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【JACS】陕西师范大学李兴伟、武汉大学戚孝天|93% 高对映选择性！无染料光驱动实现异噁唑手性缩环新反应

Tue, 30 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】陕西师范大学李兴伟、武汉大学戚孝天|93% 高对映选择性！无染料光驱动实现异噁唑手性缩环新反应

文章标题： Chiral Phosphoric Acid Catalyzed Asymmetric Ring Contraction of Isoxazoles under Dye-Free Photodriven Conditions

通讯作者： Xiaotian Qi、Xingwei Li

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c06340

文章概要

引言

手性磷酸（CPA） 凭借独特的分子结构与优异的催化性能，已然成为不对称有机合成领域的核心催化剂之一，而光催化技术的发展，也有效弥补了传统合成方法存在的诸多短板，将手性磷酸催化与光催化相结合构建协同体系，如今更是不对称合成方向的热门研究领域。目前两类催化模式联用主要分为四种反应路径，其中手性磷酸先与杂环、亚胺等底物通过氢键形成加合物，再直接接受光激发发生转化的方式，具备操作简单、成本低廉的优势，但相关研究报道十分稀少，现有反应也仅局限于少数几类反应类型，拓展该活化模式的反应范围成为业内的一大难点。研究团队注意到异噁唑分子中含有易发生均裂的 N–O 键，据此推测异噁唑与手性磷酸形成的加合物在光激发后，能够断裂 N–O 键生成自由基中间体，再通过分子内骨架重排完成缩环转化。过往虽有团队利用过渡金属配合物实现异噁唑缩环，但这类体系大多依赖贵金属或是结构复杂的手性金属催化剂，实用性受限，同时异噁唑本身还存在无催化参与的背景反应，分子内自由基偶联过程的立体选择性也难以把控。基于这些问题，本研究目标是搭建一套无金属、无光敏染料的催化体系，借助手性磷酸与光的协同作用，实现异噁唑向手性 2H - 氮丙啶的高效不对称缩环反应。

主要实验及结论

研究团队首先选取异噁唑衍生物 1′作为模板底物，在光照条件下对各类C₂对称手性磷酸催化剂开展系统性筛选，带有联萘、螺环骨架的手性磷酸可以催化反应进行，但产物对映选择性并不理想，基于 TADOL 结构的手性磷酸则因酸性不足无法有效驱动反应。当在手性磷酸 3,3′位引入不同取代基团后，催化效果出现明显变化，最终确定带有3,5 - 二氟苯基的 CPA-8 为最优催化剂，在标准反应条件下，反应分离收率可达97%，产物对映选择性 ee 值达到93%。后续团队又依次更换反应溶剂、调整光照波长、增减催化剂用量以及添加 4Å 分子筛等助剂来优化反应条件，却始终无法进一步提升对映选择性。一系列对照实验也明确了反应的核心条件，避光环境下反应完全停止，证明光照是该反应不可或缺的要素，而移除手性磷酸后，体系仍能以 15% 的收率得到消旋产物，也直观证实了该反应存在明显的自发背景反应。

Scheme 1. Asymmetric Radical Coupling by CPA Catalysis under Photoirradiation

在确定最优催化体系后，团队全面考察了底物的适用范围与反应的实际应用潜力。异噁唑结构中的酯基可以兼容伯烷基、仲烷基、芳基、炔丙基等多种基团，异噁唑环 4 位也能稳定容纳氢原子、烷基、烯丙基、芳基等取代结构，针对异噁唑 3 位的芳环，无论是邻、间、对位连接给电子基还是吸电子基的苯环衍生物，以及二取代苯环、杂芳环类底物，基本都能顺利参与反应，只有 2,6 - 二氟取代的芳基底物无法生成目标产物，这一现象也侧面说明芳环邻位的 C-H 键参与到了反应过程中。研究还尝试将酯基部分替换为糖类、胆固醇、薄荷醇、冰片、维生素 D3 等天然产物与药物相关结构，底物依旧表现出良好的兼容性，产物普遍保有优异的立体选择性。此外，团队将反应规模放大至1.5 mmol，放大后的反应依旧维持着高收率与高对映选择性，对得到的手性 2H - 氮丙啶开展皂化、酸性水解、不同类型还原、酰化、扩环等多步衍生转化后，产物的对映纯度均未出现明显下降，充分证明该合成路线实用性强，目标产物也具备丰富的结构改造空间。

