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[成果] 1700470299 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:低维纳米碳材料因其独特的性能引起了学术界和工业界的广泛关注,被认为是最有可能替代硅材料的下一代电子器件材料,在信息、传感、显示和存储等领域有广泛的应用前景。低维纳米碳材料的可控制备、形貌和性能调控是实现其应用的前提和基础。围绕低维纳米碳材料制备的可控性差、生长机理不清楚和难以调控其性能等科学问题,该项目开展了创新性研究工作,形成国际特色的研究体系,所取得的主要科学发现点如下: 1)突破传统固态金属催化剂生长石墨烯的研究思路,开辟了基于液态金属催化剂生长高质量石墨烯的新方向,利用液态铜表面的各向同性消除了固态金属催化剂表面的不均匀性和晶界对石墨烯成核/生长的影响。系统研究了石墨烯成核、长大和刻蚀的微观动力学过程,实现了单晶石墨烯的快速可控生长和形貌/层数的有效调控,获得了单晶石墨烯阵列和高质量的石墨烯薄膜,促进了大规模、高质量石墨烯制备技术的发展。 2)实验上率先制备了氮掺杂的石墨烯样品,发明了高浓度氮掺杂的石墨烯单晶的低温生长技术,实现了石墨烯电学性能的有效调控,获得了空气中稳定的n-型氮掺杂石墨烯单晶材料。 3)发展了与硅电子学的加工工艺相兼容的石墨烯生长技术,提出了氧辅助、两步和接近平衡状态条件下的CVD法,在绝缘衬底上无催化生长高质量石墨烯的新思路,为石墨烯器件的直接构筑奠定了基础。 4)开发了石墨烯图案化及其修饰金属电极的新技术,借助咖啡环效应提高喷墨打印技术制备图案化石墨烯电极的加工精度,为高性能、低成本有机场效应晶体管的制备提供了有效途径,拓展了石墨烯的应用领域。 5)开展了碳纳米管的可控制备和性能调控的研究,开拓了可控制备纳米间隙电极的新方法,制备了分支和铁填充的碳纳米管,实现了对分支结构、数目、成分及填充位置的有效控制,并提出了气流波动或磁场诱导的催化剂粒子合并和分裂机理。实现了单壁碳纳米管的选择性分离/富集,对碳纳米管在电子学领域的应用具有重要意义。 该项目发表SCI论文59篇,包括J. Am. Chem. Soc.(5篇)、Proc. Natl. Acad. Sci.(1篇)、Adv. Mater.(19篇)、Acc. Chem. Res.(1篇)和Chem. Soc. Rev.(1篇),论文被SCI他引3962次,其中10篇代表作论文被他人引用2150次。研究工作多次被Materials Views (中国)、Chemitry World、Scienceness、NPG Asia Materials和科学网等学术网站进行亮点报道。研究成果获授权中国发明专利19项,签订了200万的专利实施许可合同。
[成果] 1700470158 北京
TP3 应用技术 电子计算机制造 公布年份:2017
成果简介:该成果属于先进制造与重大装备领域,围绕高性能高分子材料3D打印专用装备及专用料,构建了较为完整的原料到装备一体化系统。打破传统3D打印高分子制品的“有形无神”,使其能够成为承载结构件服务于中国航天航空、汽车及医疗等重要领域,解决了该技术尚不能广泛服务于中国工业化生产的主要问题之一。主要创新点包括: 1.创新性地研制了中低温/高精度激光控制系统:进行激光辐照下高精度中低温控制(100-400±10℃),保持高性能树脂处于最佳熔融成型状态;采用环状/主副双激光束构架,分别控制高性能树脂不同空间/时间的状态,实现树脂的直接熔融成型。 2.创新性地研制了基于高性能高分子材料的激光辅助熔融固化3D打印系统。针对以高性能高分子材料代表性的超高分子量聚合物难成型问题,构建用于此类材料成型的3D打印系统,填补国内外空白,为高性能、难加工高分子材料的加工成型提供解决途径。突破高熔点高强度、超高分子量和复合增强工程塑料粉末床激光选区烧结3D打印的系列关键技术,研制出针对上述材料粉末床激光选区烧结3D打印装备。 3.建立了激光辅助熔融固化3D打印系统专用高性能高分子材料体系。已研制出3D打印用各种高性能聚合物及其复合材料,以及树脂多相/多组分复合材料的结构与性能调控技术。实现微粉受迫熔覆成型技术。解决高性能聚合物熔点高、熔体粘度大、结晶不易控制等关键问题。通过树脂基体结构控制及加工助剂的选用,在保持材料优异物理性能的同时,提升其流动性、熔接性等加工性能,满足增材制造工艺要求,研发出具有自主知识产权的高熔体流动特性的增材制造专用高性能树脂材料。 该成果获授权发明专利49项,技术及相关产品可运用到航空航天、汽车等工业领域以及个性化定制辅助医疗器械,实现单件或小批量产品的快速制造。依靠相关激光技术辅助成型的3D打印装置及材料已实现产值2011.395万元。
[成果] 1700520070 山东
TQ0 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目属于绿色化工技术领域,精细化工是当今世界化学工业的发展重点,也是国家综合国力和技术水平的重要标志之一,在中国国民经济中占有重要地位。但是由于中国精细化工生产企业规模小和普遍采用间歇法为主的现状,难以实现零排放的清洁化生产工艺和全封闭的智能化生产方式,这已成为制约整个精细化工行业发展的瓶颈,因此国家中长期科技发展规划纲要明确提出将“流程工业的绿色化、自动化及装备”作为优先发展主题。水相有机合成作为国际上绿色化工的核心技术之一,经近四十年的研究,已在理论和实验室阶段取得了长足进展,但是由于一直未能突破水相非均相传质难和效率低、有机化工产品在水中难以分离与纯化、水介质难以循环套用的三大产业化共性关键技术难题,至今未能实现大规模产业化,因此水相有机合成大规模清洁化生产技术亟待突破。该项目以化学工业难度突出的精细化工产品为起点,选择具有代表性和普遍性的精细化学品为目标,重点攻克制约水相有机合成产业化的共性关键技术难题,创建清洁生产体系。主要创新点如下:创新点1:研究催化剂的组成效应、尺寸效应、晶面效应和界面效应对反应的影响规律,通过调控催化剂活性位点和载体界面,设计合成适用于水介质的多相催化剂,开发水相催化反应技术,构建与水相反应相匹配的高效催化体系,解决水相非均相反应传质难、生产效率低的产业化共性关键技术难题。创新点2:研究不同物料在水中的溶解度差异,利用各物料官能团性质,开发水相分离提纯技术,解决有机化工产品的分离提纯需要使用大量有机溶剂的共性关键技术难题。创新点3:研究分离产品后母液中残留组分的组成、性质、累积规律和敏感因素,开发特种净化技术,实现水的循环套用,解决水介质由于含有大量复杂有机成分,难以循环套用的产业化共性关键技术难题;针对精细化工生产过程中产生大量废盐的问题,开发耦合联产技术,变废盐为有用的资源,实现化工资源的可持续发展。创新点4:研究颗粒、气泡、液滴等对设备内流动、传递、反应过程的影响规律以及传质传热方式对非均相反应的影响,设计开发水相专用反应、分离和纯化设备,解决水相合成产业化的工程技术问题。以能量流高效利用和信息流智能管理为指导,开发连续化、智能化精准控制技术,解决精细化工产业间歇式操作难以实现全封闭智能化生产方式的难题,实现水相合成技术产业化从工艺到装备的绿色化、自动化。该项目已授权国家专利15项,发表论文4篇,出版著作1部,译著1部。已推广应用至农药、医药中间体和饲料添加剂等领域,近三年累计实现销售收入22.4亿元,利润4.1亿元,累计减排废水77.9万吨,废盐10.5万吨,废气9.8万吨,产生了良好的经济和社会效益。
