導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇超分子化學論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

“這所學校的化學研究在美國排名非常靠前。到那里后，我?guī)煆膭傋鲋斫淌诘腒rsiche教授從事有機化學的兩個熱門方向，即超分子化學和有機方法學研究。”在Krsiche教授的嚴格培養(yǎng)下，龔和貴在化學相關基礎和前沿知識的認知上發(fā)生了質的變化，完全具備獨立開展高水平研究的能力。2005年7月起，他開始在美國北卡羅萊納州立大學開展博士后研究。

未來慢慢鋪開，他卻迎來了人生中的變數(shù)。

2008年5月，上海大學吳松副校長帶隊赴美國招聘，熱情邀請龔和貴回國。回來，還是留下？最終，文化上的排他性、經(jīng)濟危機爆發(fā)出的種種問題、想要盡快獨立開展自己工作的心情等等，都讓他想要回來。那年12月，他正式到上海大學任職，2010年，他又當選上海高校特聘教授“東方學者”，在國內(nèi)的事業(yè)逐漸風生水起。

篇2

注重對量子化學發(fā)展史和研究結構

化學的科學方法的介紹任何一門學科都有其發(fā)生和發(fā)展的過程，學習知識時若不從歷史中尋找借鑒，就易把知識當成是“終極真理”而死記硬背，不求甚解。因此，在傳授知識的同時，應該介紹量子化學發(fā)展史，學習科學家勇于探索的精神，由師生共同創(chuàng)造一種嶄新的價值理念。例如普朗克(M．Planck)的“離經(jīng)叛道”的假設;德布羅意(deBroglie)波的提出是類比法的成功典范，戴維遜(C．Davisson)-革末(L．H．Germer)的因禍得福;狄拉克(Dirac)、薛定諤(E．Schrdinger)的異曲同工———薛定諤用數(shù)學形式開辟出量子力學的新體系;另外，還有一個德國物理學家海森堡提出一個矩陣力學體系，薛定諤用的是微積分形式，海森堡用的是代數(shù)形式;湯姆遜(Thomson)父子的珠聯(lián)壁合———父親發(fā)現(xiàn)了電子，兒子又證實了電子是波，父子二人在物理學方面進行接力研究，在科學史上傳為美談。還有徐光憲的巧妙規(guī)則，唐敖慶的獨辟蹊徑等［2］。科學的先驅是勇敢的探索者，他們常常在黑暗中摸索前進，他們的精神值得我們敬佩。學生聽到和看到這些史實，無不浮想聯(lián)翩，對優(yōu)化思維結構，激發(fā)科學壯志都有潛移默化的作用。在傳授理論知識的同時，指導學生學會抽象思維和用數(shù)學工具處理問題，并運用類比、模擬的科學方法［3］，寓科學方法于教學內(nèi)容中。類比方法是提出和建立科學假說的重要方法。例如德布羅意假設是在光的波粒二象性思想啟發(fā)下，提出電子等實物微粒也具有波動性，他當時推導固然復雜些，從科學方法論的角度講，由光的波粒二象性到實物微粒的波粒二象性是一種類比推理。類比是利用兩個或兩類對象之間在某些方面的相似或相同，推出它們在其他方面也可能相似或相同的思維方法，是一種由特殊到特殊、由此及彼的過程。類比可以提供重要線索，啟迪思想，是發(fā)展科學知識的一種有效的試探方法。還有薛定諤受物質波假說的啟發(fā)，引出了電子運動的波函數(shù)方程，他走的也是依賴類比的“近路”。許多化學問題的解決有賴于類比方法的使用，而類比方法的使用有可能形成簡捷的思維路徑。使學生在學習科學知識的同時，得到方法論的啟迪。在教學中應引導學生追蹤量子化學發(fā)展的足跡，不失時機地揭示其中的科學方法，更清楚地了解各種知識理論的相對合理性及有待完善的地方。這樣使學生在學習過程中不僅可以獲得化學知識，而且能學習科學家嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神和大膽創(chuàng)新的進取精神。

通過改進課程教學方法培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

篇3

一門科學的內(nèi)涵和定義至少有四個屬性：

整體和局部性科學是一個復雜的知識體系，好比一塊蛋糕。為了便于研究，要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學、技術科學和社會科學三大塊。在自然科學中，又有許多切法。一種傳統(tǒng)的切法是分為物理學、化學、生物學、天文學、地理學等一級學科。近年來又有切成物質科學、生命科學、地球科學、信息科學、材料科學、能源科學、生態(tài)環(huán)境科學、納米科學、認知科學、系統(tǒng)科學等的分類方法。化學是從科學整體中分割開來的一個局部，它和整體必然有千絲萬縷的聯(lián)系。這是它的第一個屬性。

學科之間的關聯(lián)和交叉如果把科學整體看成一條大河，那么按照各門科學研究的對象由簡單到復雜，可以分為上游、中游和下游。數(shù)學、物理學是上游科學，化學是中游科學，生命科學、社會科學等是下游科學。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很大。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科學之花，可以接下游科學之木”。具有上游科學的深厚基礎的科學家，如果把上游科學的花，移植到下游科學，往往能取得突破性的成就。例如1994年諾貝爾經(jīng)濟獎授予納什，他在1950年得數(shù)學博士學位，1951-1958年任美國麻省理工學院數(shù)學講師、副教授，后轉而研究經(jīng)濟學，把數(shù)學中概率論之花，移到經(jīng)濟學中來，提出預測經(jīng)濟發(fā)展趨勢的博弈論，因而獲得諾貝爾經(jīng)濟獎。

發(fā)展性化學的內(nèi)涵隨時代前進而改變。在19世紀，恩格斯認為化學是原子的科學(參見《自然辯證法》)，因為化學是研究化學變化，即改變原子的組合和排布，而原子本身不變的科學。到了20世紀，人們認為化學是研究分子的科學，因為在這100年中，在《美國化學文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數(shù)目已從1900年的55萬種，增加到1999年12月31日的2340萬種。沒有別的科學能像化學那樣制造出如此眾多的新分子、新物質。現(xiàn)在世紀之交，我們大家深深感受到化學的研究對象和研究內(nèi)容大大擴充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世紀的化學是研究泛分子的科學。

定義的多維性一門科學的定義，按照從簡單到詳細的程度可以分為：(1)一維定義或X-定義，X是指研究對象。(2)二維定義或XY-定義。Y是指研究的內(nèi)容。(3)三維定義或XYZ-定義。Z是指研究方法。(4)四維定義或WXYZ定義，W是指研究的目的。(5)多維定義或全息定義。一門科學的全息定義還要說明它的發(fā)展趨勢、與其他科學的交叉、世紀難題和突破口等等。這樣才能對這門科學有全面的了解。下面以化學為例加以說明。

化學的一維定義

21世紀的化學是研究泛分子的科學。泛分子的名詞是仿照泛太平洋會議等提出的。泛分子是泛指21世紀化學的研究對象。它可以分為以下十個層次：(1)原子層次，(2)分子片層次，(3)結構單元層次，(4)分子層次，(5)超分子層次，(6)高分子層次，(7)生物分子和活分子層次，(8)納米分子和納米聚集體層次，(9)原子和分子的宏觀聚集體層次，(10)復雜分子體系及其組裝體的層次。

化學的二維定義化學是研究X對象的Y內(nèi)容的科學。具體地說，就是：化學是研究原子、分子片、結構單元、分子、高分子、原子分子團簇、原子分子的激發(fā)態(tài)、過渡態(tài)、吸附態(tài)、超分子、生物大分子、分子和原子的各種不同維數(shù)、不同尺度和不同復雜程度的聚集態(tài)和組裝態(tài)，直到分子材料、分子器件和分子機器的合成和反應，制備、剪裁和組裝，分離和分析，結構和構象，粒度和形貌，物理和化學性能，生理和生物活性及其輸運和調控的作用機制，以及上述各方面的規(guī)律，相互關系和應用的自然科學。

化學的三維定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容的科學。化學的研究方法和它的研究對象及研究內(nèi)容一樣，也是隨時代的前進而發(fā)展的。在19世紀，化學主要是實驗的科學，它的研究方法主要是實驗方法。到了20世紀下半葉，隨著量子化學在化學中的應用，化學不再是純粹的實驗科學了，它的研究方法有實驗和理論。現(xiàn)在21世紀又將增加第三種方法，即模型和計算機虛擬的方法。化學的四維定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容以達到W目的的科學。化學的目的和其他科學技術一樣是認識世界和改造世界，但現(xiàn)在應該增加一個“保護世界”。化學和化學工業(yè)在保護世界而不是破壞地球這一偉大任務中要發(fā)揮特別重要的作用。造成污染的傳統(tǒng)化學向綠色化學的轉變是必然的趨勢。21世紀的化工企業(yè)的信條是五個“為了”和五個“關心”：為了社會而關心環(huán)保;為了職工而關心安全、健康和福利;為了顧客而關心質量、聲譽和商標;為了發(fā)展而關心創(chuàng)新;為了股東而關心效益。

