我国国家科学基金化学科学重大项目简介

过渡金属原子簇化合物化学的研究——项目简介之十一过渡金属原子簇化合物的主要特征是:过渡金属原子一般形成多面体骨架,经常通过金属——金属键联结起来,周围配位着各种形式的若干非过渡元素原子或基团.这类化合物是近年来国内外十分活跃的化学前沿研究领域.首先,生物无机化学的研究表明,许多酶和蛋白(特别是金属酶)的活性中心是钼、铁、铜等过渡金属和硫等非过渡元素组成的簇合物,因此开展钼铁铜硫簇合物的基础研究,对于阐明酶和蛋白活性中心的作用机理进而实现化学     

应用于氧还原反应的非贵金属原子分散级金属-氮-碳催化剂的设计

为了进一步实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)能量转化技术的大规模开发和应用, 提高催化剂的成本效益是先决条件. 目前, 与铂族等贵金属基催化剂相比, 原子分散的金属-氮-碳(M-N-C)催化剂也在提高活性位点密度、 原子利用率和催化活性等方面表现出巨大的潜力, 是最有望代替铂基催化剂的首选材料. 在原子分散M-N-C催化剂的制备过程中, 获得活性位点均匀分散且结构体系最优化是挑战性问题. 基于此, 我们重点研究了各种有利于原子分散的M-N-C催化剂的制备方法, 以及不同催化剂中原子的化学环境调控对催化位点的影响. 本文从M-N-C催化剂的合成与表征、 反应机理、 密度泛函理论计算等方面进行了深入的探讨, 着重讨论了双金属位点、 原子簇结构和杂原子对催化位点的化学环境调控. 最后, 提出了原子分散M-N-C催化剂大规模应用存在的问题及进一步优化的发展方向.     

含杂原子杯芳烃的合成研究进展

综述了含杂原子杯芳烃的结构、命名方法、合成方法等方面的研究进展.指出在超分子化学领域,杯芳烃骨架结构的改变是杯芳烃研究的热点之一;与传统杯芳烃相比,在杯芳烃分子骨架中引入桥联杂原子或芳杂环后,不仅使得其在结构和分子识别方面产生新颖变化,而且使得其合成方法也发生巨大改变.     

分子电荷密度分布的拓扑学性质和分子中原子的定义

一、引言1897年 Dolton 提出了原子假说,标志着做为科学的一个分支——化学的诞生。从那以后,分子结构一直是化学研究的重要课题。按着 Dolton 的原子论,“原子保持它的性质不变,即使当它与其它原子结合时也是如此”。这就是说,原子做为客观的实体,它存在于分子之中,并通过键网络把它们联接在一起。     

原子分辨显微分析技术研究进展

非接触原子力显微技术(NC-AFM)近年来发展迅速. NC-AFM对单个分子的成像和谱学实现了原子分辨和单个化学键分辨. NC-AFM自身功能的拓展及其与不同探针技术的联用将为材料、物理、化学和生命科学有关的研究提供崭新的思路. 本文首先介绍NC-AFM和qPlus 传感器的基本原理, 然后讨论原子尺度的相互作用力和短程力的精确测量, 总结近年来NC-AFM在原子尺度的化学结构成像、化学识别、电子结构性质分析以及原子操纵技术中的研究进展, 并讨论了开尔文探针力显微技术(KPFM)在局域接触势差(LCPD)测量方面的应用. 最后展望了NC-AFM面临的挑战和发展机遇.     

初中化学“化学反应、原子、元素符号及分子式”的教学

前章教学目的是要说明“物质由分子构成”,再用分子学说解释物理现象——物理变化及物理性质;本章的教学目的是要进一步说明“分子由原子构成”,再用原子学说解释化学现象——化学变化及化学性质。所以第一、第二两章是初中全部化学的主干,就是以原子分子论为中心而研究物质的变化。本章编排的系统是。     

新课程高中化学“微粒性”观念的建构

化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。以新课程苏教版《化学1（必修）》《化学2（必修）》为例,探讨高中化学“微粒性”观念的建构,物质是由原子、分子或离子等层次的微粒构成的,化学反应是某一层次微粒的相互作用。     

单原子催化材料在电化学氢循环应用中的研究进展

单原子催化剂(SACs)是一类仅含有孤立的单个金属原子作为催化活性中心的催化材料. 由于其具有100%的原子利用率、 独特的化学结构及优异的催化活性等优点, 近年来在电化学催化和电能转换设备领域备受关注. 本文综合评述了单原子催化材料的设计理念、 合成方法和表征方法, 同时对其在氢电化学循环 (电解水制氢和氢燃料电池领域)的实际应用进行了系统介绍, 并对单原子催化材料的研究和应用前景进行了展望.     