[成果] 1800120482 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:2012-2017年,在国家973计划项目的大力支持下,北京航空航天大学、北京科技大学、中国科学院物理研究所、清华大学、北京大学和中国科学院化学研究所的相关团队针对“基于新型三维纳米结构的储能锂二次电池重要基础问题研究”的课题进行了深入研究,在高性能三维纳米结构电极方面取得了突破。此外,为了更好地探究材料的反应及作用机理,提供可靠的理论依据,课题组探索出一种新的测试方法——原位表征技术,对材料充放电过程实时表征。该文将从新型三维纳米结构电极、新型原位表征技术两方面简要介绍项目的新成果。1.新型三维纳米结构电极材料:三维纳米结构电极是近年来锂离子电池领域的研究热点,相比于二维电极的平面结构,其具有很多优势。比如,三维结构具有大的比表面积,增大了电极与电解液之间的接触面积,使电荷更容易在界面转移,从而提高了电池的充/放电速率;并且,对于在循环过程中体积变化较大的活性材料来说,三维结构中存在的空隙可以为体积变化提供缓冲空间,提高材料的稳定性和循环性能;此外,三维结构可以缩短锂离子在电极内部的扩散距离,减小电子、离子的传输路径。由于三维电极的以上优点,近些年一直致力于对其的研究,通过不懈地努力,设计并制备出了性能优异的三维纳米结构电极,按照电极的微观形貌,可以分为三维多孔结构、阵列结构和网络结构电极,如图1所示。2.新型原位表征在锂离子电池研究中的应用:对于新型锂离子电池电极材料的研究,表征相当重要,可以帮助课题组理解材料在充放电时的电化学过程及微观结构变化。传统的表征方法无法实时获取材料的结构等信息,对于纳米尺度的电极材料的研究具有一定的局限性,为此,课题组利用新的方法——原位表征,对电极材料进行更深入地研究。原位表征,包括原位X射线衍射、原位射线吸收谱、原位扫描电子显微镜等,应用于锂离子电池测试中,能够实时监测电极材料在不同循环条件下的物质、结构转化,并且能全面系统地理解锂离子电池平衡态与非平衡态过程中材料的变化特点,为反应机理的分析提供依据。以复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)/石墨烯复合电极作为负极,利用原位透射电镜探究了其在充放电过程中的反应机理。图3为不同循环次数下,MnFe2O4与石墨烯复合材料的形貌和结构变化。从图中可以看出,在充放电过程中电极材料的形貌发生变化,尤其是在首次放电后,颗粒尺寸明显增大,MnFe2O4发生颗粒的粉化,但由于石墨烯的固定作用,粉化的颗粒仍被石墨烯吸附,且在之后的循环过程中,材料仍有足够的空间来缓冲体积变化,因此,表观上显示出较好的循环性能。此外,通过原位表征还发现,首次循环后结构发生变化且并没有恢复晶体结构,说明首次的物质转化不可逆。而从第二圈开始,电极材料不再发生相变,说明嵌锂和脱锂反应过程可逆,这和电化学测试的结果一致。以上结果表明了原位表征在锂离子电池机理研究中具有直观、准确、全面等优点,为锂离子电池的研究提供了新的思路。
[成果] 1800120388 上海
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:我国近几十年来,工业不断发展,城市规模日渐扩大,随之而来的大气污染问题越来越受到政府和公众的关注。我国大气科学工作者在京津冀、长三角、珠三角等区域开展了长期定点的大气外场观测和污染时期的加强观测,发现我国近年来重霾污染天气短时间内细颗粒物(PM2.5)呈爆发式增长,表现为时间上具有突发性和持续性,空间上具有跨省际、跨区域蔓延的特征。我国多个研究单位对重霾污染形成过程的加强观测研究,初步认识了燃煤、扬尘、机动车、生物质燃烧、二次颗粒物形成等造成细颗粒物污染的来源,提出了区域大气复合污染机制概念初级模型。但是,对细颗粒物爆发增长的诱因、发生、发展机制还不清楚。该项目将在3年内开展以下几个方面的研究工作:大气现场综合观测研究。重点行业排放监测与评估。二次细粒子形成模拟研究。模式参数化及调控原理。
[成果] 1700350371 北京
TS8 应用技术 印刷 公布年份:2016
成果简介:该成果属于物理化学与材料科学交叉学科研究领域。中国印刷产业年产值超过万亿元,但面临传统感光冲洗工艺等带来的巨大环境压力。发展绿色印刷技术对于从源头消除污染、促进中国印刷产业的技术提升具有重大意义。该项目针对印刷产业链中的污染环节,以纳米材料的创新研究为基础,围绕材料表面浸润性调控与墨滴图案化的基本科学问题开展系统研究,发展了纳米材料绿色打印制版技术,提出并发展了包括绿色制版、绿色版基和绿色油墨在内的系统的纳米绿色印刷产业链技术,并拓展应用于印刷电路和纳米功能器件,推动了印刷产业的绿色化和可持续发展。取得如下创新性研究成果:1)突破传统印刷制版感光成像的技术思路,从微纳米结构调控界面浸润性出发,系统研究了纳米材料精细调控材料表面浸润性的原理和方法,利用打印纳米材料构建高反差的超亲油图文区与超亲水的非图文区,发展了纳米材料绿色打印制版技术,推动印刷制版技术从感光成像到数字成像的跨越,从源头解决传统制版过程的感光废液排放和资源浪费问题。2)系统研究了纳米材料对液滴的扩散、融合、聚并和转移等行为控制的基本科学规律,实现对液滴在不同材料表面浸润/去浸润行为的精确调控,发现了精准控制打印墨滴从零维到三维结构的规律和方法,形成对印刷技术的基本单元“点、线、面、体”精准控制的系统研究成果。3)突破印刷技术的精度极限,发展了“印刷”方式大面积制备纳米尺度精细图案和功能器件的普适方法,实现多种尺寸、形貌、结构和性质可控的纳米粒子的浸润性调控及自组装图案化,制备了一系列高性能的光电功能器件,大大拓展了印刷技术的发展空间。4)提出纳米绿色印刷制造技术并推动其产业化。围绕印刷产业链的关键污染环节开展系统创新研究,形成包括“绿色制版、绿色版基、绿色油墨”的完整绿色印刷产业链技术,并和企业合作推向产业化。该成果发表SCI收录论文185篇,其中影响因子大于10的48篇,论文被SCI他引4450次,10篇代表作论文SCI他引994次,有30篇论文被选为封面/封底论文,主持撰写英文专著一部,参加编写中英文专著7部。研究工作多次被ACS, Nature China, NPG Asia Materials, Nanowerk等进行亮点报道。获授权发明专利40项。该项目的研究成果成功实现技术转化。2010年以来,合作企业销售逾10亿元。
[成果] 1700320077 广东
