泡沫浮選技術從20世紀初開始規模化應用，是礦產資源高效利用的重要手段。浮選藥劑是這一技術的關鍵基礎，直接決定了選別指標和浮選工藝的發展。浮選藥劑的分子設計是針對目的礦石的組成和分離要求，通過理論推導和計算模擬（量子化學、分子動力學等）確定出分離該礦石的高效浮選藥劑（捕收劑、抑制劑、活化劑等）的分子結構或組成，并且可以針對不同礦物的表面特征設計具有“靶向識別”的專屬藥劑，同時可兼顧原子經濟性和環境要求制備出清潔、環保的新型藥劑。浮選藥劑分子設計理論包含了：浮選藥劑結構與性能關系（QSAR）、浮選藥劑極性基選擇、浮選藥劑非極性基結構設計、浮選藥劑與礦物表面的匹配對接設計（Docking）。與傳統的經驗找藥方法相比，分子設計方法可以避免大量的合成實驗和浮選篩選實驗，針對目的礦物進行浮選藥劑的靶向設計，從而大大縮短新型浮選藥劑的研發周期，提升新藥劑制備的成功率。基于分子設計理論和高性能模擬計算，本研究團隊在氧化礦捕收劑設計篩選；硫化礦高效抑制劑理論設計與清潔合成，以及浮選藥劑與礦物界面的選擇性作用機制方面取得了系統研究成果。

(1)通過高性能計算模擬,研究了20種季銨鹽捕收劑應用于鋁土礦反浮選的結構-性能關系，并建立了定量構效關系模型（QSAR）,基于此模型為鋁土礦反浮選發現了一種新穎的高性能浮選捕收劑。

(2) 通過分子設計理論和高性能計算，基于和傳統的陽離子捕收劑十二烷基季銨鹽的對比研究，為難處理磁鐵礦的反浮選分離發現了一種高效的新型陽離子捕收劑十四烷基季磷鹽（Tributyltetradecyl-Phosphonium Chloride,TTPC).第一性原理量子化學計算、Zeta電位測量和吸附等溫線分析一致預測TTPC有可能成為一種新的有效捕收劑，其性能應該會優于傳統的陽離子捕收劑十二烷基季銨鹽（Dodecyl Triethyl Ammonium Chloride,DTAC）。(3) 針對鉬金屬的主要賦存礦物輝鉬礦的回收利用難題，依據分子結構設計理論結合量子化學計算，為輝鉬礦和黃銅礦的高效分離設計了三種抑制劑（肼基-二硫代甲酸乙酯酸鈉，AHS； 4-氨基-3-巰基-1,2,4-三嗪-5-酮，ATDT； 4-氨基-3-巰基-1,2,4-三唑，AMT），并提出了其清潔制備方案。另外，基于量子化學計算，紅外光譜、Zeta電位和XPS的檢測分析，提出了AHS、ATDT、AMT與黃銅礦表面作用的螯合配位機理和吸附作用模型。 研究發現AHS、AMT比傳統的巰基乙酸具有更加優越的抑制性能，具有成為Cu-Mo/Pb分離抑制劑的巨大應用前景。