化學的多維定義———21世紀化學研究的五大趨勢

1、更加重視國家目標，更加重視不同學科之間的交叉和融合在世紀之交，中國和世界各國政府都更加重視國家目標，在加強基礎研究的同時，要求化學更多地來改造世界，更多地滲透到與下述十個科學郡的交叉和融合：1數(shù)理科學，2生命科學，3材料科學，4能源科學，5地球和生態(tài)環(huán)境科學，6信息科學，7納米科學技術，8工程技術科學，9系統(tǒng)科學，10哲學和社會科學。這是化學發(fā)展成為研究泛分子的大化學的根本原因。所以培養(yǎng)21世紀的化學家要有寬廣的知識面，多學科的基礎。

2、理論和實驗更加密切結合

1998年，諾貝爾化學獎授予W.Kohn和J.A.Plple。頒獎公告說：“量子化學已經(jīng)發(fā)展成為廣大化學家所使用的工具，將化學帶入一個新時代，在這個新時代里實驗和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質。化學不再是純粹的實驗科學了。”所以在21世紀，理論和計算方法的應用將大大加強，理論和實驗更加密切結合。

3、在研究方法和手段上，更加重視尺度效應

20世紀的化學已重視宏觀和微觀的結合，21世紀將更加重視介乎兩者之間的納米尺度，并注意到從小的原子、分子組裝成大的納米分子，以至微型分子機器。

4、合成化學的新方法層出不窮合成化學始終是化學的根本任務，21世紀的合成化學將從化合物的經(jīng)典合成方法擴展到包含組裝等在內(nèi)的廣義合成，目的在于得到能實際應用的分子器件和組裝體。合成方法的十化：芯片化，組合化，模板化，定向化，設計化，基因工程化，自組裝化，手性化，原子經(jīng)濟化，綠色化。化學實驗室的微型化和超微型化：節(jié)能、節(jié)材料、節(jié)時間、減少污染。從單個化合物的合成、分離、分析及性能測試的手工操作方法，發(fā)展到成千上萬個化合物的同時合成，在未分離的條件下，進行性能測試，從而篩選出我們需要的化合物(例如藥物)的組合化學方法。

5、分析化學已發(fā)展成為分析科學分析化學已吸收了大量物理方法、生物學方法、電子學和信息科學的方法，發(fā)展成為分析科學，應用范圍也大大拓寬了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在線化、實時化、原位化、在體化、智能化信息化、高靈敏化、高選擇性化、單原子化和單分子化。單分子光譜、單分子檢測，搬運和調控的技術受到重視。分離和分析方法的連用，合成和分離方法的連用，合成、分離和分析方法的三連用。

篇4

1.1我國有機化學所取得的良好成果

首先，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國有機化學領域的人才不斷增多，國際有機化學領域已經(jīng)留有我國有機化學研究者聲譽，部分學者已經(jīng)成為國際著名雜志的編委和副主編，如楊丹教授已經(jīng)成為有機化學快報副主編，極大的增強了我國有機化學研究者的工作信心[1]。其次，我國很多高校和科研部門已擁有世界先進實驗設備，工作條件也與世界發(fā)達國家相差無幾。再者，有機合成化學與金屬有機化學已經(jīng)走在世界有機化學研究前列，不對稱合成研究也取得了喜人成績，在國際中，我國學者充分展露頭角。最后，我國以北京大學為首的諸多高校開始重視有機化學的研究，并在化學期刊上發(fā)表了大量具有代表性的論文，其質量也在逐年上升。如北京大學僅在2010年就發(fā)表了55篇與有機化學相關的論文。

1.2其中存在的問題

在取得成績的同時，也存在一定問題，這也是相關研究者需要重視的方面。首先，帶有鮮明新穎的系統(tǒng)研究偏少，很多研究涉面較窄，通常以跟蹤熱點為主，通俗的說就是跟風現(xiàn)象嚴重，研究缺乏創(chuàng)新性，論文內(nèi)容萬變不離其中。以有機合成化學研究為例，很多論文研究的都是合成方法，并不重視是否真的具有實用性。其次，很少有針對國家建設與社會發(fā)展的研究，對于有機化學長遠發(fā)展的研究更是寥寥無幾。再者，有機化學的研究隊伍還不夠壯大，各項研究都存在研究隊伍縮小的情況。最后，在研究上并不注重與其他學科的聯(lián)系，只是一味在自己領域進行研究，與發(fā)達國家相比，我國關于有機化學的研究還是很少，發(fā)表的論文質量也不如發(fā)達國家，同時，相應的評價機制還有待于提高。

2我國有機化學發(fā)展趨勢的展望

2.1發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，有機化學的發(fā)展異常迅猛，研究內(nèi)容也在不斷變化，隨著時代的發(fā)展，綠色化學被提到日常研究中，受到全世界人民的關注，對其研究也就成為了有機化學的重點研究內(nèi)容，同時，學科與學科之間的滲透逐漸增多，更是推動了有機化學進一步向前發(fā)展[2]。在未來有機化學研究將重視以下內(nèi)容：首先，重點研究小分子活化與惰性化學鍵活化，綠色化學對原子提出了新型要求，尤其是不對稱催化的研究更是關鍵，對其研究以便降低污染。其次，注重對化學生物的研究，這項研究主要是將有機化學與生命科學聯(lián)系在一起，著重兩者之間存在的相互作用，并研究有機超分子的設計與合成。最后，研究具備獨特生理活性的各種有機分子，同時研究一切與能源開發(fā)與利用有關的各種有機化學，以及關注化學信息學的研究，進而充分發(fā)揮有機化學的作用。

2.2發(fā)展方法

首先，應遵從國家相關部門的領導，注意學科與學科之間的融合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。有機化學是我國重要研究內(nèi)容，作為有機化學研究者應具有良好的主動性，積極融入到各領域中，尤其是能源領域與環(huán)境保護領域，通過研究真正實現(xiàn)綠色化學目標，不斷擴寬有機化學研究領域，壯大有機化學研究隊伍，有機化學并不是完全獨立的學科，它需要與其他學科融合才能不斷發(fā)展，只有這樣才能創(chuàng)新有機化學研究。其次，由于有機化學的分支學科存在明顯的縮水情況，作為國家基金委應看到這一點，應加大對有機化各學科的資金投入，為其提供必要的資金支持。對于有機分析等熱門學科的研究應突破傳統(tǒng)，避免研究流于形式化，創(chuàng)新研究內(nèi)容。同時，為其創(chuàng)設良好的評價機制，根據(jù)研究方向與內(nèi)容的不同，設定不同的資助方式。最后，要突破研究傳統(tǒng)，進入新型研究領域最重要的就是具有創(chuàng)新思維與能力，根據(jù)國家現(xiàn)階段所重視的內(nèi)容展開課題研究，對于挑戰(zhàn)性較大的研究要做好長期準備。在擬定研究課題時，應將推動國家經(jīng)濟建設、促進社會發(fā)展融入其中，尤其是重點研究怎樣減少化學污染，真正發(fā)揮有機化學的作用。國家基金委應為有機化學研究創(chuàng)設良好的建設研究環(huán)境，提供先進的研究設備。整頓剽竊他人論文觀點等不正之風，使研究人員樹立良好的創(chuàng)新意識。

篇5

關鍵詞：杯芳烴 呋喃甲基杯[4]間苯二酚芳烴 合成

杯芳烴是一類具有獨特空穴結構的大環(huán)化合物，是繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合物。以其易修飾、空腔大小可調、對離子或分子客體均能識別等特性，日益受到人們的重視。功能化杯芳烴在生命科學、分離技術等領域有廣闊的應用前景。近年來，國內(nèi)外化學界對此研究異常活躍。

一、題目研究的目的

杯芳烴自從被發(fā)現(xiàn)，在長時間的研究與探索后，實現(xiàn)了工業(yè)上的實際應用，具體有如下情況：

1.金屬離子的回收

最早的應用是Izatt等利用杯芳烴的液膜傳輸性能從核廢料中回收金屬銫[1,2]。回收裝置包括三個液相：第一個液相為含大量均裂變的降解產(chǎn)物的強堿性水溶液，用作源相，其中有銫；第二相為一定比例的二氯甲烷和四氯化碳組成有機液膜相，1mM的杯[8]芳烴溶于其中；第三相為二次蒸餾水，用作吸收相。Cs+通過第二相從第一相進入第三相，達到回收的目的[3]。

2.相轉移催化

和冠醚、環(huán)糊精一樣，許多杯芳烴及其衍生物具有萃取和轉移金屬離子的能力，因此，其在相轉移催化研究方面有潛在的應用價值。早在1977年，BurkiS等就發(fā)現(xiàn)，下緣連有乙氧基鏈的對叔丁基杯芳烴在非極性介質中具有相轉移催化能力，可以解決油一水乳化問題。與常用的相轉移催化劑比較，杯芳烴催化劑的用量更小，反應時間更短，活性更高，像芐溴和苯酚在堿的作用下生成苯甲基苯醚的反應[4]。