O62 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于有机化学学科,相关研究是绿色有机化学的研究热点和前沿课题。项目以绿色、高效、可控的理念为指导,从化学键活化与转化过程中存在的关键科学问题入手开展系统、深入的研究,发现和发展了一些符合绿色化学基本原则的新反应、新方法与新技术,从根本上为解决高物耗、高能耗和高污染等挑战性难题提供了实践基础。项目的完成不仅推动了中国绿色有机化学的学科发展,促进与材料科学、生命科学等相关学科的交叉融合,而且为实现资源高效利用和减少环境污染提供了可借鉴的途径。主要科学发现点如下:发展了温和条件下氧气为氧化剂的氧化反应新方法及其理论。首次提出了过渡金属定向活化分子氧化学键的策略,设计了活化分子氧的新型过渡金属催化体系,实现了对活化中心-分子氧-底物的配位调控和选择性切断不饱和键,解决了在温和条件下氧气高效活化、反应选择性控制等挑战性难题;首次实现了不饱和烃断裂反应、双酯化和双羟基化反应,发展了氧气为单一氧化剂的氧化反应新方法及其理论,为若干功能有机分子与材料的绿色合成开辟了新途径。发展了基于稳定活性金属催化中心的高能单键定向活化与转化新策略。首次提出了通过载体稳定活性贵金属纳米粒子、配位活化高能单键等策略,设计了金属纳米粒子高度分散的新型MOFs催化剂,解决了无导向官能团分子中碳氯键、碳氢键等高能单键在温和条件下的定向活化与转化难题,实现了苯、甲苯和氯苯等有机物的高效转化、废物减量化与高原子利用率,发展了具有原子经济性特征的系列有机反应新方法。首次提出了活性序列定向设计策略并实现了多组分或多化学重键并存状态下化学反应原子经济性和步骤经济性的统一。运用汇聚性和活性序列设计策略揭示了化学键选择性切断与重组的制约因素与本质规律,减少了化学反应过程中一些必需的衍生化步骤,实现了多种反应组分或多类化学重键并存的情况下原子经济性和步骤经济性的完美结合,解决了复杂化学键有序构建和多样化构建的难题,发展了若干实用的和环境友好的新合成方法。研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Chem. Sci.和Acc. Chem. Res.等权威刊物上。8篇代表作SCI他引500次,20篇主要论文SCI他引1444次,4篇论文入选化学领域ESI 1%高被引论文,SCI他引100次以上论文6篇,单篇最高SCI他引192次。发展的合成新方法被相关研究小组用于构建内酯、杂环及光电材料等功能分子之中。项目组入选教育部长江学者与创新团队发展计划,获国家杰出青年科学基金和国家优秀青年科学基金资助各1人,获德国洪堡基金资助2人,获全国百篇优秀博士学位论文提名奖2人,获教育部学术新人奖3人,入选Elsevier 2014年中国高被引学者1人。项目组成员多次在国内外召开的学术会议做大会报告。部分成果获得2010年广东省科技一等奖。
[成果] 1700320026 北京
O6-0 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:有机和碳材料具有重要的光电功能,但是由于该类材料中存在强烈的电子-振动耦合和电子相关性、多体效应显著,无法用常规的计算方法模拟。该项目从激发态和电荷动力学与分子和晶格振动相互耦合的基本理论模型出发,面向有机和碳材料的光电性能,建立了新模型和新方法,取得以下创新成果:有机发光内量子效率能否超过25%的极限是国际上十分关注的问题。根据前期帅志刚等提出的有机电致发光的内量子效率取决于单态/三态激子形成率之比、从而可超过25%的自旋统计极限的学术思想,该项目进一步给出激子形成比只依赖激发态能级排布的直接表达式,并预言该比例与外电场相关。已得到日本科学家实验的直接验证,并用来拟合实验曲线;还被新加坡和美国科学家应用于分子设计,获得单线态激子形成率达到62.5%的有机荧光材料。发展了计算分子激发态辐射与无辐射衰变速率的含时振动关联函数方法,首次实现发光量子效率的第一性原理计算,计算程序被哈佛、斯坦福、莫斯科大学等学术机构和三星等有机发光领头企业使用,下载量达1600多次。结合QM/MM计算定量揭示了分子聚集诱导发光奇异现象的内在机理,得到美国化学会网站“heart cut paper”的特别报道,被唐本忠院士引用为“Shuai’s theorem”,“Shuai’s team has played a leading role”。提出局域电荷的核隧穿模型,并采用透热波函数直接计算分子间电子耦合,结合随机行走模拟,建立了一套从微观电荷转移到介观输运的多尺度方法。研究表明量子振动引起的核隧穿效应是理解有机半导体局域电荷传输的核心因素,成功解答光谱实验给出局域电子态而电学实验给出扩展态的困惑,得到美国化学会网站Noteworthy Chemistry以“predict carrier mobility in organic semiconductor”为题的报道。预言了(分子间的)动态无序对迁移率没有影响,这与传统观念完全不同,已被美国科学家的实验证实。计算方法被哈佛、伯克利等学者认为是significant advance, improved considerably。核隧穿模型还被Nat Commun用于澄清对共轭聚合物导电机制的长期争论。针对碳基材料的电导问题,率先运用形变势模型实现迁移率的第一性原理预测,发现了石墨烯纳米带的迁移率随宽度变化的尺寸效应以及新型碳材料石墨二炔的高迁移率特性,关于石墨炔的迁移率可以高过石墨烯的结论被美国两院院士Rogers在Nature上发文引用点评、高度重视,计算方案被国际上众多研究组用于层状过度金属硫化物及合金、纳米管、钙钛矿等新型光电材料。该项目的8篇代表性论文发表在J Am Chem Soc, Adv Mater等杂志上,被SCI他引665次。20篇主要论著被Nature及子刊、Chem Rev、J Am Chem Soc等SCI他引1182次,其中应Springer邀请撰写的英文专著发表后下载量达4500多次。
[成果] 1700300157 山东
TQ0 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于绿色化工技术领域。 针对精细化工产业普遍存在的低水平重复建设,同一领域同一档次产品恶性竞争,高精尖精细化学品匮乏,三废产生量大等一系列问题。该项目以“绿色化工,清洁生产”为核心,以甜菜碱盐酸盐和叠氮化钠为突破口,着眼于利用现代有机合成技术改造传统产业,变落后产能为优势产能,解决制约精细化工产业发展的瓶颈问题,从本质上达到节能减排、环境友好的效果。 主要技术内容及创新点: 甜菜碱盐酸盐:开发了氯乙酸甲酯化-季铵化-清洁水解反应制备甜菜碱盐酸盐新工艺,整个工艺原子利用率接近100%,基本实现三废零排放,达到真正的绿色环保。 A、开发氯乙酸甲酯和三甲胺季铵化反应制备甜菜碱甲酯盐酸盐新技术,实现三甲胺的近似定量转化,从根本上克服了传统碱法工艺中氯乙酸转化率低、三甲胺过量、产品毒性大、三废排放量大、环境污染严重等关键技术难题。 B、开发高效分子筛催化甜菜碱甲酯盐酸盐水解制备甜菜碱盐酸盐新技术,催化剂可回收利用,母液可循环套用,产品灼残达到ppm级,解决了碱法工艺废盐废水量大和产品灼残高等难题。 C、开发低浓度甲醇水相合成氯乙酸甲酯新技术,解决甜菜碱甲酯盐酸盐水解反应产生的稀甲醇去向问题,实现整个产业链的循环套用。 