根据芳环上酰胺和氢键受体位置的不同，氢键介质的芳酰胺和酰肼折叠体可以产生折叠、螺旋、“ 之” 字型、直线型及其它扩展型的构象。由于氢键具有较高的稳定性及芳酰胺固有的平面性特征，这一系列的芳酰胺寡聚体拥有较高的可预测的构象。芳酰胺骨架本身可以通过简单的酰胺键偶合反应构筑，而不同的官能团也可以选择性地引入到特定的骨架内部或其侧链内。因此，在过去几年内，我们重点研究了它们在构筑新的分子镊，形成凝胶、囊泡和液晶等有序功能超分子体系及促进大环分子体系合成方面的应用。近期我们又发现，氢键驱动的折叠片段能够并入到聚合物中，通过分子内氢键的断裂和恢复可逆调控聚合物的力学性质。本文主要介绍我们实验室在氢键驱动的芳酰胺折叠体结构– 性质关系研究方面取得的进展。

杨石先先生一生献身于我国的教育事业与化学学科的发展,在62年中为我国培养了无数高质量的科教人才。他除了长期担任南开大学校长之外, 还创建了我国大学第一个专职研究所,即元素有机化学研究所。他率先开展了我国元素有机化学与农药化学的科学研究,领导了元素有机化学国家重点实验室的建立,是我国元素有机化学和农药化学的奠基人和开拓者。他倡导用有机化学的专业知识,科学和系统地开展农药化学研究,组建队伍获得20项科研成果,发表上百篇科学与论述性论文,为我国开展自主创新农药研究事业作出重要贡献。在农药化学学科的学术思想中,他强调要弄清该学科的交叉性、系统性和内在规律性,倡导要学习国际先进经验,要结合国情自主创新,要为国家经济服务,要对世界农药科技做出贡献。他毕生对人才培养给予了特别的重视,为我国科技事业持续发展作出了重大贡献。

多金属氧簇由于其组成和结构易于调控、具有酸性、氧化还原性、低毒性和低腐蚀性等优点,作为工业催化剂具有广阔的应用前景,是多酸化学领域的研究热点之一。本文综述了近5年来多金属氧簇在催化领域中研究的新进展,主要包括多金属氧簇的酸催化、氧化催化、双功能催化、加氢和活化二氧化碳合成碳酸酯等催化反应以及多金属氧簇的工业化应用等,并对未来发展趋势进行了展望。

通过化学物理相互作用将不同组分进行复合可以形成各种各样的复合体系。如果体系中的组分均为无机物或以无机物为主则相应的复合体系称为无机复合体系。通过对组成、结构及形貌等进行设计与调控,可以赋予无机复合体系独特的性质和功能。常见的无机复合体系主要包括主-客体复合物、配位聚合物以及各种纳米复合体系等。这些无机复合体系的功能化对新材料及新能源的开发和利用具有重要意义。本文综述了各种新型无机复合体系的最新研究进展,总结了本课题组在无机复合体系及其功能化的设计与开发方面取得的最新结果,并对功能化的无机复合体系作为新型材料的应用进行了展望。

富勒烯是一类由12个五元环和若干六元环组成的笼状分子, 自20世纪80年代中期被发现以来就以其独特的结构和新奇的性质而成为科学界研究的热点, 25年来, 无论在基础研究还是在实际应用领域都有了长足的进步, 人们在发展富勒烯合成新方法和寻找富勒烯新结构方面做了大量的工作。本文对富勒烯的各种宏量合成方法进行了回顾, 并概述了迄今已发表的60余种富勒烯新结构,包括各种富勒烯空笼、内嵌富勒烯、富勒烯笼外修饰衍生物及氮杂富勒烯等结构。

近年来,颗粒乳化剂因其在食品、采油、化妆品、医药、催化以及功能纳米材料制备等领域具有潜在应用前景而备受关注。本文综述了近来颗粒乳化剂的研究进展,归纳了颗粒乳化剂的种类,包括:无机纳米粒子、表面改性或杂化的无机粒子、有机纳米粒子以及特殊的颗粒乳化剂Janus粒子;并对颗粒乳化剂能够在油水界面稳定吸附的热力学机理和动力学行为进行了阐述,颗粒乳化剂在油水界面接触角以及粒径大小是其在界面稳定吸附的关键参数,而颗粒在油水界面的排布方式则主要受粒子之间相互作用的影响。重点介绍了颗粒乳化剂的热点应用,包括:(1)利用颗粒乳化剂制备Pickering乳液,以及通过对颗粒乳化剂的功能化,使得Pickering乳液具备环境响应性(即pH、盐浓度、温度、紫外光、磁场敏感响应性);(2)以颗粒乳化剂为构筑基元、以Pickering乳液为模板制备Janus颗粒、Colloidosome、具有多级结构的粒子或膜,以及多孔结构材料;(3) Janus粒子在催化领域的应用。