3.模擬酶

杯芳烴及其衍生物還可以作為人工酶模型模擬生物酶的催化功能。Ungaro等將冠醚杯芳烴成功的用作水解酶模型。他們發(fā)現(xiàn)，冠醚杯芳烴對乙酸酷的甲醇解在沒有金屬離子存在時反應極慢，但在加入少量的Ba2+后可以使反應加速一百萬倍以上，效率己與轉酰化酶相當[5]。

我國的陳淑華研究組設計并合成了一系列杯[n]芳烴――單、雙卟啉多部位識別受體(n=4,6)。它們對金屬離子有優(yōu)良的識別配位能力[6]。

4.有機材料穩(wěn)定劑

由于杯芳烴的熱穩(wěn)定性及非揮發(fā)性使它的衍生物可用于塑料，橡膠等的抗氧化劑以及光穩(wěn)定劑。例如杯芳烴的亞磷酸酷已用作聚合物的熱穩(wěn)定劑，對叔丁基杯[4]芳烴也可用作聚烯烴的光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑[7]。

5.污染控制

未修飾的杯芳烴可用來除去一些有機化學物，特別是極性碳氫化合物如鹵化烴。

從1908年以來，普遍采用氯氣處理來改善飲用水及工業(yè)用水的微生物質量。然而在1974年，人們發(fā)現(xiàn)這種水處理法帶來了氯與腐殖和灰黃霉酸的副反應。結果產(chǎn)生了三鹵甲烷，如有溴離子存在，還可形成二氯溴甲烷，氯二溴甲烷及溴仿。它們具有致癌作用，并經(jīng)常致人染毒。

Wainwright等發(fā)現(xiàn)對叔丁基杯[4]芳烴對三餐甲烷有顯著的螯合作用，并且反應很快。產(chǎn)生的包結化合物有相對高的穩(wěn)定性。為了獲得在固相條件下更好的反應活性，必須把杯芳烴很好地運載在固體載體上。

二、實驗部分

1.實驗原理

間苯二酚杯環(huán)狀縮合物，是由四個苯環(huán)通過一個碳橋彼此相連而成的杯環(huán)狀結構，分子中存在八個游離的羥基。Resorcinarenes 的合成無需放樣或高稀釋技術, 常采用間苯二酚與醛在無機酸如鹽酸或 Lewis 酸催化下一步法直接合成,且能得到較好的收率。

一步法催化反應機理都是以酸作媒介采用端基親電取代法的縮合反應,本文中采用的是較為簡易的一步法，合成路線如下（圖2-1）：

圖2-1一步法合成路線

2.實驗儀器及實驗藥品

2.1實驗儀器

2.2實驗藥品

3.實驗方法

根據(jù)相關文獻，可以得知當反應物物料比，溶液比例，反應條件與時間改變都可能導致產(chǎn)率的不同。而本文的重點就在于根據(jù)文獻設計實驗方案，再根據(jù)實驗結果對條件的改進，通過實驗對比進行研究，諸如反應物的比例，溶劑比例，反應條件的改變，分析結果，得到最好的實驗方案。

而之前查過的文獻中，在催化劑方面，據(jù)鄧旭忠與楊世柱做過的論文資料，他們采用的是濃鹽酸，收率高。而用其它酸作催化劑時，收率較低甚至影響產(chǎn)品的質量。因為相關內(nèi)容已有人研究，而實驗室中濃鹽酸最為普遍與常用，故在本文不對催化劑的影響作討論研究，本文中的催化劑都為濃鹽酸。

3.1物料比對比實驗

將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分別按1.3、1.2、1.1、1.0的比例稱量出來。先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，慢慢升溫至所需溫度（70℃），反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體。

3.2反應溶劑比對比實驗

反應溶劑比對比實驗時進行五組實驗對比。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，乙醇、水、鹽酸按15：0：5、16：0：4、16：2：2、7：10：3和10：9：1的比例加入，總體積為100mL，磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，慢慢升溫至溫度（70℃），反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.3反應溫度對比實驗

反應溫度對比實驗時進行四組實驗對比。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，四組實驗在升溫時改變溫度，分別設定為60℃、65℃、70℃和75℃，反應一定時間后（約4小時）冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.4反應時間對比實驗

反應時間對比實驗需四組實驗。將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例稱量出來，先將間苯二酚加入到150mL錐形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求,總體積為100mL），磁力攪拌溶解。在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛，四組實驗的反應時間分別為2小時、3小時、4小時、5小時，反應后冷卻抽濾，水洗。將濾餅經(jīng)稀醇洗滌，充分攪拌過濾（重復兩次），80℃干燥得黑色粉末晶體，計算產(chǎn)率。

3.5滴加速度對比實驗

將11.01 g間苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分別按1：1的比例稱量出來，準備三組實驗。實驗步驟如上，只是在冷水浴冷卻下滴加呋喃甲醛時分別以3秒／滴、2秒／滴和0.5秒／滴，觀察現(xiàn)象。第一組和第二組實驗都可以得到產(chǎn)品，且產(chǎn)率相差不大，只是第三組實驗在反應過程中反應物顏色會急劇變黑，并最終產(chǎn)生高聚物，使反應失敗。

三、結果與討論

本文對反應時間及其它反應條件進行了討論,根據(jù)實驗部分得到的結果進行討論總結，主要討論了物料比、反應溶劑比、反應溫度、反應時間、滴加速度對合成杯芳烴母體收率的影響。

1.物料比

應條件：催化劑為濃HCl，反應時間4h，溫度70℃。

由上表可以看出，當酚醛的物料比為1：1時，收率最佳,達到了53.6%；當物料比超過1：1時，產(chǎn)率會逐漸降低，甚至形成高聚物，與相關的文獻資料報導一致。（見表1）

2.反應溶劑比

經(jīng)過多次實驗結果發(fā)現(xiàn)，反應溶劑配比對縮合反應影響甚大，在無水乙醇中加濃鹽酸作為反應液易聚合成高聚物，而且酸濃度越高越容易聚合。酸濃度太低或乙醇含量過小則產(chǎn)率會減小，當乙醇、水和濃鹽酸的比例為10：9：1時的產(chǎn)率最高，達到了53.6%。

3.反應溫度

經(jīng)過合成實驗，發(fā)現(xiàn)以70℃時析出的產(chǎn)品產(chǎn)率最高，見表2。

反應條件：催化劑為濃HCl，反應時間4h。

上述實驗結果表明：實驗從60℃開始進行反應，直至75℃，隨著反應時間的延長，產(chǎn)率會有所增加，在70℃時產(chǎn)率最好，為53.6%。此后產(chǎn)率不再隨溫度增加，反而有所減少。

4.反應時間

從表中可以看出，反應的時間從2小時到4小時，得到的產(chǎn)率是各不相同的。剛開始隨著反應時間的增長，反應收率會有收增大，但在反應4h后，收率趨向于穩(wěn)定。

5.滴加速度

查了相關文獻，滴加速度控制在2秒/滴為好，均勻滴入半小時，實驗中沒有出現(xiàn)異常情況。

四、總 結

本文主要應用了間苯二酚與呋喃甲醛采用一步合成法，合成杯[4]芳烴化合物，分析結果如下：

雖然合成實驗較為簡單，不過實驗中物料比、反應溶劑比、反應溫度、反應時間、滴加速度對實驗結果的影響甚大，因此要對實驗進行較為仔細的對比，才可得出最佳的實驗方案。

1.物料比對產(chǎn)物收率影響很大，當物料比為1：1時，反應的產(chǎn)率最高。

2.反應溫度要控制好，如果溫度過高，容易形成高聚物而使實驗失敗，如果溫度過低，則會影響產(chǎn)率和延長反應時間，實驗最好的條件為70℃。

3.反應時間要重復實驗，得出最好的反應時間，最佳的反應時間為4h，少于4h或超過4h都會影響反應的進度或結果。

4.溶劑的配比也是一個問題，參考以前的文獻與資料，溶劑的配比不一，沒有一個統(tǒng)一的數(shù)字，因此，在這個實驗中，要進行反復的實驗與操作，最后得到的結果是按乙醇、水、鹽酸10：9：1配方要求，得到的結果最好。

5.滴加速度對實驗的影響不是很大，不過還是要注意，如果攪拌不均勻而滴加的速度過快，則會影響反應，形成高聚物，控制在2秒／滴。

參考文獻：

[1]鄧旭忠,楊世榮.Resorcinarenes 的合成及其化學邊緣修飾(Ⅱ)[J].合成化學,2000,8(5):457-459;465.

[2]鄧旭忠,楊世榮.Resorcinarenes 的合成及其化學邊緣修飾(Ⅰ)[J].合成化學，2000,8(5):457-465.