Scheme 2. Substrate Scope

为探明反应的内在反应历程，团队设计了多组机理验证实验。向反应体系中加入自由基捕获剂TEMPO、BHT 后，反应被完全抑制，氧气也会大幅减缓反应速率，在低温条件下进行反应时，体系中除目标产物外还检测到吡咯副产物，这些现象共同证实该反应遵循自由基反应历程，同时激发态的手性磷酸 - 底物加合物容易向三线态氧发生能量转移。光开关实验的结果显示，反应必须依靠持续光照才能推进，体系内并不存在自由基链反应。紫外 - 可见光谱测试发现，单独的底物与 CPA-8 在 380 nm 以上波段的光吸收能力都很弱，二者混合形成氢键加合物后，吸收光谱出现明显红移，最大吸收波长达到 430 nm，这意味着底物与手性磷酸之间形成的氢键，显著增强了底物的光激发效率。结合 Job 滴定实验、产物与催化剂对映选择性的线性关系，以及 ³¹P NMR 的 Benesi–Hildebrand 拟合结果，最终确定底物与催化剂以1:1的比例相互结合，二者的结合常数为 157 M⁻¹。

Scheme 3. Synthetic Applications and Transformations

Scheme 4. Experimental Mechanistic Studies

研究进一步借助密度泛函理论（DFT） 开展理论计算，完整解析了反应的自由能变化与立体选择性的来源。异噁唑底物首先被 CPA-8 不可逆地完成 N - 质子化，该过程的能量变化和实验测得的数据高度吻合，形成的 1:1 复合物经 n→π* 跃迁完成光激发，单重激发态经过系间窜越后发生N–O 键均裂，生成三线态双自由基中间体。分析反应路径可以发现，分子围绕 C2–C3 键发生的旋转是整个反应的对映选择性决定步骤，计算结果显示生成 S 构型过渡态的能垒比 R 构型低 1.2 kcal/mol，优势的 S 构型过渡态中存在三处非共价氢键相互作用，其中一处为磷酸基团与底物芳环邻位 C-H 形成的氢键，这也解释了 2,6 - 二氟取代底物无法参与反应的原因，而劣势的 R 构型过渡态仅存在两处氢键，结构稳定性更差。当优势构象的双自由基中间体形成后，后续的 C–N 自由基偶联环化过程不存在反应能垒，且整体高度放热，反应进行得十分迅速，理论计算得出的能量差异，也和实验中 93% 的对映选择性形成了良好呼应。

Scheme 5. DFT Studies of the Free-Energy Profile

总结及展望

这项研究成功构建出一套无过渡金属、无光敏染料的手性磷酸协同光催化体系，顺利实现了异噁唑的不对称缩环反应，能够高效制备高对映选择性的手性 2H - 氮丙啶化合物。该成果突破了传统手性磷酸与光协同催化的反应边界，不仅证实手性磷酸与底物形成的氢键加合物可直接被光激发并生成三线态双自由基，还首次明确 C-C 键旋转这一构象变化是把控反应手性的核心，为如何调控超快自由基环化反应的立体选择性提供了全新的思路。整套催化体系反应条件温和、实验操作简便，底物适用范围广泛，反应规模放大和产物多步衍生实验，都证明该方法在手性杂环合成、药物分子结构修饰等领域拥有不错的实际应用价值。从长远研究方向来看，本工作极大拓展了手性磷酸光催化的反应类型，也为杂环化合物的光诱导骨架重排、不对称缩环反应开辟了新路径，后续研究可以依托这一独特的底物活化模式，继续探索其他含有弱化学键的杂环化合物，进而开发出更多基于手性磷酸光催化的新型不对称自由基反应。

【Angew.Chem.】爆改不发光分子！突破性实现手性二氧化硅限域下的高效上转换圆偏振发光，不发光分子也能扭出发光新高度，量子效率最高可达11%

Tue, 30 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】爆改不发光分子！突破性实现手性二氧化硅限域下的高效上转换圆偏振发光，不发光分子也能扭出发光新高度，量子效率最高可达11%

文章标题： Triplet–Triplet Annihilation Upconversion Circularly Polarized Luminescence That Originates From Achiral and Racemic Luminophores Encapsulated in Chiral Silica

通讯作者： Tomoyasu Hirai

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.4704601

文章概要

引言

圆偏振发光（CPL） 材料在三维光学显示、手性光电子器件以及生物传感等前沿领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统的圆偏振发光系统高度依赖复杂的手性发光分子合成，这不仅步骤繁琐、成本高昂，且其发射波长往往固定，难以自由调节。为了克服这一瓶颈并提升能量利用效率，科学界引入了三重态-三重态湮灭上转换（TTA-UC） 技术来制备上转换圆偏振发光材料。尽管如此，在以往的研究中，这种发光高度依赖在有机溶剂或液晶系统中的特定手性分子，不仅不对称因子较低，且极少能在非手性发光体中实现。本研究创新性地利用具有螺旋纳米空腔的结构手性二氧化硅作为限域基质，成功在包埋非手性或外消旋发光体的情况下实现了高效的三重态能量传递与上转换圆偏振发光，为开发高能效、波长可调的手性光子材料开辟了全新路径。

Schematic showing TTET along a helical nanocavity in chiral silica. D and A denote “donor” and “acceptor,” respectively.