叠氮化钠:开发了硝酸-异丙醇法叠氮化钠水相合成新工艺,反应介质以水代醇,经济环保,中间体亚硝酸异丙酯相对于亚硝酸乙酯氧化性更低,解决了叠氮化钠在反应中分解的问题,以硝酸代替硫酸,变低附加值的硫酸钠为高附加值的硝酸钠。 A、开发叠氮化钠水相合成新技术,创新性地以水代替传统工艺中的乙醇,环境友好,解决了传统工艺中使用有机溶剂易造成环境污染的难题。 B、开发亚硝酸异丙酯法制备叠氮化钠联产硝酸钠新技术,实现液液两相反应,亚硝酸异丙酯毒性更低,安全性更高,联产的硝酸钠解决了废盐问题。 C、开发叠氮化钠母液循环套用新技术,分离叠氮化钠后的母液可循环套用60次以上,提高了原料利用率,极大减少了有毒废水的排放,解决了传统工艺废水排放量大,三废治理难的关键技术难题。 授权专利情况: 该项目在实施过程中共申请国家专利11项,已授权国家发明专利3项,实用新型专利2项。 技术经济指标: 该项目整体技术达国际领先水平,先后转让给山东艾孚特科技有限公司、山东瑞弘生物科技有限公司及江苏华旭药业有限公司,获得技术转让资金5200万元。 应用推广及效益情况: 该项目技术已推广应用到山东艾孚特科技有限公司、山东瑞弘生物科技有限公司及江苏华旭药业有限公司,近三年新增销售额32217.56万元,新增利润5357.63万元,新增税收931.19万元。该项目产业化的顺利进行对该省传统精细化工产业变落后产能为优势产能以及提升产业绿色化、安全化水平具有深远意义,也为该省精细化工产业调结构、转方式、促升级提供了有力支撑,对中国精细化工整体技术水平的提高起到了示范作用。
[成果] 1700310010 河北
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于超分子自组装与胶体界面化学领域。新型自组装纳米材料是近年来发展起来的新型纳米材料,设计制备和调控若干功能纳米组装材料,为功能纳米组装材料在生物医药、功能材料、工业催化、污水处理等方面的应用提供实验基础。该项目在国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省高校百名优秀创新人才支持计划等项目的支持下,围绕功能纳米组装材料的设计制备和潜在应用中存在的主要问题,研究功能纳米组装材料的制备与组装机理,阐明了对二维薄膜材料、三维凝胶材料、纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合材料的化学修饰、结构改性与自组装规律,取得了若干创新性研究成果,形成了自己的研究特色,其主要科学发现如下:1.功能自组装二维LB膜的设计制备与结构调控。设计合成若干具有不同分子结构、间隔基的若干bola、gemini等功能两亲分子,制备自组装二维LB膜,对薄膜材料中的超分子组装体的聚集模式、表面形貌以及手性开关等性能进行了详细考察,研究了若干因素对自组装过程的调控与组装原理,拓展了领域研究对象,为深入研究超分子自组装和材料构效关系提供依据。课题组在国际上首次报道了席夫碱为头基的具有不同间隔基的非电荷gemini分子的自组装二维LB膜,对超分子组装体的组装机理、纳米结构与调控因素进行了详细的研究。2.功能三维超分子凝胶的设计制备与组装机理探讨。设计合成若干功能偶氮苯酰胺化合物,研究了在三维有序超分子凝胶中的凝胶化行为、组装规律与光致异构现象;考察了胆固醇、疏水烷基、取代基团、分子骨架、溶剂种类等因素对自组装过程的影响与调控。课题组在国际上首次报道了含有不同分子结构的胆固醇、取代烷基链取代偶氮苯衍生物的超分子凝胶,研究了在溶液和凝胶中的光致异构现象与组装机理。3.功能纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合组装材料的设计制备与吸附性能。设计制备若干功能氧化锆/磷酸锆纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合组装材料,借助载体表面荷电性质对纳米颗粒分散、活性的促进作用及载体固定荷电功能基团产生Donnan膜预富集-强化传质特性,有效解决了传统复合吸附材料存在的纳米颗粒易团聚、工作吸附效率低、吸附传质性能不佳的缺陷,为实现重金属污水净化和安全控制提供理论基础和技术支持。研究成果已经授权若干国家发明专利,取得创新性成果。该项目的研究成果已经在Advanced Materials、ACS Appl. Mater. Interfaces、Langmuir、Journal of Physical Chemistry B、Chemical Engineering Journal、Scientific Reports等国际著名SCI收录期刊上发表论文120余篇。上述指明的2014年1月1日以前发表的20篇SCI收录论文,共被SCI引用270次,其中他人引用140次;其中8篇代表性SCI论文共被SCI论文引用161次,其中他人引用88次,包括Chemical Reviews、Progress in Polymer Science等国际顶级SCI期刊论文,均为正面引用。研究成果被国际著名论文评论网站Advances in Engineering颁发Key Scientific Article Certificate证书。
[成果] 1700320136 北京
TN3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目隶属于物理化学领域的前沿科学,其研究涉及化学、物理、电子及微电子等学科。项目组围绕“有机场效应晶体管基本的物理化学问题”,在高性能有机场效应材料、材料凝聚态结构和性能的关系、场效应器件方面开展了系统的研究,取得了系列创新性成果,解决了有机场效应晶体管面临的一些基本的物理化学问题,形成了国际特色。主要科学发现如下:发展了系列综合性能优异的有机场效应材料,提出了迁移率高、稳定性好场效应材料的设计思路和合成策略。针对并五苯分子中活泼的二烯单元导致的稳定性差的问题,项目组设计合成了新型硫杂并五苯类似物,成功地克服了这一问题,实现了良好的稳定性和优异的场效应性能;发现具有紧密分子堆积的α-酞菁氧酞具有优异的场效应性能,其薄膜迁移率接近10 cm<'2>V<'-1>s<'-1>,当时报道最高值。国际同行以“recent discovery, the best, the highest performance”等确认了这些工作的原创性和重大科学意义。基于这些突出成果,项目组受国际著名期刊Chem. Rev.的邀请,为其撰写了“有机场效应材料”的邀请综述。发明了系列独特的有机微纳晶及其场效应晶体管的制备方法,利用有机微纳晶,揭示了有机场效应材料凝聚态结构和性能的关系,指导了分子的理性设计和合成,推动其器件应用。为了揭示材料的本征电荷输运性能,项目组发展的“有机微纳线模板法”,能够在亚微米宽,几个微米长的晶体上实现器件的制备,为有机半导体凝聚态结构和性能的关系研究,提供了强有力的工具和平台。国际同行以“the first, the best, the highest, opens a new door”等确认了该项工作的原创性和重大意义。