[3]張利,傅成武.杯芳烴超分子化學的研究進展[J].大同職業(yè)技術學院學報,2000,14(2):81-83;86.

[4]張來新等.杯芳烴的產(chǎn)生發(fā)展及應用[J].寶雞文理學院學報（自然科學版），1998，18(3):32-36.

[5]何花.杯芳烴―第三代超分子[J].西昌師范高等專科學校學報,2009(3):57-61.

篇6

中圖分類號：TQ137.1+2 文獻標志碼：A

文章編號：0367-6358（2015）03-0184-03

MnO2納米晶是重要的Ⅱ～Ⅵ族寬禁帶直接帶隙的半導體材料，在催化、吸附、超級電容器、納米反應器、燃料電池、傳感器和生物技術等領域都展現(xiàn)出了巨大的潛力，受到國內(nèi)外許多研究者的廣泛關注。近年來，形貌及尺寸規(guī)整可控的MnO2納米晶的合成是目前十分引人注目的研究領域，制備合成中的形貌調控及其功能化是這些納米材料能夠得到應用的關鍵問題。目前已能采用多種方法，通過調控合成條件，制備出不同形貌維數(shù)的MnO2納米微粒。本文歸納為四個主要大類：零維MnO2納米晶；一維MnO2納米晶；二維MnO2納米晶；三維MnO2納米晶。并提出了MnO2納米晶形貌維數(shù)控制的發(fā)展方向。

1 MnO2納米晶的不同形貌

1.1 零維MnO2納米晶

MnO2納米晶在空間三維尺度均受約束，如顆粒、團簇（指由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理或化學結合力組成的相對穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體）、立方體、多面體等。

張學萍等利用超分子蛋白納米空腔結構作為反應模板礦化組裝納米材料，馬脾脫鐵蛋白作為限制性反應器控制金屬離子水解、氧化還原等反應，堿性條件下原位合成出直徑3～8nm左右，均一的球形顆粒狀MnO2納米晶，而超分子蛋白是合成納米無機材料限制性反應的一種理想生物模板。

中國科學院電工研究所將過硫酸鉀，硫酸錳，硝酸鋁加入到水熱反應釜中，加人去離子水充分攪拌后，在110～140℃水熱反應1～12h后自然冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物是α-MnO2星型納米團簇，硝酸鋁的加入是改變MnO2納米形貌的主要影響因素。

選用Mn（CH3COO）2?4H2O為前驅體，以十八烯為溶劑，在表面活性劑油酸和油胺存在時，在高溫條件下通過“一鍋法”制得50～100nm左右類四角星形狀的MnO納米粒子，利用高錳酸鉀可將此納米粒子表面氧化為MnO2，并保持類四角星形狀，反應過程中表面活性劑的種類及濃度對產(chǎn)物的形貌和粒徑分布有重要的影響。

1.2 一維MnO2納米晶

MnO2納米晶在空間有兩維處于納米尺度并受到約束，例如線、帶、棒、管等。

王譯瑩以高錳酸鉀為錳源，在離子液體1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸鹽水溶液中通過微波加熱法制備了平均直徑為15nm、平均長度為2μm的α-MnO2納米線，發(fā)現(xiàn)反應時間和離子液體對產(chǎn)物的形貌和尺寸起著關鍵作用。

文獻在150℃水熱條件下，以CTAB作為模板導向劑，用HMnO4氧化Mn（CH3COO）2，制備出厚度約幾個納米，長約1μm左右的β-MnO2納米帶，模板劑CTAB是納米帶形成的決定因素。

以鋸屑為模板，結合溶膠一凝膠法成功地合成出形態(tài)規(guī)整、平均直徑約8nm、平均長度120nm左右的β-MnO2納米棒，天然多孔材料一鋸屑為MnO2納米棒的成型提供了骨架。

文獻分別以反應溫度100℃和150℃，用水熱法合成出兩種不同納米結構γ-MnOOH為前驅物，采用單模式微波加熱法在170℃下、反應20min分別制備了直徑在5～20nm之間，長度約幾微米的α-MnO2納米纖維及直徑在100～250nm之間、長度達數(shù)十微米β-MnO2納米棒，且γ-MnOOH納米棒前驅物起著模板作用。

采用化學沉積和500℃熱處理的方法在多孔氧化鋁（AAO）模板中成功地合成了超級電容器電極材料γ-MnO2納米管，管直徑約200nm，壁厚約40nm，孔徑約120nm，可以通過調節(jié)AAO模板孔徑大小來實現(xiàn)γ-MnO2納米管的可控生長。

1.3 二維MnO2納米晶

MnO2納米晶在三維空間中有一維在納米尺度，超薄膜狀、盤狀、片狀，這些納米結構與體材料相區(qū)別，統(tǒng)稱為低維納米結構。

危光明的碩士學位論文以金屬鈦片為金屬基底，以酸性高錳酸鉀為前驅體，采用水熱法在金屬Ti片表面制備出生長很均勻的MnO2納米片陣列材料，其片厚度10～20nm左右，納米片之間還有大量的空間。

目前，某團隊以硫酸錳和高錳酸鉀/聚乙烯吡咯烷酮為基本水熱研究體系，在水熱溫度150℃，水熱時間14h，控制pH為14時，得到層狀結構的δ-MnO2納米片，pH的變化是形貌主要影響因素，會改變了溶液中鉀離子和水分子的結合狀態(tài)，從而引起結構之間的轉變。

1.4 三維MnO2納米晶

MnO2納米晶由多個次級幾何單體結構通過設計、組裝構筑成更為復雜的建筑體，如四角體、花狀、核殼結構等。

通過在微酸性環(huán)境中高錳酸鉀自身分解反應，采用低溫水熱反應成功制得花狀層狀氧化錳，溫度對花狀形貌的影響較大，120℃為較均勻的花球形貌，140℃花球形貌聚集為花簇狀結構，當溫度升到160℃時，層狀結構發(fā)生坍塌，形成隱鉀錳礦型的納米線結構形貌。

劉延雨等采用操作簡單、經(jīng)濟可行的界面合成法在H2O/CH2Cl2界面上成功制得平均孔徑為5.9nm、比表面積為322.5m2/g，孔容為0.451cm3/g，由中空的亞微米級的MnO2刺球堆積排列而成介孔MnO2材料。

文獻采用水熱法，調節(jié)原料高錳酸鉀和硫酸錳的物質的量配比為6：1時，制備出由納米片構成，形似海膽，直徑約為0.5～1μm的球形δ-MnO2，K+可被認為是形成MnO2隧道結構和層狀結構的模板。

篇7

【中圖分類號】O6【文獻標識碼】A

【文章編號】1007-4309（2011）03-0059-2

光致變色的材料早在1867年就有所報道，但直至1956年Hirshberg提出光致變色材料應用于光記錄存儲的可能性之后，才引起了廣泛的注意。有機光致變色材料是近年來國際上剛剛出現(xiàn)的一類新型有機光電子功能材料，首先，它可以廣泛地用于日常生活，如防曬霜、裝飾材料、新奇印刷、防偽和鑒偽等；其次，它更可以用于光信息存儲、光轉換器和光開關等前沿領域，且有著非常好的應用前景。尤其是它作為信息存儲材料的應用，更是引起人們的重視。21世紀隨著信息的急劇致變色材膨脹，對于如何更有效地存儲這些信息提出了更高的要求，在這種情況下，高性能的有機光料引起了科研工作者對光存儲材料的高度重視，它正是能夠滿足這種要求的極具潛力的存儲材料之一。

目前研討光致變色資料最多的國家是日本、美國、法國等，隨著光致變色材料日趨重要以及誘人的應用前景，國際上一些著名的大學、研究單位和公司，逐步把眼光轉向有機光致變色材料的開發(fā)和應用，與其相關的論文和專利也不斷增多。世界上只有日本和美國有少量光致變色資料民用品出售。但美、日等發(fā)達國度把光致變色資料用于民用行業(yè)也還處于起步階段，并沒有大范圍出產(chǎn)上市，因此研究光致變色新材料，使其更加適用于民用品市場，仍有很大的發(fā)展空間。我國在有機光致變色材料的研究上，也取得了可惜成績。中國科學院感光化學研究所的樊美公等人對光致變色材料進行了大量的研究，申請了多項光致變色材料方面的專利，并發(fā)表了大量的研究論文。南開大學孟繼本等科研人員已合成了100多種的有機光致變色材料，并致力于將其合成的材料應用于光致變色涂料、光致變色安全玻璃膜，光致變色紡織品等民用品上。江西科技師范學院蒲守智課題組也對此多了大量的研究工作，合成了多種光致變色化合物。

一、光致變色現(xiàn)象

光致變色是指一種化學物質的分子在適當波長的光照射下，可逆地在兩個具有不同光譜性質的異構體之間相互轉化：

Aλ1?葑λ2B

A和B分別代表體系中兩個異構體，λ1和λ2是發(fā)異構所需的光的波長。光致變色是一種可逆的化學反應，這是一個重要的判斷標準。在光作用下發(fā)生的不可逆反應，也可導致顏色的變化，只屬于一般的光化學范疇，而不屬于光致變色范疇。目前，對光致變色的研究大都集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮類以及相關的雜環(huán)化合物上，同時也在繼續(xù)探索和發(fā)現(xiàn)新的光致變色體系。