Pt(PPh3)2-η2C60络合物的分子轨道研究

近年来,自Kratschmer 等人采用并不复杂的方法就能制备出宏观量的C_(60),人们对它的兴趣也从结构的研究逐渐转向化学性质的研究.C_(60)是目前自然界已知对称性最高的球状分子,每个C 原子都以接近sp~2杂化轨道和相邻的三个C 原子相联.C_(60)的NMR 化学位移以及闭壳层的电子结构和较宽的HOMO-LUMO 间隙,都说明它具有典型的芳香化合物——苯的某些特性.另外,掺杂(碱金属元素)后,它具有的导电性又表现出石墨具有的某些特点.     

化学基元组学与药物创新

化学基元组学(chemomics)是与化学信息学、生物信息学、合成化学等学科相关的交叉学科.生物系统从内源性小分子(天然砌块)出发,通过酶催化的化学反应序列制造天然产物.生物系统通过化学反应和天然砌块向目标天然产物"砌入"一组原子,这样的一组原子称为化学基元(chemoyl).化学基元组(chemome)是生物组织中所含有的化学基元的全体.化学基元组学研究各种化学基元的结构、组装与演化的基本规律.在生存压力和繁衍需求的驱动下,生物系统已经进化出有效手段来合成天然产物以应付环境的变化,并产生了丰富多彩的生物和化学多样性.近年来,人们意识到药物创新的瓶颈之一是药物筛选资源的日益枯竭.化学基元组学可以解决这个瓶颈问题,它通过揭示生物系统制备化学多样性的规律,发展仿生合成方法制备类天然化合物库(quasi natural product libraries)以供药物筛选.本文综述了化学基元组学的主要研究内容及其在药物创新各领域中的潜在应用.     

基于全散射技术局域结构确定与凝聚态物质

原子或分子的堆积方式和元素分布是凝聚态物质的核心问题,而局域结构的精确测定则为揭示原子堆积方式和元素分布提供了重要手段。获得与化学成键直接关联的局域结构信息,是人们认识化学反应,理解功能材料设计结构本质的重要依据。基于全散射技术的原子对分布函数方法(PDF),通过考虑原子对间距的空间分布规律,为具有不同结晶状态和团聚方式的凝聚态体系提供了全尺度的结构信息。本文从介绍全散射和原子对分布函数方法的理论基础出发,根据凝聚态物质的聚集形态差异和结构化学特点,列举了近年来在研究凝聚态物质的原子对分布函数过程中,结合原位温度场、反向蒙特卡洛等方法获得的物质局域结构信息和短程到长程的结构演变。通过分析局域结构与长程结构的对比差异,从局域尺度的视角为研究凝聚态物质的化学反应、功能物性优化和外场响应提供了新的思路。     

点击化学与活性自由基聚合联用构建特殊结构聚合物

点击化学由于其高效、可靠、高选择性等特点,一经提出便在复杂结构聚合物制备上得到广泛关注,而活性自由基聚合则具有聚合过程和聚合物结构可控等特点.本文综述了点击化学与活性自由基聚合方法如原子转移自由基聚合(ATRP),可逆加成断裂链转移聚合(RAFT),氮氧调控活性自由基聚合(NMP),以及原子转移氮氧自由基聚合反应(AT...     

化学短程序和中程序的Voronoi多面体分析

液体和玻璃中的化学短程序是其物理模型的一个基本问题.Voronoi 多面体的计算和统计,提供了一种研究原子间短程化学有序的方法.然而,Voronoi 多面体只能描述原子最近邻的局域堆垛结构,为考察化学有序与距离的关系,特别是短程序、中程序及其间的过渡,我们提出Voronoi 多面体套的概念,并建立了它的计算方法.Voronoi 多面体套(详称胀套Voronoi 多面体)是Voronoi 多面体的直接推广.随着胀套级的递增,它由近到远地描述了原子的各层次的近邻之堆垛结构,细致地刻划出化学有序     

呜拉嗪及其衍生物的合成研究进展

稠环芳烃具有独特的电子性质和光学性质,在有机光电材料领域应用广泛.向稠环芳烃骨架中引入杂原子可改变其电子结构,进而改变其物理、化学、光、电和磁等性质.在众多的杂原子中,氮原子是稠环芳烃中最常见的掺杂原子.呜拉嗪是芘的等电子体,又称吲哚并[6,5,4,3-ija]喹啉,是一种新型氮杂稠环芳烃.近年来,呜拉嗪在染料敏化太阳能电池等领域表现出了潜在应用,随后有关呜拉嗪的合成方法研究备受关注.总结了近年来呜拉嗪及其衍生物的主要合成方法.     