基于该项工作的原创性,项目组受国际著名期刊Acc.Chem. Rev.的邀请,为其撰写了“有机微纳晶”的邀请文章。从能级、微结构、界面等关键物理参数出发,优化器件,实现了高性能有机场效应晶体管及新功能器件的构筑。在前期研究基础上,项目组针对界面上陷阱、晶界、缺陷难于控制,电子行为研究困难的挑战,利用晶格参数匹配的酞菁铜和全氟酞菁铜,构筑了有机半导体单晶异质结,发现异质结界面具有良好的双极性电荷传输特性和光伏响应特性。以全氟酞菁铜晶体作为半导体,利用场效应,实现了光生激子的高效分离和载流子的高效输运,制备了高性能的n-型光控场效应晶体管。国际同行以“the first, open up new areas, represents a rapidly advancing field of research”等确认了工作的原创性和重大意义。受国际著名期刊Chem.Rev.的邀请,撰写了“有机场效应晶体管制备表征”的综述。这些创造性贡献,为场效应分子材料的设计合成提供了新策略、场效应材料的物性研究提供了新方法、高性能有机场效应晶体管及新功能器件的构筑提供了新思路、对国际上这一领域的发展起到了引领作用,为有机场效应晶体管的应用和有机电路的研究奠定了坚实的科学基础。该项目在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Acc. Chem. Res., Chem. Rev.等权威杂志上发表论文20篇,SCI他引2703次,8篇代表性论文SCI他引826次,受到国内外同行的高度评价,国际著名科学家如剑桥大学Henning Sirringhaus教授、马普高分子所Klaus Muellen教授、斯坦福大学Zhenan Bao教授等都明确指出了该项工作的原创性和重要科学价值(the first或opens a new door等)、器件性能优越(the best或the highest performance等)。
[成果] 1700300439 山东
R44 应用技术 医学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目针对与重大疾病相关的生物标志物超灵敏检测,开展了一系列国际前沿性的研究工作。将多色量子点、微流控技术与单分子检测技术有机结合,创建了一整套先进的单分子检测理论体系,构建一系列多功能的纳米光学探针与高灵敏光学检测技术,实现了对重大疾病生物标志物的准确、快速、超灵敏、高通量的检测,为临床的诊断和治疗提供了理论依据和实际应用价值。 主要创新性研究成果包括: (1)联合脂质体-量子点复合物和单分子检测技术实现了目标DNA的超灵敏检测。无需扩增,检测限可达10-18M,较传统的单个量子点DNA探针和荧光标记的微球DNA探针灵敏度各提高了3个数量级和5个数量级。可以用于多种目标DNA分子、蛋白质和miRNA的同时检测,对于重大疾病生物标志物的超灵敏检测提供了全新的解决方案。 (2)通过整合SNAP/CLIP-Tag翻译技术并结合全内反射荧光成像技术,实现了在单分子水平上对多个小泛素样修饰的同时检测。该检测技术不仅灵敏度高,而且还可以在各种不同生理条件下对小泛素样修饰水平进行比较。这一新方法为蛋白质翻译后修饰相关研究提供了新的思路和方法。 (3)首次发展了一种在单分子水平上定量测量量子产率的方法。该测量方法简单、准确,可测得与光谱方法测量相符合的量子产率。不仅可以测量有机染料的量子产率,而且也可测量量子点的量子产率,还可延伸至其他各类荧光材料的量子产率测量。 (4)通过基于超分支滚环扩增和等温指数扩增方法分别检测DNA甲基化和生物分子。基于超分支滚环扩增和甲基化特异性连接,可实现DNA甲基化的高灵敏度检测,实现0.01%DNA甲基化水平的分析。基于等温指数扩增,联合化学发光技术,实现对细胞端粒酶活性的实时检测,检测限可达一个细胞水平;结合SYBRGreen1染料,实现MicroRNAs的高灵敏检测。以上检测方法可适用于多种生物标志物的检测,有望进一步拓展至疾病的临床诊断。 (5)基于单分子荧光共振能量转移技术(FRET)检测miRNA和肾素。联合两步等温扩增实现对miRNA的超灵敏、特异性检测,检测限达0.1aM。利用肾素自身催化特性,形成以单个量子点为基础的荧光共振能量转移(FRET)机制,检测灵敏度可达到25pM。以上方法在检测灵敏度方面取得突破,引起研究者对该方法的沿用与广泛关注。 项目执行期间,项目负责人张春阳教授获得国家杰出青年基金,主持国家科技部973计划子课题1项、中国科学院“百人计划”择优支持项目1项(结题评为优秀)、中国科学院知识创新工程1项。主持课题包括国家自然科学基金杰出青年基金1项、国家自然科学基金重大仪器研制专项1项。项目负责人张春阳教授入选山东省泰山学者优势特色学科人才团队领军人才和科技部创新人才推荐计划。申请发明专利8项。相关研究成果在J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Edit.,Anal.Chem.等国际重要学术期刊上发表SCI收录论文共计30篇,平均每篇影响因子大于6,累积影响因子达到185.517,总引用次数达867次,被Science,Nat.Mater.,Chem.Rev.,Chem.Soc.Rev.,J.Am.Chem.Soc.等权威期刊正面引用及报道。8篇代表性论文均在JCR期刊分区Q1区,引用总频次295次,其中单篇最高论文SCI他引次数为84次。
[成果] 1700300473 山东
X82 应用技术 环境监测 公布年份:2016
成果简介:该项目属于环境分析化学领域。 环境污染日益加剧严重危及生态环境与人类健康。由于环境污染物种类繁多、许多污染物含量低危害大、介质复杂,样品前处理复杂,样品分析大多需要大型仪器、操作过程繁琐,难以实现现场分析,因此发展复杂环境介质中污染物的简单、快速、实时的分析监测方法,阐明环境污染对人类健康的危害是环境分析化学亟待解决的难题。该项目立足于学科发展,面向国家与社会需求,综合运用环境科学、材料化学和分析化学等多学科知识,发展了复杂介质中典型污染物的高灵敏、高选择、现场快速简便分析新原理、新材料与新方法,在国际上产生了重要的学术影响,推动了环境分析监测技术的发展,对保护海岸带健康生态环境意义重大。主要包括三项系统性科学发现: 基于新型分子印迹的样品前处理。针对环境样品基质复杂,难以有效分析低含量目标污染物的难题,利用分子印迹聚合物对目标分析物具有特异识别作用,创新地发展了系列基于新型印迹材料的样品前处理:核-壳纳米印迹材料、中空多孔印迹材料和多模板印迹材料等,降低、消除了基质效应,选择性浓缩富集了目标污染物,为解决复杂基质样品中低含量目标物分析检测提供了新策略。相关工作2次应邀为ChemicalSocietyReviews撰写主题评述,引领了该领域的发展。 基于材料界面效应的纳米光学探针。针对传统的重金属离子分析检测方法具有操作过程繁琐,不利于实时快速分析的难题,利用纳米材料具有的特殊界面效应:颗粒尺寸、形状和距离等参数改变引起的紫外可见、荧光和表面增强拉曼散射等光谱变化,发现了基于纳米尺度材料界面效应的传感调控新机理,构建了系列功能化纳米光学探针,用于简便、快速、灵敏检测重金属离子,为重金属离子的实时快速分析提供了新思路。