從上世紀80年代以來，Irie和Lehn研發(fā)出了具有良好光致變色性質的二芳基乙烯類分子，此分子以其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的耐疲勞性、響應時間短以及開/關環(huán)異構體之間吸收光譜差異顯著等優(yōu)點迅速成為光存儲材料研究的新熱點，從而引起了研究二芳基乙烯分子的熱潮。二芳基乙烯分子在光致異構化過程中，分子吸收光譜發(fā)生變化，同時還常伴隨諸如介電常數(shù)、氧化/還原電位、幾何構形等其它物理化學性質的變化。這些性能優(yōu)異的二芳基乙烯分子在光存儲，分子開關，多色彩顯示器，非線性光學等領域，具有重要的科學價值和廣闊的應用前景。

二、二芳烯衍生物的研究

到目前為止，在各類已報道的二芳基乙烯中，按其所連的橋頭單元不同主要分為以下四類：含全氟環(huán)戊烯結構單元的二芳基乙烯；含馬來酸酐或馬來酰亞胺結構單元的二芳基乙烯、含環(huán)戊烯結構單元二芳基乙烯和含2,5-二氫噻吩或吡咯等五元雜環(huán)結構單元的二芳基乙烯。一些具有代表性的雜環(huán)類二芳基乙烯化合物的結構式如圖2所示:

順丁烯二酐衍生物全氟環(huán)戊烯衍生物

雜噻唑烯衍生物 雜噻吩烯衍生物

圖幾種二芳基乙烯衍生物的結構示意圖

每類二芳基乙烯都有各自的優(yōu)點和缺點，但從材料性能上比較而言，含全氟環(huán)戊烯的二芳基乙烯分子具有比其它幾類二芳基乙烯更為優(yōu)異的性質如光熱穩(wěn)定性，耐疲勞性等，因而對這類二芳基乙烯的研究倍受關注。近年來陸續(xù)有許多新型二芳基乙烯分子被報道，這些化合物主要為全氟環(huán)戊烯1,2-位對稱取代的含雜環(huán)的二芳基乙烯，而1,2-位由不同結構單元取代的不對稱的二芳基乙烯報道較少。與對稱性體系相比，不對稱二芳基乙烯體系更容易通過對其分子結構的微調實現(xiàn)光致變色性能的改進。在設計合成不對稱的二芳基乙烯分子時，給分子修飾上共軛程度不同的取代基團，或是引入不同的手性基團或是特定的取代基團，以改進它們的光電性質，從而可以滿足不同的需求，使其在高密度存儲，多色彩顯示器；非線性光學，無損讀出等領域更具有應用潛力。同時，非對稱體系與對稱體系相比，往往更具有熱穩(wěn)定性，因而在設計合成具有優(yōu)越熱穩(wěn)定性的二芳基乙烯光致變色化合物時，引入兩側含有不同雜環(huán)的全氟類二芳基乙烯雜環(huán)體系已經(jīng)成為一個重要的指導原則。基于不對稱體系的這些優(yōu)越性，設計和合成不對稱體系已經(jīng)成為這幾年來的研究熱點之一。

在近年來的大量文獻報道中，大多數(shù)的二芳基乙烯化合物所連的雜環(huán)都為噻吩環(huán)或是苯并噻吩環(huán)，其原因除了此類化合物的合成方法較為簡單易行以外，更重要的是噻吩環(huán)和苯并噻吩環(huán)已經(jīng)被證實對于二芳基乙烯分子的穩(wěn)定性和抗疲勞性具有杰出的貢獻，而這正是二芳基乙烯分子作為光存儲材料所需要具備的最重要的性質。同時，二芳烯分子作為最具有應用潛力的光存儲介質材料之一，其閉環(huán)態(tài)的吸收光譜、摩爾消光系數(shù)和閉環(huán)和開環(huán)量子產(chǎn)率是非常重要的，而影響其吸收光譜特性的因素主要是與全氟環(huán)戊烯相連的芳香基的取代位置和與芳香基相連的側基的種類有關。迄今為止，關于雜環(huán)上取代基對于二芳基乙烯分子光電性質的影響已有了許多相關報道，如Morimitsu 等人在噻吩2-和2?-位引入體積較大的烷氧基取代基，這種基團將強烈抑制開環(huán)量子產(chǎn)率，但同時也可降低閉環(huán)態(tài)在高溫下的熱穩(wěn)定性，Irie等和Pu等分別合成了噻吩末端連有苯環(huán)的二噻吩乙烯分子，并研究了苯環(huán)上同一位置不同基團對二芳基乙烯分子的性質影響以及同一基團在不同位置的影響。近幾年來，日本科學家Yamaguchi和Irie連續(xù)考察了烷基鏈對不同雜環(huán)體系的影響，包括對稱的苯并噻吩體系，苯并呋喃體系，以及不對稱的苯并噻吩和苯并呋喃體系，他們發(fā)現(xiàn)當在雜環(huán)2位上引入烷基鏈時，隨著烷基鏈的不斷增長，往往會對二芳基乙烯分子的量子產(chǎn)率，摩爾消光系數(shù)，吸收光譜等產(chǎn)生系列的影響，比如對于對稱的苯并噻吩體系來說，當在苯并噻吩環(huán)2-位上引入烷基鏈時，烷基鏈的增長可以增加分子的反平行結構，從而增大環(huán)化量子產(chǎn)率，而不影響開環(huán)量子產(chǎn)率，烷基鏈。

三、二芳基乙烯化合物的應用

（一）高密度可擦寫光子型存儲材料

隨著科學技術的日益發(fā)展及對計算機應用要求的提高，人們對信息數(shù)據(jù)傳遞與存儲的要求也越來越高。開發(fā)高存儲密度、高響應速度、可擦寫的全光分子開關材料，已經(jīng)成為當今世界范圍的研究熱點。光致變色材料二芳基乙烯化合物屬于光子型信息記錄材料，它在特定波長下發(fā)生可逆的光異構化反應，可以利用光異構化反應引起吸收波長的變化來進行光信息的記錄。光致變色材料用于光盤存儲時通常將呈色體（閉環(huán)態(tài)）作為未寫入態(tài)，無色體（開環(huán)態(tài)）為寫入態(tài)。因此，光致變色材料在高密度可擦寫光子型存儲材料中具有廣泛應用的可能性。

（二）分子光開關

光致變色本身就是一個開、關的過程，當其接枝上具有特殊功能團的分子，它就兼具了以上各方面的優(yōu)良性能。例如：光環(huán)化后，光致變色化合物在近紅外區(qū)域的折射率發(fā)生變化。這對于光波導元件是非常有用的，可以制備基于折射率變化的光開關。分子內(nèi)磁相互作用進行光調控可應用于光化學開關-磁性開關。還有文獻報道了諸如納米開關酸堿開關、超分子開關、熒光分子開關、光電開關。

（三）電化學開關

光照下能發(fā)生可逆的電化學性質的變化，是光電化學開關的應用基礎。處于開環(huán)態(tài)時，二芳烯化合物上兩個關鍵基團之間處于隔離狀態(tài)，而在閉環(huán)態(tài)，兩個基團處于連通狀態(tài)。開環(huán)體檢測不到電化學過程，而在閉環(huán)態(tài)可以觀測到可逆的氧化還原電位。據(jù)此可以設計光控的電化學開關。

（四）手性開關

荷蘭的Feringa報道了二芳基乙烯分子的自組凝膠體系：在該體系中二芳基乙烯分子在凝膠中形成聚集體，該聚集體由于空間螺旋結構可以形成兩種聚集形態(tài)的開環(huán)體：P-1型和M-1型。當用紫外光照射時，P-1型的分子發(fā)生閉環(huán)反應生成(R,R)-2的手性分子，M-1型的分子發(fā)生閉環(huán)反應生的卻是(S,S)-2的手性分子。根據(jù)這不同，可以用于在分性開關上。

四、總結與展望

篇8

菠菜主要捕光復合物的晶體結構

2004年3月18日，世界著名雜志《自然》以主題論文的方式發(fā)表了由中國科學院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光復合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶體結構”的研究成果，其晶體的結構彩圖被選作該期雜志的封面照片。

光合作用機理一直是國際上長盛不衰的研究熱點，LHC-II是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復合物。這一復合物是由蛋白質分子、葉綠素分子、類胡蘿卜素分子和脂質分子所組成的一個復雜分子體系，它們被鑲嵌在生物膜中，具有很強的疏水，難以分離和結晶。測定這樣的膜蛋白復合體的晶體結構，是國際公認的高難課題，也是一個國家結構生物學研究水平的重要標志。

