性和可计算性奠定基础。
3）在系统中引进了固溶体与水溶液的相平衡计算，使模型能预测固溶体的形成区域，成功地解释了为何在盐田滩晒过程宝贵的铷、铯资源突然消失的理论本质。
应用该系统能获得如下信息：
1) 对于非饱和体系，可准确给出溶液中各离子、硼酸和水分子的活度和活度系数，以及水的饱和蒸汽压。
2) 对于过饱和体系，可以准确给出平衡时固相组成的类型及其量，液相组成及其量。
3) 预测任一初始盐湖卤水蒸发过程的析盐次序及其量的多少。
4) 预测盐田滩晒过程任一固相开始形成的卤水组成节点。
5) 设计在盐田滩晒过程加速或避免某一固相形成的倒卤方法。
6) 预测某一固相(如万象平原的光卤石矿)形成当年的气候特征。
7) 通过火星表面局部元素比例特征预测还原当年的形成条件。
8) 预测锂云母和锂辉石提锂过程，锂元素损失的关键节点。
…………
2. 电解质水溶液结构研究
在德国攻读博士学位期间，其中一部分工作是建立化学反应的热力学模型，描述高浓度盐水溶液到无水熔盐的热力学性质。用化学反应描述阳离子的溶剂化和溶剂分子与阴离子的竞争配位关系。由此开启了对电解质水溶液结构理解的认识研究。[1]
化学反应热力学模型的典型成果是模型精准地预测了具有强缔合和强水化作用体系（LiCl(MgCl2,CaCl2)+CuCl2+H2O）的物种结构、组分活度和溶解度性质。开发模型的学生和做实验的学生从未见面交流，但得到的结果完全一致。[2]
在过去的识知里，只知道某一缔合离子（如CuCl+,CuCl2,CuCl3-,CuCl42-）的宏观性质（如紫外光谱），但并不知道这些物种在水溶液中的具体结构，如是否有溶剂水参与配位？阴阳离子是直接接触离子对还是溶剂共享离子对，国家自科基金的资助下，我们开展了复杂氯化物体系物种的密度泛函计算和分子动力学模拟研究，首次获得了水溶液氯化铜(镍)物种精细结构与其紫外谱的一一对应的简并关系。[3-6]
氯化铜水溶液的强紫外吸收效应，使得长期以来人们只能获得其在极稀（10-4M）溶液的紫外谱线信息，为此，我们在商业紫外光谱仪的基础上，开发了薄膜紫外技术，把氯化铜水溶液的紫外检测最高浓度极限扩大了10000倍，让正常浓度范围（1-4M）的氯化铜水溶液的物种结构大白于天下。[7]
在研究离子逐级缔合常数时，人们测得的二级缔合常数居然比一级缔合常数要大，严重违背基本原理。这让我们意识到，是不是制备技术路径不同导致溶液结构弛豫，从而导致上述反常现象？诚如此，则所有已测定的缔合常数均需依据溶液制备路径重新审视。为了验证这一推测，我们用不同的方法制备了氟化物溶液，测定他们的结构，果然发现哪怕是浓度完全相同的溶液，制备路径不同，结构完全不同，由此测定的缔合常数也就不同。[8] 基于此，很多经典的缔合常数数据可能都要重新进行审慎的测定。
[1] D. Zeng, Thermodynamische Modellierung von Salz-Wasser-Systemen von der Lösung bis zur Salzschmelze, Shaker Verlag, 2003.
[2] Q. Zhou, D. Zeng*, W. Voigt, Thermodynamic modeling of salt-water systems up to saturation concentrations based on solute speciation: CuCl2–MCln–H2O at 298 K (M = Li, Mg, Ca), Fluid Phase Equilibria, 2012, 322-323: 30-40.
[3] F. Xia, H. Yi*, D. Zeng*, Hydrates of copper dichloride in aqueous solution: A density functional theory and polarized continuum model investigation, polarized continuum model investigation, J. Phys. Chem. A, 2009, 113: 14029-14038.
[4] F. Xia, H. Yi*, D. Zeng*, Hydrates of Cu2+ and CuCl+ in dilute aqueous solution: a density functional theory and polarized continuum model investigation, J. Phys. Chem. A, 2010, 114: 8406-8416.
[5] H. Yi*, F. Xia, Q. Zhou, D. Zeng*, [CuCl3]- and [CuCl4]2- Hydration in concentrated aqueous solution: a density functional theory and ab inition study, J. Phys. Chem., 2011, 115: 4416-4426.
[6] F.F. Xia, D. Zeng*, H.B. Yi*, Ch.H. Fang, Direct contact versus solvent-shared ion pairs in saturated NiCl2 aqueous solution: A DFT, CPMD, and EXAFS Investigation, J. Phys. Chem. A., 2013, 117: 8468-8476.
[7] N. Zhang, D. Zeng,* G. Hefter, Q. Chen, Chemical speciation in concentrated aqueous solutions of CuCl2 using thin-film UV–visible spectroscopy combined with DFT calculations, J. Molecular Liquids, 2014, 198: 200-203.
[8] J.F. Tang, Q.Q. Luo, D. Zeng, N. Zhang, Thermodynamic and Kinetic Studies on the Conversion of Solvent-Shared to Contact Ion Pairs in Sparingly Soluble MF2 (M = Mg2+ and Ca2+) Aqueous Solutions: Implications for Understanding Supersaturated Behavior and Association Constant Determination, J. Phys. Chem. B, 2022, 126: 1566-1578.
3. 新型锂萃取剂分子设计
1) 2019年，在回收磷酸铁锂时，看到国内某公司含锂0.5克/升的硫酸钠废水直排大海，而溶解度的方法对回收锂无能为力，我们就意识到研究了几十年的溶解度方法的局限性，而溶剂萃取法在分离钠锂时具有独特的优势，于是，我们就开启了溶剂萃取分离锂钠的研究征程。
2) 萃取法从碱性盐湖（或沉碳酸锂母液）分离锂钠要解决的关键问题是降低萃取碱耗和降低萃取剂在水中的溶损。
3) 2022年8月1日，我们发现具有酚酮官能团的先导化合物具有高效的锂钠分离能力（CN202210918111.5）。该先导化合物具有调低萃取碱耗和溶损的无穷潜力。
4) 2023年8月21日，我们为新发明的锂萃取剂注册了两个CAS号：2959450-41-8和2959450-42-9。
5) 2024年7月5日，我们在国家生态环境部进行了新物质（萃取剂）生产的备案登记。
6) 2024年8月5日，应国内某上市公司要求，我们生产出20吨新型锂萃取剂。
7) 2024年12月10日，新型锂萃取剂的第1篇论文面世。[1]
8) 2025年3月1日，新型锂萃取剂在广东光华科技股份有限公司正式投产使用。
9) 2023年3月25日, 新型锂萃取剂工业应用产线全面达标。
[1] Guimei Zhou， Wenjun Yan, Shufan Yan, Dandan Gao, Debin Zeng, Dongdong Li, Dewen Zeng, Lithium solvent extraction from weak alkaline brine by2-hydroxy-5-nitro-4-alkoxy-benzophenone and TRPO, AIChE J., 2024, e18703.