相关工作应邀为ChemicalReviews撰写专题评述,为Springer出版社撰写英文专著1部,为科学出版社撰写《纳米分析方法与技术》专著1部。 生物体内源活性物种变化成像探针。针对传统的分析方法难以实现污染胁迫下,生物体内源活性物种变化的实时、动态分析监测的难题,研发了系列生物相容性好、快速响应、稳定性好的荧光探针,集细胞定位、离子分子捕获和信号输出等功能于一体,用于生物体内源活性物种的原位荧光成像分析,为阐明污染物如何引发病变的分子机制提供了研究积累。基于H<,2>S相关工作为ChemicalCommunications撰写Feature论文。 该项目新发现推动了多学科交叉解决复杂环境介质中污染物分析监测研究的发展,被国内外科学家大量引用和高度评价。发表SCI论文100余篇,SCI他引3500余次,授权发明专利10余项,出版中、英文专著2部。20篇主要论文全部为JCR1区论文,他引1600余次。8篇代表性论文发表在ChemicalReviews,ChemicalSocietyReviews,ACSAppliedMaterials&Interfaces,ChemicalCommunications等国际著名刊物上,SCI他引1058次,ESI高被引论文2篇。基于该项目,1人入选“百千万人才工程”国家级人选、被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号,1人获中科院“百人计划”终期评估优秀;1人获中科院“院长特别奖”、2人获“院长优秀奖”、1人获教育部“博士生学术新人奖”。
[成果] 1700300443 山东
O63 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:高分子链的化学结构决定了其基本物理、化学性质,而高分子材料各项物理机械性能及功能性则与结晶形态、晶型结构及取向排列等密切相关,对高分子多层次结构的深入解析及精确调控是获得高性能聚合物材料的基础,对高性能聚合材料的研发具有重要的理论指导意义。该项目建立并发展了综合运用振动光谱、电子显微镜及同步辐射光源X-射线衍射技术研究高分子多层次结构的方法,主要对导电高分子聚噻吩、生物塑料聚乳酸等高分子的多层次结构从实空间到倒易空间,从微米尺度到分子尺度进行了全方位,多尺度的解析;阐明了聚合物表面附生结晶的分子机制及若干相转变机理,发现几种介于高分子稳定晶型与非晶相间的介晶相和无序晶相,并首次解析了这些亚稳相的特征谱带,建立了聚合物无序晶型结构的光谱表征方法;在以上研究的基础上,建立了多种对高分子凝聚态多层次结构进行调控的方法。取得的主要研究成果如下: 1)综合运用红外光谱及同步辐射光源等技术,建立了导电高分子聚烷基噻吩(P3AT)多晶型结构与其光谱间的响应关系,通过创新制样方法,制备了高结晶度的聚三己基噻吩(P3HT)样品,发现了其FormΙ'新晶型并系统研究了聚烷基噻吩的相转变行为,发展了其多晶型的调控技术并阐明了其有序晶相向无序序晶相的相转变机理。 2)发现了聚乳酸的介晶相(mesophase)及其特征红外光谱。红外光谱的解析表明,该介晶相的链构象及链间排列都存在某种程度上的无序,其本质上也是一新的亚稳态高分子介晶相。运用红外光谱技术,原位研究了聚乳酸物理老化过程中的结构演变机制及其动力学过程,首次提出物理老化形成的局部有序结构可归属为介晶相,这突破了过去的几十年中研究者习惯用构象调整及模糊的局部有序概念来描述玻璃态高分子材料物理老化时所形成微量有序结构的思想。 3)全面深入探讨了固体表面聚合物结晶的分子机制,证明聚合物附生结晶的本质是分子链间的相互作用,阐明了聚合物在固体表面附生结晶所形成独特结构及结晶形态的机理,明确了晶格匹配对聚合物结晶动力学以及结晶结构与形态的重要影响,发展了采用表面诱导结晶控制聚合物多层次结构并进而调控其性能的方法,实现了高熔点聚合物在低熔点聚合物取向基质上取向附生。 以上研究为理解高分子多层次结构领域一些基本科学问题提供了新方法、新观察与新思路。不仅完善了聚合物结晶理论,而且建立了对聚合物多层次结构精确调控的方法,为具有指定性能及特殊结构聚合物材料的定制发展了新技术。研究成果获得中国化学会高分子科学创新论文奖及中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖,该项目共发表SCI收录文章100余篇,所发文章被包括ProgressinPolymerScience、JournaloftheAmericanChemicalSociety、AdvancedMaterials,AdvancedFunctionalMaterials和Macromolecules等在内的国际重要SCI期刊文章他引两千余次,上述研究的8篇代表性工作中有6篇发表在高分子物理领域最有影响力的国际学术刊物Macromolecules上,其中有3篇发表在Macromolecules的代表性论文被全球高分子领域最有影响力的学术刊物ProgressinPolymerScience(SCI影响因子27.184)的多篇论文所引用并做出高度评价。
[成果] 1500520034 北京
O63 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目为基础研究,属于“功能高分子”与“光化学”交叉学科领域。发展重大疾病的早期、高灵敏诊断与治疗新材料与新技术对提高国民健康具有重大意义,是国家“十二五”科学和技术发展规划中的重点领域之一。基于分子水平的生物检测体系中由于生物探针分子与大多数的目标生物分子结合后其光学信号或电子特性不会发生显著变化,可满足临床实时、简便应用的生物分子传感体系相当有限。如何理解和认识具有信号放大功能的分子体系,并将其作为信号传导基元把生物分子结合事件的信息转化为可测量的光信号,这是该领域的核心科学问题。在分子水平上正确理解分子材料中的基本物理化学过程,设计发展光学功能化学分子及其检测体系是推动该领域获得突破性进展的关键。该项目以共轭聚合物为研究对象,利用其独特的π电子共轭结构与光学信号放大特性,建立和发展了基于荧光共振能量转移机制的快速、简便生物识别与检测方法,实现了重大疾病相关的基因、蛋白分子的高灵敏检测并获得与肿瘤的关联性信息;在该基础上设计了高效抗菌体系,实现了共轭聚合物在疾病治疗中的新应用。该研究在国际上获得了广泛关注和高度评价,将共轭聚合物的设计及其在生物领域应用的基础研究推向了一个新的层次。主要科学发现如下:1.设计合成了一系列新型水溶性共轭聚合物材料,阐明了它们的分子结构、聚集态与光物理性质的关系,通过高效荧光共振能量转移机制发展了生物识别与传感新方法。考虑分子间的化学作用力调控,研究了分子结构、聚集态与性能之间的关系,获得大吸光截面、高荧光亮度以及稳定性好的水溶性共轭聚合物。首次利用阳离子聚芴与荧光共振能量转移技术,实现了DNA甲基化的高灵敏检测,阐明了基因启动子的甲基化程度与肿瘤之间的关联性,揭示了联合多基因指标实现结肠癌早期诊断的可行性。