中國科學院生物物理研究所常文瑞研究員主持的研究小組經(jīng)過6年的艱苦努力終于完成了這一重要復合體三維結構的測定工作。中國科學院植物研究所匡廷云院士主持的研究小組，經(jīng)過多年的艱苦努力，分離、純化了這一重要的光合膜蛋白(LHC-II)，為晶體和空間結構的解析打下了物質基礎，這是生物化學、結晶學及結構生物學的有機結合所取得的重大成果，使我國在高等植物LHC-II三維結構測定方面成功地超越了德國和日本等發(fā)達國家的多家實驗室，率先完成了這一具有高度挑戰(zhàn)性的國際前沿課題。

這一成就已經(jīng)引起了眾多國際同行的廣泛關注，正如他們所評價的：“這是光合作用研究領域的一大突破，對于理解植物光合作用中所發(fā)生的捕光和能量傳遞過程是必不可少的，這一成果標志著光合作用研究的重大跨越”。

太陽能電池

澳大利亞研究員表示，模仿植物中的葉綠素創(chuàng)造的合成分子，據(jù)此也許有一天能研制出高效的太陽能電池。

由悉尼大學的馬克斯?克魯斯雷教授領導的分子電子學科研組，最近在羅馬舉行的國際卟啉和酞菁染料大會上提出了他們的研究成果。克魯斯雷說：“經(jīng)過數(shù)百萬年的演變，自然能很有效地捕獲到光并把它轉化成能量。我們正在設法模仿自然的光合作用方式。”

葉子利用體內(nèi)排列密集的葉綠素分子將光能轉變成電能，然后再轉變成化學能。促成葉綠素這一功能的必不可少的元素是色素卟啉，它位于鎂離子的中心。研究員制造了一個形狀像足球的合成葉綠素分子。它有一個樹狀大分子支架，是一個由碳、氫、氮合成的高度分岔的納米聚合體。黏附在樹狀大分子上的是捕獲光的色素卟啉的人工合成版本。一種被稱作“巴基球”的球形碳分子坐落在卟啉之間，從收集到的太陽光子中吸收電子。

克魯斯雷和他的科研組已經(jīng)利用合成葉綠素建造一個有機太陽能電池的雛形。它以自然釋放為基礎，他們希望最終能制造出比現(xiàn)有太陽能電池更有效的電池。綠葉能有效的將30％-40％的光能轉變成電能，而通常以硅元素為基礎的太陽能電池只能有效地將12％的光能轉變成電能。

克魯斯雷說：“我們已經(jīng)擁有了模仿光電設備或太陽能電池的主要成分。從長遠來看，我們必須設法生產(chǎn)出一種能像薄薄的一層油漆那樣，簡單地涂抹在屋頂上的東西。”他表示，科研組還希望能制造出存儲裝置，用來代替以金屬為基礎的電池。

計算機模擬光合作用

美國科學家近日稱，他們最近在實驗室成功地用計算機模擬了植物的光合作用，并據(jù)此培育出品種更加優(yōu)良的植物。這種新植物不需要額外增加養(yǎng)分，就可以長出更茂盛的枝葉和果實。

美國伊利諾伊大學植物生物學和作物科學教授斯蒂夫?隆表示，在農(nóng)作物結出谷粒前，絕大部分被吸收的氮都變成了植物葉片中的用來促進光合作用的蛋白質。為此，研究人員們提出了一個簡單的問題：“我們能不能像植物那樣給不同的光合蛋白質準備一定數(shù)量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢?”

首先，研究人員建立子一個可靠的光合作用模型，以便精確模擬植物對環(huán)境變化的光合反應。為了完成這個艱巨的任務，科學家們使用了由美國國家超級電腦應用中心提供的計算資源。在確定光合作用中每種蛋白質的相對數(shù)量后，研究人員設計出了一系列連鎖微分方程式，每個方程模擬了光合作用中的一個步驟。通過不斷地測試和調整模型，研究小組最終成功預測了在真實葉片上進行實驗的結果，其中包括葉片對環(huán)境變化的動態(tài)反應。

接下來，模型運用“進化算法”搜尋各種酶，以提高植物的產(chǎn)量。一旦實驗證明某種酶的相對高濃度可以提高光合作用的效率，該模型就會利用此實驗結果進行下階段的測試，科學家們通過這種方法確定了許多可以大大提高植物生產(chǎn)力的蛋白質。這個最新發(fā)現(xiàn)也印證了其他一些研究人員的研究結果：在基因改造植物中，當這些蛋白質中某一種的含量增加，植物產(chǎn)量就會隨之提高。

斯蒂夫，隆說：“水稻與小麥的高產(chǎn)品種的光合作用效率可以達到1％至1.5％，而甘蔗或者玉米的效率則可達到5％或者更高。如果人類可以人為地調控光能利用效率，農(nóng)作物產(chǎn)量就會大幅度增加。通過改變氮的投入，我們幾乎可以使光合作用效率提高兩倍。然而，隨之而來的一個顯而易見的問題是，為何植物的生產(chǎn)力可以提高如此之多，為何植物還未能進化到可以自身進行如此高效的光合作用?這個問題的答案可能在于，進化的目的是生存和繁殖，而我們實驗的目的是增加產(chǎn)量。模型中顯示的變化很可能會破壞植物在野外的生存，因此這種模擬只適合在農(nóng)民的農(nóng)場中進行。”

“作物高產(chǎn)與肥水高效利用相結合理論”

我國科學家以“不投入大量水、肥、藥，利用提高植物的非葉片器官的比例和功能，實現(xiàn)高產(chǎn)和超高產(chǎn)”的技術理論，修正了“作物高產(chǎn)只能通過葉片光合作用貢獻率”的傳統(tǒng)理論。

“葉片的光合作用對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率在90％以上”，是聞名于世的“第一次綠色革命”的經(jīng)典技術理論成果之一。這一理論忽視“非葉光合器官的作用”，認為“作物高產(chǎn)的產(chǎn)量物質來源于葉片的光合作用”。由此，“用大肥、大水促進葉片的生長，以增加其光合生產(chǎn)”。事實上，由此導致的植物葉片過大，形成了遮光，反而造成作物群體的光合效率低。

我國科學家試圖改變增加葉片光合作用的通常做法。中國農(nóng)業(yè)大學王志敏教授等研究發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫下，人們常見葉片器官衰敗，而小麥等作物的穗、穗下節(jié)間和葉鞘等非葉光合綠色器官不僅具有良好的受光空間，而且具有類似于“碳4型”的高效光合機制，它不僅彌補葉片光合作用的不足，而且有耐旱、耐熱、抗逆強的作用。

實踐證明，非葉片器官對農(nóng)作物產(chǎn)量的貢獻率可達70％以上。在這一理論指導下，科技人員建立了冬小麥節(jié)水、省肥、高產(chǎn)、簡化“四統(tǒng)一技術體系：在嚴重缺水的河北滄州地區(qū)大面積示范獲得成功。從而結束了30多年來農(nóng)作物面對高產(chǎn)不能突破的徘徊局面。

地球早期光合作用可能產(chǎn)生“水”

植物能夠借助光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，這已是人所共知的科學常識。然而美國科學家的最新研究發(fā)現(xiàn)，30多億年前的地球由于氧含量很少，當時光合作用釋放出的“廢物”可能是水。

據(jù)美國《科學》雜志網(wǎng)站最新報道，美國斯坦福大學地質學家唐納德，洛等人認為，30億年前的地球大氣中存在大量氫，當時的生物很可能是依賴氫再通過光合作用將二氧化碳轉化為自身必需的有機化合物，而這一過程最終產(chǎn)生的“廢物”很可能是水而不是今天的氧氣。這一結論來自一些有34億年歷史的微生物化石，化石是在南非黑硅石中發(fā)現(xiàn)的。對黑硅石進行的生化分析發(fā)現(xiàn)，黑硅石中含有大量屬于碳酸鐵類礦物的菱鐵礦，卻幾乎找不到任何氧化鐵的蹤跡；黑硅石中的微生物曾生活在缺氧的海洋中；黑硅石中微量元素鈰的含量要高于現(xiàn)今海洋中的鈰含量，其中的鈾也大都和釷結合在一起。這些都表明，30多億年前的地球不是一個富含氧的環(huán)境。

有地質學家認為，黑硅石中的化學成分組成可能是由其他原因造成的，洛等人的觀點有待推敲。但一些業(yè)內(nèi)人士評論說，洛等人的研究成果令人信服，“氫依賴型光合作用”的發(fā)現(xiàn)使人們對生命起源的理解向前邁出了一大步。