酶-金属单原子复合催化剂在一锅法生物-化学反应的应用（英文）

酶催化与金属单原子催化结合,理论上可开发众多新的绿色化学合成反应,是催化科学的一个重要研究前沿方向.酶-金属单原子复合催化剂兼具酶和金属单原子催化剂的高效、高立体选择性等优点.目前已成功构建的单原子分散金属催化剂的载体一般为刚性的无机载体,利用柔性蛋白分子作为载体制备单原子分散金属催化剂的技术瓶颈问题在于蛋白分子具有柔性、构象易变的特点,并且氨基酸残基与金属原子之间的相互作用力较弱,蛋白分子表面的氨基酸残基难以与金属单原子稳定结合.针对这样一个关键技术瓶颈问题,我们建立了酶-金属单原子复合催化剂的光化学合成方法.本文研究酶-金属单原子复合催化剂在生物-化学一锅级联反应合成联苯类手性醇中的催化性能.联苯类手性醇是手性药物的重要中间体,通常通过多步化学法或生物-化学级联法制备.相比于多步化学法,利用生物-化学级联反应制备联苯类手性化合物具有反应条件温和、选择性高、环境友好等优点.采用光化学法合成脂肪酶-钯单原子复合催化剂(Pd₁/CALB-Pluronic),通过球差矫正扫描透射电镜和扩展X射线吸收精细结构表征复合催化剂的形貌.首先研究了Pd₁/...     

氟原子在药物分子设计中的应用

含氟药物在临床治疗药物中占有相当比重.将氟原子或含氟基团引入到小分子药物中,是药物化学结构改造的重要研究策略之一.综述了氟原子在药物分子设计中的应用,氟原子或含氟基团的引入可以调节药物小分子的物理化学特性,改变小分子的药代动力学性质,提高药物的生物利用度;通过影响化合物的构象,增强配体与靶标蛋白的相互结合能力以及对其它靶标蛋白的选择性;通过阻断易代谢位点进而提高药物代谢稳定性等.     

二维TiC 层表面H2的化学吸附与物理吸附

第一性原理计算研究发现由于二维TiC单原子层具有高的比表面积与大量的暴露在表面的Ti原子,其是一种非常有潜力的储氢材料.计算结果显示H2可以在二维TiC单原子层表面进行物理吸附与化学吸附.其中化学吸附能为每个氢分子0.36 eV,物理吸附能是每个氢分子0.09 eV.覆盖度为1和1/4层(ML)时,H2分子在二维TiC单原子层表面的离解势垒分别为1.12和0.33 eV.因此,除了物理吸附与化学吸附,TiC表面还存在H单原子吸附.最大的H2储存率可以达到7.69%(质量分数).其中,离解的H原子、化学吸附的H2、物理吸附的H2的储存率分别为1.54%、3.07%、3.07%.符合Kubas吸附特征的储存率为3.07%.化学吸附能随覆盖度的变化非常小,这有利于H2分子的吸附与释放.     

大物理化学课程教学体系的形成和改革实践

1 国内外物理化学课程结构现状 物理化学是大学化学类专业的一门重要基础课.按照国内大学化学系传统的课程体系编排,一般先讲授无机化学、有机化学和分析化学等描述性内容较多的化学课程,在此基础上,以物理化学和结构化学作为各种化学现象的理论总结,放在高年级开设.最初,物理化学课程包括化学热力学、化学动力学、电化学等内容,后来又增加了统计热力学.结构化学则包括量子力学基础、原子分子结构和化学键理论、晶体结构等,后来又补充了分子光谱等微观结构测定的原理和方法.在具体处理上,物理化学和结构化学作为两门独立的课程开设,一般先开设物理化学,后开设结构化学.两门课程的内容互相独立,彼此之间没有明显的联系,任课教师各自授课,很少相互通气、交流和整合教学内容.     

二维TiC层表面H2的化学吸附与物理吸附

第一性原理计算研究发现由于二维TiC单原子层具有高的比表面积与大量的暴露在表面的Ti原子,其是一种非常有潜力的储氢材料.计算结果显示H2可以在二维TiC单原子层表面进行物理吸附与化学吸附.其中化学吸附能为每个氢分子0.36 eV,物理吸附能是每个氢分子0.09 eV.覆盖度为1和1/4层(ML)时,H2分子在二维TiC单原子层表面的离解势垒分别为1.12和0.33 eV.因此,除了物理吸附与化学吸附,TiC表面还存在H单原子吸附.最大的H2储存率可以达到7.69％(质量分数).其中,离解的H原子、化学吸附的H2、物理吸附的H2的储存率分别为1.54％、3.07％、3.07％.符合Kubas吸附特征的储存率为3.07％.化学吸附能随覆盖度的变化非常小,这有利于H2分子的吸附与释放.     

吡啶酮系偶氮染料解离平衡的^15NNMR和IR波谱

报道了四个富氮-15吡啶酮偶氮染料的氮-15核磁共振中β-氮原子的化学位移,研究了氮-15原子和pH值之间的关联.当样品溶液从酸性转成碱性,β-氮-15原子的化学位移从366-380PPM移到500PPM,相应于从腺型到偶氮阴离子结构.根据各种pH值的化学位移可计算腺结构的含量,用IR证实了这一系列化合物的酸碱离解平衡.在酸性或中性条件下,固态化合物的二个羰基吸收,在碱性条件下变成只有一个羰基吸收峰,其它官能团的吸收峰表明了与平衡的位移的相应变化.