主要实验及结论

研究团队首先开发了一种全新的后修饰合成策略，以突破传统活发性阴离子聚合中大空间位阻的限制。实验人员制备了分子量分布均匀的聚甲基乙烯基硅氧烷，通过硅氢加成反应引入具有特定活性的硅氧烷前驱体，再进一步通过高效的硫醇-烯烃点击反应，成功将精细修饰的手性半胱氨酸甲酯（Cys） 基团锚定在多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）修饰的聚合物基质上。随后，将所得的两种手性对映体高聚物在600°C下进行煅烧剥离。振动圆二色光谱（VCD） 在特定区间观测到了非常清晰且呈现完美镜像对称的裂分型 Cotton 效应，结合透射电子显微镜（TEM）的直接成像，无可辩驳地证实了具有特定右手或左手螺旋取向的手性二氧化硅纳米构筑材料已成功构筑。

(a) Strategy for the synthesis of PMVS-POSS-Cys. (b) VCD spectra of chiral silica prepared by calcining PMVS-POSS-(L)-Cys (red) and PMVS-POSS-(D)-Cys (blue). TEM images of chiral silica prepared from (c) PMVS-POSS-(L)-Cys and (d) PMVS-POSS-(D)-Cys.

为了让非手性发光分子获得手性并实现能量转换，必须将光敏剂和发光体精准协同包埋在这些螺旋纳米空腔内。研究人员将外消旋的2,2,2-特氟聚-1-(9-蒽基)乙醇（rac-TFAE） 与八乙基卟啉铂（PtOEP） 光敏剂按照精确比例共混并溶解于液晶介质中，然后将其限域吸附至上述手性二氧化硅基质内。在532 nm的连续激光激发下，该限域复合体系展现出了强烈的蓝色上转换发光。通过对激发光功率与发光强度进行双对数作图分析，清晰地观测到了从斜率 2.0 到 1.1 的特征转变，这表明发光过程跨越了关键的阈值，彻底证实了该发光来源于典型三重态-三重态湮灭（TTA）过程。

(a) Photographic image of chiral silica⊃TFAE+PtOEP exited at 532 nm. (b) Excitation-power-dependent PL spectra acquired when excited at 532 nm. (c) Double-logarithmic plot of UC emission intensity as a function of excitation intensity.

(a) CPL and (b) corresponding glum spectra arising from down-conversion with excitation at 365 nm. (c) UC-CPL and d) corresponding glum spectra with excitation at 532 nm, presented together with the corresponding PL intensity profiles, measured for silica⊃TFAE+PtOEP.

随后，研究团队对这一限域体系的圆偏振光学性能进行了系统表征。令人惊艳的是，尽管混合物本身在无二氧化硅基质时不表现出任何手性发光信号，但吸附至手性二氧化硅后，复合材料在激发下展现出极高强度的圆偏振发光和上转换圆偏振发光信号，且两组对映体对应的谱线呈现完美的镜像对称。实验录得的上转换发光不对称因子明显高于普通下转换过程，达到了较高级别的数量级。这得益于三重态湮灭过程中的非辐射跃迁有效压低了电偶极过渡矩，从而在空间上限域放大了发光的不对称性。

(a) CPL and (b) corresponding glum spectra arising from down-conversion with excitation at 365 nm. (c) UC-CPL and (d) corresponding glum spectra with excitation at 532 nm, presented with the corresponding PL intensity profiles, measured for silica⊃DPA+PtOEP.

为了进一步验证该限域诱导手性策略的普适性，研究人员将外消旋发光体替换为完全非手性的二苯基蒽（DPA） 分子。实验结果同样成功观测到了清晰的镜像 Cotton 效应以及显著的上转换圆偏振发光信号，其不对称因子同样表现出显著的放大效应。光物理动力学测试表明，限域在螺旋空腔中的三重态能量传递效率（TTET）极其高效，其中外消旋体体系可达百分之六十三，非手性体系亦有百分之四十。同时，其上转换发光量子效率在固体限域下得到了完美保留，最高达到了百分之十一，与大宗溶液体相测试结果相当。这表明微纳尺度的螺旋空腔不仅成功赋予了非手性分子高纯度的手性特征，更维持了极其优异的光化学转换效率。

总结及展望

该研究在国际上首次在手性二氧化硅基质内成功构筑并观测到了高效率的三重态-三重态湮灭能量传递以及圆偏振上转换发光现象。这种通过纳米级空间限域将非手性或外消旋发光体“强行扭转”产生高效手性诱导的策略，彻底摆脱了传统发光材料对高难度手性全合成的依赖。由于二氧化硅空腔的普适包裹性，该体系提供了一个极具推广价值的模块化通用平台，通过简单地更换内部包裹的非手性发光客体分子，就能轻松实现对发光波长、颜色及效率的自由定制。这一全新理念为下一代绿色高能效手性光电子器件、新型圆偏振光源以及先进防伪光子材料的产业化落地提供了极具实用价值的科学依据与工程示范。