篇9

專業(yè)碩士與學術型碩士不同，其目的是培養(yǎng)具有扎實理論基礎，并適應特定行業(yè)或職業(yè)實際工作需要的應用型高層次專業(yè)人才。教育部、人力資源和社會保障部于2013年11月公布了《關于深入推進專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革的意見》，強化了專業(yè)碩士應以實踐為導向，重視理論水平與實踐的綜合應用［1］。江南大學輕化工程專業(yè)碩士培養(yǎng)側重于染整方向，即以紡織纖維制品為原料，探討、研究與纖維制品相關的前處理、染色、印花及功能化整理新方法與新技術，以培養(yǎng)染整專業(yè)知識和實踐技能兼?zhèn)涞娜瞬拧?/p>

1培養(yǎng)學科交叉復合型人才的必要性

染整作為紡織產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)之一，對提升紡織產(chǎn)品質量和附加值有重要影響，但近年來在發(fā)展中也暴露出不少問題，并日益成為制約本行業(yè)發(fā)展的瓶頸［2］。這主要包括：（1）染整企業(yè)生產(chǎn)中水、電、汽能耗高，導致能源緊張和生產(chǎn)成本不斷上升，企業(yè)凈利潤下降，影響了可持續(xù)發(fā)展；（2）染整廢水排放量大（占紡織行業(yè)污水排放量的60％），且廢水處理成本較高；（3）部分企業(yè)仍以粗放型和低水平方式生產(chǎn)，產(chǎn)品多為常規(guī)中低檔產(chǎn)品，附加值不高。因此盡管國內(nèi)染整行業(yè)產(chǎn)能水平不低，但從纖維制品前處理到染整廢水處理各環(huán)節(jié)成本不斷上升，導致多數(shù)染整企業(yè)利潤走低。為解決上述問題，有必要將相關學科的新技術與傳統(tǒng)染整生產(chǎn)技術相融合，借助于信息技術、數(shù)字技術、應用化學技術、生物技術等來改造和提升傳統(tǒng)的染整生產(chǎn)，通過新技術、新工藝、新設備和新助劑的應用，促使染整行業(yè)向著高效率、低能耗、少污染的方向發(fā)展［3］。近年來江南大學發(fā)揮學科門類較齊全的優(yōu)勢，在輕化工程專業(yè)碩士教學中推行了基于學科交叉互融的教改研究。目前通過與機械工程、顏色技術、應用化學、生物技術等學科交叉，培育出了包括新型染整裝備、納米印染技術、紡織生物技術等多個輕化工程專業(yè)碩士的教學和研究方向。其共同點在于培養(yǎng)具有復合技能的應用型專業(yè)碩士人才，立足于從紡織纖維制品前處理、染色、印花及功能化整理環(huán)節(jié)，最大程度地減少生產(chǎn)過程中水、電、汽等資源的消耗，降低生產(chǎn)排放，實現(xiàn)紡織品的清潔化生產(chǎn)。

2輕化工程與生物技術交叉復合型專業(yè)碩士的培養(yǎng)策略

生物技術是利用生物體制，以生物工程技術加工底物為原料來提供所需的各種產(chǎn)品或達到某種目的的新型跨學科技術。生物技術與紡織纖維制品的染整加工具有相關性，尤其在最近30年得到了快速發(fā)展。輕化工程與生物技術交叉研究的思路是借助于生物酶進行纖維前處理、染色后處理和功能整理。與傳統(tǒng)紡織品化學加工相比，生物技術與輕化工程相結合后能降低染整生產(chǎn)排放，實現(xiàn)溫和條件下高效節(jié)能加工。江南大學在生物工程、生物技術學科方面具有教學與科研優(yōu)勢，其中生物工程為國家級一類特色專業(yè)、江蘇省首批品牌專業(yè)。為順應生態(tài)染整的發(fā)展要求，我校結合這一優(yōu)勢將輕化工程與生物技術相交叉，形成了紡織生物技術研究方向，并構建了應用型輕化工程專業(yè)碩士人才培養(yǎng)體系。具體包括下述四個方面。

2．1導師隊伍建設

由于生物技術在染整中的應用以酶技術為主，因此對導師隊伍組成也提出了較高要求。一方面要求導師熟悉纖維的原料特點，染整加工原理，工藝和設備，纖維制品質量評價；另一方面也要求導師對生物技術的相關專業(yè)知識（如生物酶種類、酶學特性、應用效果評價方法等）有相當?shù)牧私猓η笸瑫r擁有兩個學科的知識結構。通過近10年的建設，我校紡織生物技術研究方向已建成了符合上述要求的導師隊伍。目前紡織生物技術方向的導師隊伍由10人組成，其中教授4人，副教授6人，具有輕化工程專業(yè)背景的博士4人、具有生物技術相關發(fā)酵工程專業(yè)的博士3人。在與生物技術交叉的纖維制品染整加工研究中，能從生物酶的菌種篩選、酶作用機理與酶學特性等方面，與纖維制品酶法加工很好地結合起來。在專業(yè)碩士培養(yǎng)過程中為提高人才培養(yǎng)質量和企業(yè)課題實施效果，鼓勵專業(yè)碩士導師走進染整企業(yè)，與學生一起分析和解決企業(yè)遇到的現(xiàn)場技術難題。另一方面依托企業(yè)設立的省企業(yè)研究生工作站、博士后流動站，聘請企業(yè)內(nèi)碩士生導師共同參與到課題實施中，以充實師資隊伍。

2．2課程體系和平臺建設

培養(yǎng)與生物技術交叉的輕化工程專業(yè)碩士，課程體系和研究平臺建設是基礎工作。為體現(xiàn)專業(yè)碩士課程的實用性和學科交叉性，教學改革中對原有課程組成、學時分配、課程考核方式進行了優(yōu)化。除了與紡織化學相關的專業(yè)課程外，增加了纖維素與蛋白質化學、紡織生物技術基礎、儀器分析等，其中纖維素與蛋白質化學區(qū)別于一般的紡織材料學，更多從分子和超分子結構層面分析其結構組成與其化學加工、生物酶處理的相關性；紡織生物技術基礎是專業(yè)知識交叉的主要課程，闡述生物酶種類、酶學特性、酶對纖維的作用機制、纖維結構與酶整理效率相關性、紡織品生物酶應用等內(nèi)容；儀器分析課程除介紹常見的高分子及纖維材料分析方法外，還補充介紹了與生物技術相關的測試手段如凝膠電泳、氨基酸分析等。通過上述理論課程學習，為后續(xù)纖維制品化學和生物酶加工研究奠定了理論基礎。在平臺建設方面，依托我校生態(tài)紡織教育部重點實驗室，建立了紡織生物技術研究室，為基于生物技術交叉的輕化工程專業(yè)碩士培養(yǎng)提供了保證。紡織生物技術研究室不僅擁有常規(guī)的纖維材料相關實驗設備與儀器，還建立了與生物技術相關的檢測與評價手段，滿足了常規(guī)從菌種篩選到纖維制品酶處理應用研究的大部分實驗需求。以紡織生物技術研究室為基礎，我校還聯(lián)合葡萄牙米尼奧大學成立了生態(tài)染整國際聯(lián)合實驗室，通過定期召開纖維生物加工技術學術會議，拓展了輕化工程專業(yè)碩士生的研究視野。

2．3構建以染整企業(yè)需求為導向的論文選題策略

由于輕化工程專業(yè)碩士不同于學術型碩士，論文選題應強化理論與應用實踐技能的結合，優(yōu)先考慮源于工程實際且對節(jié)能、減排和降耗有促進和引領作用的課題。我校論文選題立足于企業(yè)需求的酶法纖維制品染整加工研究，確立了紡織生物技術研究三個子方向：生物酶前處理；生物酶染色后處理；酶促功能化改性加工。（1）生物酶前處理包括纖維制品的酶退漿、酶煮練和漂白脫氧加工等。其中酶退漿是指采用商品淀粉酶和自主菌種篩選得到的PVA降解酶，取代燒堿法或氧化法進行棉型織物退漿，通過酶制劑水解布面淀粉或PVA漿料來降低前處理廢水的COD值。酶煮練應用于棉麻織物和彩棉織物，不僅可達到用堿法精煉的果膠去除效果，而且還避免了傳統(tǒng)堿煮練易造成的纖維損傷，對彩棉織物還可減少堿法易造成的色素流失和布面色變現(xiàn)象。在真絲織物加工中，生物酶前處理主要是借助于蛋白酶去除桑蠶絲表面的絲膠。（2）生物酶染色后處理旨在去除深色織物表明的浮色，提高織物的濕處理牢度。與傳統(tǒng)高溫皂煮相比，采用漆酶與較少用量的凈洗劑復配，不僅能有效去除織物表明未固色或結合力較弱的浮色染料，而且生物酶能有效對水洗液進行脫色，在一定程度上降低了染色水洗殘液的色度值，降低了染色廢水處理的負擔。（3）生物酶功能化改性是借助生物酶進行纖維制品的功能化加工，以提高產(chǎn)品的附加值。酶法纖維制品功能化改性的內(nèi)容較廣泛，包括以纖維素酶改善棉麻織物外觀光潔度和織物仿舊整理；以蛋白酶提高羊毛纖維制品的防氈縮性能，以谷氨酰胺轉移酶催化接枝氨基整理劑進行羊毛抗菌阻燃整理加工；以酪氨酸酶進行真絲織物抗菌防皺整理等。相較纖維制品的化學法功能化加工如高溫焙烘（如阻燃整理）、含氯整理劑（如羊毛防縮）、含醛樹脂（如防皺整理），盡管酶法加工成本略高，但在賦予纖維功能性的同時，能減輕化學法整理易造成的纖維損傷和環(huán)境不友好性。在上述子方向論文選題和實施前，專業(yè)碩士要先制定課題初步實施方案，探究酶法纖維制品染整加工工藝的可行性并開展預研工作。在此基礎上再制定詳細的工作計劃，并定期匯報課題進展情況。在研究中既要考慮纖維制品酶法加工的效果，同時也要兼顧在企業(yè)應用中工藝設備、生產(chǎn)成本和加工效率的匹配性。