2.通过水溶性共轭聚合物识别信号传导调控,实现了蛋白质高灵敏与高选择性传感,开创了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选新思路。通过构建共轭聚合物/酶底物分子体系,成功实现了酶活性的高灵敏与高选择性检测,并用于酶抑制剂的高灵敏筛选;针对病原菌日趋严重的耐药性问题,首次构建了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选体系。3.利用共轭聚合物髙效能量转移机制,提出了共轭聚合物疾病治疗应用的新策略。设计合成了新型水溶性聚噻吩,通过其与卟啉受体分子的高效能量转移,提髙了活性氧产生的效率以及抗菌效果,为发展新型的高效抗菌光敏剂提供了新方法,同时为克服细菌对抗生素的耐药性提供了科学依据。该项目在Nat.Protoc.(1篇)、Acc.Chem.Res.(1篇)、Chem.Soc.Rev.(1篇)、J.Am.Chem.Soc.(5篇)、Angew.Chem.Int.Ed.(4篇)以及Adv.Mater.(6篇)等杂志上发表核心论文20篇,SCI他引1314次,8篇代表性论文SCI他引747次。论文多次被同行在Chem.Rev.、Acc.Chem.Res.、Chem.Soc.Rev.、NPG Asia Materials以及Nano Today等学术杂志以及Nature China、RSC Chemistry World、Wiley Materials Views等学术网站作为亮点报道。项目成果获授权中国发明专利7项,获2014年度北京市科学技术一等奖。
[成果] 1600060023 北京
O 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:分子材料与器件的研究是21世纪化学的重要研究方向之一,属多学科前沿交叉研究领域。功能分子的设计与合成是分子材料和分子器件研究的创新源头。在国家自然科学基金委杰出青年基金和创新研究群体项目(均获得“成果国际领先”和结题“优秀”的评价)的支持下,课题组通过设计合成对外界刺激响应的双稳态/多稳态分子体系,研究了这些分子在外界刺激影响下的分子结构、光谱等的变化规律,以及外界影响对分子聚集状态、光物理性质和光化学性质的调控,在分子开关、分子逻辑门以及分子传感器等领域都取得了系列创新性的研究成果,为新概念分子器件构筑提供了新思路。该项目主要创新性研究成果如下:设计合成了系列光响应的螺吡喃单元的双稳态/多稳态分子体系,创新性运用螺吡喃分子的光致可逆开关环以及与金属离子的可逆配位特性,成功构建了分子开关、分子逻辑门以及复杂的分子逻辑回路。创新性运用四硫富瓦烯单元的可逆氧化/还原特性,成功发展了基于氧化/还原反应的分子开关、分子逻辑门以及化学传感器。首次发现了金属离子诱导的四硫富瓦烯-醌分子内的电子转移性质,开展了系统的研究,明晰了电子转移产生的机理和分子结构对其影响。运用四硫富瓦烯单元等功能分子的可逆转化特性,设计合成了系列新型凝胶因子。通过调节分子间的相互作用,成功调控了分子的聚集,首次获得了系列光电响应的小分子凝胶。利用四苯乙烯/硅杂环戊二烯单元特殊的聚集态荧光性质,巧妙地组合生物/化学反应,通过调节分子间相互作用,实现了对四苯乙烯/硅杂环戊二烯衍生物的聚集/解聚以及体系荧光的调控,发展了选择性好、灵敏度高的生物/化学传感器,为新概念分子器件构筑提供了新思路。这些研究成果在J.Am.Chem.Soc.、Adv.Mater.、Adv.Funct.Mater.、Small.、Chem.Commun.、Org.Lett.等国际权威期刊发表SCI研究论文78篇(其中影响因子大于6的有36篇,影响因子大于10的有12篇)。研究论文被SCI他引3220次,10篇代表性论文SCI他引1013次,其中8篇论文单篇SCI他引超过100次。项目主要完成人先后在重要国际会议做大会与邀请报告30余次。研究成果多次被Nature China、Noteworthy Chemistry、Synfacts、Materials View等著名学术网站作为研究亮点报道,部分成果入选中国科学院2008年《科学发展报告》。应邀撰写综述论文5篇,撰写英文专著四章,中文专著两章。
[成果] 1600400092 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目围绕具有自主知识产权的自组装导电聚合物微纳米结构的“无模板”方法与纳米结构的多功能化的关键科学和技术问题,开展了从方法创新到应用探索的系统、深入的研究,重要科学发现如下:1.首次提出并验证自组装导电聚合物微纳米结构的“无模板”方法及其机理。在无外模板的条件下,发明简单、廉价、普适、可控和具有自主知识产权的自组装导电聚合物微纳米结构的“无模板”方法;首次提出并验证自组装微纳米结构的形成机理,即由反应体系中的单体、掺杂剂、单体/掺杂剂盐或超分子原位生成的胶束,在自组装微纳米结构的过程中起软模板作用,并兼具掺杂和聚合的功能;揭示胶束的多样性、竞争性和可控性,为自组装导电聚合物微纳米结构提供理论依据和实验指导;在实验上,通过改变主链结构、掺杂性质、聚合方法和合成条件,实现了自组装导电聚合物微纳米结构的普适性和可控性,推动了国内外导电聚合物微纳米结构的研究;在该方法的启发下,开发了特殊形貌的反应性模板,制备了相应的导电聚合物微纳米结构.拓宽了传统模板形貌的种类,并简化了制备过程。2.提出并验证协同效应自组装多尺度、多功能导电聚合物微纳米结构的新概念和新方法。提出协同效应自组装多尺度、多功能导电聚合物微纳米结构的新概念和新方法:基于胶束的多样性、竞争性和可调性与氢键相互作用、掺杂剂诱导、无机纳米粒子的协同效应,自组装了导电-超疏、导电-手性、电-光异构化和电-磁功能等多尺度、多功能的导电聚合物微纳米结构,为导电聚合物微纳米结构的技术应用奠定了基础。3.阐明导电聚合物微纳米结构的导电机理,并探索了其在能源、传感等领域的应用。采用四探针方法系统研究了导电聚合物微纳米结构的电学性能及其导电机理,其电导率-温度依赖性呈现半导体特性,并服从Mott变程跳跃模型;结合仿生原理和导电聚合物纳米结构的特性,采用电纺丝技术开发了耐腐蚀的类荷叶结构的导电-超疏水微纳米复合膜和基于掺杂/脱掺杂诱导表面浸润性可逆变化的智能传感材料;制备了导电聚合物纳米线阵列与氧化石墨片的复合结构,构筑了高性能超级电容器电极材料。上述研究结果为导电聚合物微纳米结构在耐腐蚀、传感和能源等的应用奠定基础。研究成果发表在《Adv,Mater.》、《Macromole-cules》等权威期刊上;撰写英文专著一部、综述文章一篇;获授权发明专利6项。20篇主要论文著作SCI他引2973次,其中8篇代表论文SCI他引1603次,单篇最高SCI他引用325次。研究成果的原创性和系统性获得了同行的高度评价,国家自然科学基金委结题评议意见认为该项目“整体水平达到国际先进,部分研究成果具有国际领先水平”。项目成果获2011年度北京市科学技术奖一等奖(No.2011基-1-001)。
[成果] 1700020184 北京