生物表面活性剂胆汁盐类以其在生物体内重要的生理功能及不同于传统表面活性剂独特的结构特点在众多领域引起了广泛的关注。本文对国内外关于胆汁盐类表面活性剂的胶束结构、表面吸附行为及胆汁盐在水溶液中的聚集体行为的研究成果进行了综述。同时,对胆汁盐与传统表面活性剂、双尾表面活性剂及天然脂类表面活性剂的相互作用以及聚集体的形成、胆汁盐诱导聚集体结构转变等方面的研究成果也进行了综述。

本文综述了甲烷无氧芳构化反应及Mo基分子筛催化剂的研究进展。在众多的催化剂中以Mo基分子筛催化性能最佳。概括了催化剂中关于MoO_<em>x前躯体结构和其在分子筛中落位,Mo₂C物种和诱导期等;讨论了反应中涉及的中间产物、双功能机理以及催化剂失活等问题;归纳了催化剂制备过程中制备方法、焙烧温度与时间、Mo载量和分子筛硅铝比以及催化剂预处理对反应活性的影响;综述了提高催化剂催化性能和反应性能的各种方法,并对其分析,同时介绍了两种催化剂再生方法。最后,依据本实验室研究进展,对甲烷芳构化从工艺角度进行一些可行性讨论,并提出相关问题和展望。

研究生物矿化过程及生物矿物的形成机制具有重要的科学意义,这方面的研究不仅有助于我们认识自然,而且还可以指导体外仿生合成具有分级结构的功能性复合材料。原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是微米、纳米尺度上实时观测矿物成核或生长的强有力工具。本文综述了原子力显微镜法研究方解石(104)面生长及溶解的最新进展,重点论述了有机添加剂对(104)面生长和溶解的影响,讨论了添加剂分子与方解石晶面间的作用方式和机制,为理解生物矿物的形成机理提供了新的启示。已有的研究表明,有机添加剂可通过与方解石(104)面的位点专一性作用改变晶体微粒从溶液相进入晶体相的能垒、台阶边缘自由能及(104)表面活性位的数目,从而改变台阶的生长动力学,以致影响晶体的整体形貌。最后,本文对今后方解石生物矿化的研究重点进行了展望。

小分子有机凝胶(low molecule organogel,LMOG)是近年来逐渐发展起来的一类新型自组装材料,随着研究的深入,LMOG的功能化特别是对环境有智能响应的凝胶体系引起人们极大的研究兴趣。本文综述了4类智能响应的凝胶体系的研究进展,即: 光响应小分子凝胶体系,主要是凝胶因子内含有偶氮苯、二芳乙烯等光致变色基团;电化学响应小分子凝胶体系,主要是凝胶因子内含有四硫富瓦烯等电化学响应基团;离子(分子)响应的小分子凝胶体系,通过凝胶和客体离子(分子)间通过电荷转移或结构形变等形式实现响应;超声波响应小分子凝胶体系,在超声波外力的存在下,使分子结构以有利于形成分子间氢键的形式存在,从而形成稳定凝胶。

有机电致发光器件(OLED)是在电场作用下,以有机材料为活性发光层的器件。由于OLED具有亮度高、响应快、视角宽、工艺简单、可柔性等优点,在现代科学研究及技术应用中备受关注。其商业化应用,诸如平板显示(FPD)和固体照明(SSL)等,正在不断向前推进。本文综述了小分子OLED的各种器件结构和功能材料研究进展以及该领域存在的问题和挑战。在器件结构方面,着重介绍了每种器件的结构及相关工作原理、并对其性能进行讨论。包括:掺杂或主体发光器件;单层、双层、三层及多层器件;白光器件。继而介绍了OLED功能材料的一般研究方法,OLED中典型功能材料的结构和特点,以及器件性能。这些功能材料包括:空穴传输、电子传输、红光、绿光、蓝光、掺杂磷光的主体、界面修饰等材料。文章最后提出了小分子有机电致发光器件在技术方面存在的主要问题和挑战,并对其未来发展方向做了简单讨论。