2．4構建學科交叉復合型輕化專業(yè)碩士質量評價體系

傳統(tǒng)上對碩士質量與水平高低的評價主要是參照論文，包括完成的碩士論文、發(fā)表的期刊論文（SCI、EI、CSCD）的數(shù)量與等級。而輕化工程專業(yè)碩士是要培養(yǎng)掌握染整專業(yè)堅實的理論基礎和寬闊專業(yè)知識、擁有較強解決實際問題的能力，滿足實際工作需要的應用型高層次專門人才。因此專業(yè)碩士在培養(yǎng)質量評價方面要與學術型碩士有所不同，不能簡單照搬其評價體系［4］。參照既有部分高校實踐經(jīng)驗［5－6］，結合本專業(yè)實際情況，我校主要從專業(yè)知識能力、實踐動手能力、學術研究能力和創(chuàng)新應用能力四方面進行綜合評價。專業(yè)知識能力是指在研究生階段專業(yè)理論課程的學習成績，在實驗工作中表現(xiàn)出的對染整、生物技術知識的掌握與運用能力；實踐動手能力是指在實驗室或生產(chǎn)現(xiàn)場，對纖維制品酶處理加工過程合理安排和現(xiàn)場操作的技能，此方面企業(yè)導師的評價也是重要組成部分。學術研究能力評價側重于兩個方面：一方面評價學位論文階段性進展和完成情況，從開題報告、中期檢查結果、預答辯和答辯情況四階段，結合平時例會課題匯報來綜合評判課題工作量與論文水平；另一方面考察是否有與課題相關的學術或發(fā)明專利申請。由于多數(shù)論文課題與染整生產(chǎn)的相關度較高，因此專業(yè)碩士是否可公開或專利需與課題合作企業(yè)商榷確定。創(chuàng)新應用能力是指專業(yè)碩士在課題研究、實驗實踐中表現(xiàn)出來的個人綜合拓展能力。在纖維酶處理研究和實踐中，對能提出新方法、新工藝并有突出業(yè)績表現(xiàn)的創(chuàng)新型專業(yè)碩士，紡織生物技術研究室會給予適當?shù)募钆c表彰。

篇10

實驗教學是高等教育的重要組成部分。開放式實驗教學以培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能動性為前提，突出化學實驗的研究與應用。一改過去“照方取藥”的實驗教學模式，大學生可以根據(jù)自己所學化學理論知識與興趣選做專業(yè)內(nèi)實驗。在完成基礎性實驗內(nèi)容后，可酌情安排開放式化學實驗，其可以發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)其創(chuàng)新意識。鼓勵學生通過查閱相關知識領域文獻資料，設計和制訂可行方案。實驗完成后自行對所得數(shù)據(jù)進行處理與分析，考查學生解決問題和數(shù)據(jù)處理的能力。

多金屬氧酸鹽以其豐富的結構類型和特異、優(yōu)良的物理化學性質，在催化、材料科學、生物化學及醫(yī)學等領域具有廣泛的應用前景。本實驗以多金屬氧酸鹽為建筑單元、利用金屬離子配合物作為擴展結構的連接體，得到多金屬氧酸鹽配合物。該配合物耦合了多金屬氧酸鹽的催化性能和配合物結構的孔道結構，因此可以作為一種新型的光催化材料用于環(huán)境中污染物的降解。

本實驗以硅鎢酸H■SiW■O■、有機配體MOPIP、金屬鹽MnCl■?4H■O為反應原料，水為溶劑，在165℃的水熱條件下制備得到多金屬氧酸鹽配合物。通過X射線-單晶衍射、紅外（FT-IR）、熱重（TG）等實驗表征手段對配合物的組成和結構進行表征。利用紫外可見光譜（Uv-vis）對配合物光催化降解目標污染物羅丹明B和亞甲基藍的降解效果進行表征。為環(huán)境中有機染料的降解提供綠色新的解決方法。

1.實驗部分

1.1實驗試劑和儀器

鄰菲啉衍生物MOPIP配體按照已發(fā)表的文獻合成[1]，金屬鹽MnCl■?4H■O，硅鎢酸（H■SiW■O■），羅丹明B（RhB）、亞甲基藍（MB）和氫氧化鈉均在國藥集團化學試劑有限公司購得，且未做純化。布魯克公司SMARTAPEXⅡCCDX-射線衍射儀，Perkin-Elmer240C元素分析儀，NicoletNexus470FT-IR分光光度儀，Netzsch STA449C熱重分析儀，島津UV-2450紫外可見分光光度計。

1.2配合物結構的表征

配合物單晶結構采用布魯克公司SMART APEXⅡCCD X-射線衍射儀測定。配合物的元素（C，H，N）分析采用Perkin-Elmer 240C元素分析儀。紅外光譜是采用Nicolet Nexus 470 FT-IR分光光度儀，用KBr進行壓片，在400-4000cm■范圍內(nèi)掃描得到。熱重實驗采用Netzsch STA449C熱重分析儀，以10℃/min為升溫速度，在0℃至1200℃溫度范圍內(nèi)進行測定。

1.3配合物結構的制備

將反應物MnCl■?4H■O（0.048g，0.25mmol），H■SiW■O■（0.35g，0.12mmol），MOPIP（0.082g，0.25mmol）和H■O（18mL）放入燒杯中，在室溫下攪拌30min，并加入NaOH溶液調節(jié)pH為6，然后將混合物裝入25mL內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，在165℃下恒溫晶化5天，以5℃/h的速度梯度降溫至室溫。產(chǎn)物經(jīng)過去離子水多次洗滌、過濾后得到紅色針狀晶體，產(chǎn)率為59%。

1.4光催化降解羅丹明B和亞甲基藍的實驗

實驗以氙燈作為紫外光光源，羅丹明B（RhB）和亞甲基藍（MB）溶液的初始濃度為2×10■mol/L。稱取100配合物樣品，超聲分散在100mL羅丹明B（或者亞甲基藍）溶液中。將混合溶液裝入石英的反應瓶中，加入磁性轉子，連接好光化學反應器。實驗開始后，先在暗反應條件下攪拌30min，開燈后每隔30min抽取樣品溶液，離心，取上層清液，采用UV-2450紫外分光光度計對溶液中染料吸收峰的強度進行考察。

2.實驗結果與討論

通過X射線-單晶衍射、紅外光譜、元素分析、熱重等對配合物的結構進行表征，表明配合物的結構為雙核的結構，其可以通過π-π堆積形成一維鏈，并進一步擴展為二維平面結構及三維超分子結構。利用紫外可見光譜對配合物的光催化降解實驗進行考察，從譜圖中可以觀察到目標污染物羅丹明B和亞甲基藍的吸收峰明顯降低。此外用肉眼明顯看到，目標污染物羅丹明B的溶液由紅色變?yōu)榘咨瑏喖谆{的溶液由藍色變?yōu)闊o色。從上面的光催化實驗結果可以得到合成的配合物對染料具有廣泛性的降解效果。

學生通過本開放實驗學習和操作，可以掌握無機化學實驗中的基本操作，如準確稱量、配制溶液、pH值測定；儀器分析化學中關于利用KBr壓片法測定配合物的紅外光譜、熟悉和掌握紫外可見分光光度計、元素分析儀的操作步驟和準確使用。學生除了需要正確熟練地掌握上述化學實驗基本操作技能外，還應具有處理和分析數(shù)據(jù)能力，即使用計算機對上述得到的數(shù)據(jù)進行作圖和分析。其中包括運用Shelxl軟件對所得晶體數(shù)據(jù)進行解析，并用Diamond軟件畫出晶體結構圖；應用Excel和Origin軟件做出和處理紅光光譜儀得到的紅外譜圖，紫外分光光度計得到的催化降解譜圖，以及熱重分析儀得到的熱重圖譜。

此外，本開放實驗可以培養(yǎng)學生利用所學理論知識對譜圖進行分析，如紅外譜圖中吸收峰的位置應歸屬于何種基團的振動，熱重譜圖中每個階段的失重歸因于配合物種哪種基團的分解等。