R96 应用技术 医学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目研究开发一种植入型长效肝移植抗排异药物释放体系,在肝移植手术同时植入体内。该体系由两部分组成:药物和载体。药物为他克莫司(Tacrolimus,又叫FK506)是一种新型强效免疫抑制剂,是肝移植术后抗排异治疗最主要的一种药物。它通过抑制T淋巴细胞生长因子白细胞介素-2达到降低免疫排斥反应的作用。该药品在同种肝移植术后的抗排异治疗中疗效显著。与性质相近的环孢素相比,具有更低的急性免疫排斥反应发生率,并可逆转难治性排斥,在肝移植术后第一年抗排异上具有更为明显的优势。
[成果] 1500520033 北京
O64 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:手性是自然界的普遍特征,与生命的产生、演变密切相关,也是药物研发以及液晶等新材料开发的要素之一。手性表现在从微观粒子、分子、超分子、宏观物体到宇宙星云的各个层次。人们对分子层次的手性已有了深刻的认识,但超分子层次的手性及其特征的研究仍然处于起步和发展阶段。在超分子手性中,一个重要的科学问题就是超分子手性是如何产生的?更为重要的挑战是:非手性分子在组装过程中能否发生对称性破缺而产生超分子手性?对上述问题的探索,将从根本上理解超分子手性的产生及演变规律,从而进一步揭示手性对于生命、药物开发以及新材料设计的重要意义。2003-2004年,项目组发现:非手性分子可以通过气/液界面上的配位组装,发生对称性破缺,产生超分子手性:此后,项目组系统探索了非手性分子在气/液界面发生对称性破缺的科学本质,揭示了这一现象的普遍性,对由非手性分子形成的超分子体系中的手性放大、记忆、控制及超分子手性开关、光电功能等进行了深入的研究,形成了系统、有特色的创新成果。主要科学发现如下:首次发现了非手性分子在界面组装中的对称性破缺现象,揭示了其本质与普遍性。项目组首次发现,非手性萘并咪唑分子通过界面配位、长链巴比妥酸通过界面氢键作用进行组装时发生对称性破缺,产生了超分子手性:通过设计、合成和选择系列具有位阻效应,π-π堆积作用的非手性分子体系,研究了它们在二维界面组装过程中产生的超分子手性,揭示了分子结构与超分子手性产生的关系,证实了这一现象的普遍性。发现了非手性基元所构筑的界面组装体中的超分子手性放大现象,提出了控制超分子手性方向的方法。发现了由非手性分子所构筑的界面组装体中的超分子手性放大现象,即非手性分子通过界面组装所产生的微弱手性信号,可以通过退火或者共价聚合使其手性信号在原有方向上实现非线性放大;进一步发现,尽管对称性破缺在很多情况下是随机的,但是可以通过界面组装中调控压缩方向,实现超分子手性方向的控制。开发了基于非手性分子构筑的超分子体系的手性开关、记忆与光电功能。完全基于非手性基元,成功实现了手性开关、记忆功能:从非手性基元出发,构筑了手性与非手性的纳米结构,发现了两者在光电子传输性能上的差异,是仅有的几个手性对光电材料性能影响的例子之一。该成果涉及8篇代表性论文,20篇核心论文,发表在JACS、Adv.Mater.等国际权威杂志上。8篇核心论文SCI他引408次。相关成果受到国际著名科学家在Chem.Soc.Rev.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.Adv.Mater.和Curr.Opin.Colloid&Interface Sci等权威学术期刊上的正面评价;部分结果也被Science以及NPG Asia Materials、Nature China等专题评述或亮点报道。国际知名超分子专家、英国皇家化学会会士、Phys.Chem.Chem.Phys副主编Ariga教授评论有关成果是“气/液界面超分子手性的开创性研究”。
[成果] 1600400063 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目属于物理化学领域,主要围绕低维光功能材料,涉及两个关键科学问题:单元作用力在低维结构组装过程中的作用机制和光电性质的微观尺寸效应。光功能材料在信息、能源、环境等领域有着广泛应用,而光电集成技术迫切需要能够突破现有原理和技术局限的新型低维光电功能材料。项目完成人在国际上率先开展了低维有机光功能材料的研究,发展了诱导再沉淀、化学反应法、吸附剂辅助沉积等制备新方法,从动力学和热力学两方面阐释了低维结构组装过程中的关键控制因素,合成了上百种特定结构的低维光功能材料;发现了有机体系中的量子尺寸效应,并在此基础上研究了激发态的限域和传播行为,实现了发光调控、光波导与激光、光探测与传感等功能与应用,巩固了在该领域的国际领先地位,进一步推动了中国光功能材料与光电化学领域的发展。阐明了分子间弱相互作用对聚集行为的决定性影响,解决了有机微纳晶的控制合成难题。提出了基于分子间弱相互作用的有机低维结构的构筑思路:通过分子设计,利用表面活性剂、化学反应等控制手段,实现了低维微纳结构的可控合成:创新性地在气相沉积中引入吸附剂控制饱和度,有效提高了低维结构的均匀性和结晶性。这些高效、可控的制备方法为揭示微观尺度下的光物理化学过程并探索其应用提供了物质基础;发现了分子激发态的尺寸限域和传播现象,实现了有机低维体系的若干新型光功能。首次发现了有机低维材料中的激子限域效应,实现了尺寸依赖的跃迁调控:基于激子限域有效地提高了能量转移效率,在有机低维体系中实现了发光调控:进而将激子传播与光传播过程相结合,利用一维结构的谐振腔效应构建了有机纳米激光器;通过设计、合成特定有机低维结构降低光传输损耗,实现了有机微纳光波导和光信号调制单元器件:探索了低维材料的可控多级组装与光电器件应用。通过离子吸附法发展了多级低维结构的液相组装,利用多步沉积制备了纳米结构阵列,揭示了不同微纳结构对光电性质的影响,并应用于激光、场发射和光探测等器件。20篇主要论文SCI引用1668次(他引1349次),篇均IF=12.4,篇均他引67次,8篇代表作SCI引用828次(他引661次),篇均IF=13.4,篇均他引83次;论文多次被《Nature》、《Nature》子刊等学术刊物.ACS C&EN News、RSC Chemistry World、Wiley Materials Views等学术网站,《中国科技报》、《科技日报》等媒体作为亮点报道,其中《Nature》在News&Views中评价该工作“对于提高有机材料与器件性能具有重要的指导意义,给有机光功能材料的研究带来光明”。部分成果入选2009年《科学发展报告》中“中国科学家代表性工作”:部分成果入选2011年科技部“十一五”成就展。项目期间获授权专利12项,在国际学术会议做邀请报告40余次,两位完成人共同主编Wiley出版社英文合著一部。项目组针对光功能材料研究和表征过程中的瓶颈问题自主研发的测试仪器获中国分析测试协会科学技术奖一等奖,并在“国家重大科学仪器设备开发专项”的支持下进行产业化示范。
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