稀土近红外荧光材料具有特征发射峰尖锐、光稳定性好和毒性低等特点。近年来,稀土近红外荧光材料在光纤通讯、激光系统、生物分析传感器及生物成像等方面的应用价值日渐突显,引起了研究者们的极大关注。特别是稀土近红外荧光材料已发展成一种新兴的荧光标记材料,并有希望替代有机染料和量子点应用于生物分析和医学成像。基于稀土近红外发光的荧光探针具有低自荧光背景、宽斯托克斯位移、强抑制光漂白、深层穿透组织和短暂分辨的优势,有潜力成为高灵敏度、高选择性的检测手段。利用稀土离子制备的各种荧光材料,如上转换纳米晶、介孔材料、脂基胶体、离子液体、离子胶体、金属有机框架等,由于荧光敏化机理不同,其近红外荧光性能也各有千秋。然而,稀土近红外荧光的真正挑战仍是提高近红外发光的量子效率。本文结合近红外荧光领域的最新进展,综述了不同的稀土近红外荧光设计思路,介绍了各种近红外稀土荧光功能材料,阐述了稀土离子在近红外荧光功能材料中的优势,并展望了稀土近红外荧光材料的发展前景。

本文总结了常用亲核试剂对非对称环氧乙烷的亲核开环反应及其区域选择性。强亲核性的亲核试剂通常只受空间效应影响,进攻非对称环氧乙烷位阻小的碳原子,对于烯基取代环氧乙烷还可以进攻烯基的β-碳原子发生S_N2'开环反应,其他亲核试剂同时受空间效应和电子效应的影响,对于烷基环氧乙烷通常进攻其取代少的碳原子, 空间效应起主导作用,而对芳基和烯基取代环氧乙烷开环反应通常发生在环氧乙烷芳甲位和烯丙位的碳原子上, 电子效应起主导作用。在质子酸或强Lewis酸存在下,虽然单烷基环氧乙烷的开环仍然发生在其取代少的碳原子上,但对于芳基、烯基和同碳双取代环氧乙烷,亲核开环反应将主要受电子效应控制,一般亲核试剂倾向于进攻环氧乙烷的芳甲位、烯丙位或多取代的碳原子。分子内的亲核开环反应主要受成环时环大小的控制, 成环时的倾向是五元环> 六元环> 七元环。环氧乙烷亲核开环的区域选择性是环氧乙烷和亲核试剂空间效应和电子效应平衡的结果。

具有独特立体结构的三萜化合物是一类重要的生物活性天然产物,在消炎、降血脂、保肝护肾、抗菌、抗肿瘤、抗真菌等方面有着重要药用价值。利用其独特手性结构、亲脂性、生物活性以及生物相容性等特性,设计合成新型功能分子,可作为药物载体,发挥其识别功能以及用于医用材料等方面具有重要的作用。本文介绍了近年来以三萜为骨架设计合成的新型功能分子在离子、分子识别和自组装性能方面研究现状及其潜在的应用前景。

二茂铁分子由于含有独特的芳香结构和过渡金属元素铁,具有特殊的光、电、磁特性,一直以来是科学研究和技术应用的热点之一,在功能高分子材料的制备方面具有广泛的应用前景。聚二茂铁硅烷嵌段共聚物是一类新型的主链含有二茂铁和有机硅单元的聚合物,以其可控的分子量和丰富的自组装形貌,不断得到科研人员的关注。本文主要从聚合、自组装和应用三个方面系统介绍了聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物。其中重点介绍了应用广泛的活性阴离子聚合和进一步发展起来的阴离子两步法聚合,解释了活性聚合机理,归纳了目前成功合成的不同种类的二嵌段共聚物;论述了在选择性溶剂中,聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物可以自组装形成柱状、管状、球状等常规胶束和片层、刷形等复杂胶束,胶束的形成同聚合一样具有活性特征,并且在一定的刺激条件下,不同类型的胶束可完成相互转变过程,另外可以对胶束局部进行功能化以赋予其特殊的性能;最后介绍了聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物在药物缓释、纳米材料、特种催化方面的具体实例,并对其应用前景加以展望。

生物大分子材料由于其可再生性、无毒性以及良好的生物相容性、生物可降解性和黏膜粘附性等特点成为药物载体研究的热点,尤其是将其作为纳米药物载体材料更加受人关注。本文首先对生物大分子纳米颗粒常用的制备方法——乳化法、自组装法和离子凝聚法进行了详细的介绍。由于乳化法在一定程度上破坏了生物大分子的生物相容性,因此自组装法和离子凝聚法是比较理想的制备方法。其中自组装法是利用两亲性的生物大分子,如蛋白质、多糖衍生物等在静电作用、疏水作用、范德华力等非键合作用力下组装成纳米结构;而离子凝聚法则是利用聚电解质与带相反电荷物质之间的静电作用形成纳米结构。接着本文对通过这些方法获得的生物大分子纳米颗粒作为蛋白类药物、抗癌药物以及基因药物的载体在近年来的研究进展进行了归纳和总结,结果显示其在药物缓释体系中具有广阔的应用前景。

长循环纳米粒子的亲水壳层虽能有效延长纳米粒子在体内的循环时间,但到达靶向部位后壳层会大大制约其与细胞膜的作用,并延缓药物的释放。壳层可脱落纳米粒子可很好地解决长循环纳米粒子壳层这一问题,提高药物的生物利用度,其设计与制备具有很大的研究意义。本文介绍了不同类型的壳层可脱落纳米粒子,包括pH敏感型、氧化还原敏感型、酶解型等,着重阐述了壳层可脱落纳米粒子的设计机理和应用优势,并综述了国内外生物医用类壳层可脱落纳米粒子的研究进展与发展方向。

微阵列芯片具有高通量、微量化和自动化等特点,已经在很多领域得到广泛应用。但是微阵列芯片仍然具有不足之处,如所需设备昂贵、分析时间较长、灵敏度不高、多样品平行分析能力不足等。微流控芯片微米级的通道具有相对较大的比表面积和较短的扩散距离,能够显著加快分析速度、提高检测效率、增强分析性能,并且能够加工大量的平行通道用于多样品分析。目前已经有大量文献报道将微流控芯片和微阵列芯片相结合,发展了独特的杂交方式并在实验和理论上分别证明了两者相结合的优势,本文综述了将微流控芯片技术应用于微阵列分析的研究进展,着重介绍了在微流控芯片上进行微阵列分析时的杂交方式、促进杂交的措施以及杂交过程的数学建模,同时也介绍了其他分析步骤方面的进展。最后分析了目前微流控芯片技术在进行微阵列杂交应用方面的不足及其原因,并指出这两项技术相结合的优势和未来。

羟基磷灰石(HA)是人体和动物骨骼的主要无机矿物成分。近年来,因HA具有特殊的表面特性和理化性能,良好的生物相容性、生物活性和骨传导作用,制备各种形态的HA材料成为从事生物、医学和材料的科研人员的研究重点。本文首先介绍了HA微球的制备方法,重点讨论了以聚合物为软模板以及用各种球形材料作为硬模板合成HA微球的制备方法,列出了不同方法制备HA微球的直径、孔径、比表面等各种性能参数。由于HA微球具有比表面积大、流动性好、质量轻、强度大,注射性能好,团聚能力低等HA块材不具有的特点,其在载体、骨修复材料、环境保护和色谱分离上有广泛的应用。针对HA微球在应用过程中遇到的问题,可采用表面改性或包覆、掺杂和将HA分散在其他基体中等措施对HA微球进行功能化修饰。HA 微球在控释载体、蛋白质分离以及细胞支架等方面具有极大的应用前景。

富营养化导致的蓝藻水华频发,引发各种衍生物污染,严重时造成重大生态灾害事件,甚至危及人类健康。其中微囊藻毒素以其毒性大、分布广和结构稳定的特点,成为水环境中常见的潜在危害物质,它主要由微囊藻产生,是一类具有多种异构体的环状七肽物质。本文根据微囊藻毒素污染现状及其水生生态毒理学研究的最新研究进展,介绍了微囊藻毒素的理化性质及其产生、迁移和转化,在我国天然水体、水库源水和饮用水中的污染现状以及部分水产品中的微囊藻毒素累积情况,较全面地评述了微囊藻毒素的分子致毒机理以及对水生生态系统的重要组成成分——常见水生植物和鱼类的生态毒理学效应,并提出了该领域未来研究的主要方向。

近些年来,环境中的溴代有机污染物逐渐成为人们关注的热点。最近的研究发现,海洋环境中的一些溴代有机物并非来自于人为污染,而是来自于天然合成。海洋环境中存在的这些天然溴代有机物引起了人们极大的兴趣。这些天然溴代有机物在海洋生物、底泥、海水以及大气中广泛存在,并可在海洋哺乳动物体内富集。毒理学研究表明,一些天然溴代有机物具有一定的生物活性与毒性。因此,深入研究天然溴代有机物的环境分布与环境影响具有重要的意义。本文介绍了代表性天然溴代有机物的环境分布、毒性及其可能的来源,并对其未来研究方向和趋势作了展望。