【Angew.Chem.】清华大学段炼、张东东|闪耀绿黄双色：EQE超30%的硼氮多共振超窄带发光材料迎来突破

Tue, 30 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】清华大学段炼、张东东|闪耀绿黄双色：EQE超30%的硼氮多共振超窄带发光材料迎来突破

文章标题：Precise Multi‐Site Borylation Engineering of Indolo[2,3‐c]Carbazole‐Bridged Narrowband MR‐TADF Emitters

通讯作者：Dongdong Zhang, Lian Duan

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.8856021

文章概要

引言

在有机发光二极管领域，具有超窄带发射和高效三重态激子利用能力的多共振热活化延迟荧光材料正成为研究焦点。这类材料通过在π骨架中引入电负性差异显著的杂原子，实现了前线轨道在原子层面的交替分离。为了进一步拓展这类高纯度发光材料的色域，研究人员通常采用刚性多氮片段作为连接单元，而具有丰富异构体和可调反应位点的吲哚咔唑衍生物正是构建双硼多共振发射器的理想骨架。然而，目前传统的“一锅法”硼化反应经常由于多位点竞争导致产物构型复杂、难以定向合成。在本研究中，科研人员首次将吲哚并[2,3-c]咔唑引入多共振发光材料的设计中，成功破解了多硼化反应中的区域选择性难题。

(a) Molecular design strategies of B,N based MR-TADF molecules. (b) Single-crystal structures of Tbu-exo and (P/M)-Ad-tph-endo.

主要实验及结论

研究团队巧妙利用电子与空间位阻的双重控制策略，在含有刚性多氮片段的吲哚并[2,3-c]咔唑骨架上实现了精准的多位点硼化工程，定向合成出不对称的外型构型材料 Tbu-exo 以及具有自发手性双硼螺烯结构的内型构型材料 Ad-tph-endo。在稀溶液测试中，外型材料展现出半峰全宽仅为二十纳米的纯绿光发射，而受空间位阻引导的内型材料则表现出半峰全宽为二十五纳米的明亮黄光发射。由于外围大位阻金刚烷基团对构型翻转的强力抑制，手性拆分后的对映异构体展现出优异的光学活性与极高的构型稳定性。

(a) HOMO/LUMO distributions of Tbu-exo. (b) HOMO/LUMO distributions of Ad-tph-endo. Vibrationally resolved electronic absorption spectra and experiment absorption spectra of (c) Tbu-exo and (d) Ad-tph-endo. Simulated and experimental emission spectra of (e) Tbu-exo and (f) Ad-tph-endo. (g) Calculated Huang–Rhys (HR) factors and reorganization energies of Tbu-exo and Ad-tph-endo. Reorganization energies. Normalized phosphorescence spectra (under 77 K) of (h) Tbu-exo and (i) Ad-tph-endo in toluene. (j) Transient photoluminescence decay curves of Tbu-exo and Ad-tph-endo in deoxygenation toluene.

(a) Experimental CD spectra and (b) vibronic-resolved simulated CD spectra of (P)/(M)-Ad-tph-endo. (c) CPL spectra and (d) luminescence dissymmetry factor (_g_lum) curves. (e) Energy barrier of racemization of enantiomers of (P/M)-Ad-tph-endo.

为了验证其实际应用潜力，研究人员分别制备了真空蒸镀器件与溶液法加工器件。真空蒸镀的绿光和黄光二极管不仅保持了极其紧凑的发射光谱，而且最大外量子效率均突破了百分之三十，同时由于大位阻基团有效抑制了高亮度下的激子猝灭，器件在高电流密度下依然保持了极低的效率滚降。值得一提的是，得益于发光材料优异的溶解性，团队首次成功构筑了溶液法加工的顶发射纯绿光器件，其色坐标极度逼近高清显示标准，并创下了每安培两百点九坎德拉的超高电流效率纪录。

(a) The device architecture and (b) molecular structure of the materials used in the OLED devices. (c) The EQE-L curves of the devices based on (P/M)-Ad-tph-endo (Inset: the normalized EL spectra under 1,000 cd m−2). (d) CPEL spectra and (e) glum versus wavelength curves of devices based on (P/M)-Ad-tph-endo. (f) The EQE-L curve of the vacuum-deposited device based on Tbu-exo (Inset: the normalized EL spectra under 1,000 cd m−2). (g) The normalized EL spectrum under 1,000 cd m−2 and (h) the CE-L curve of Tbu-exo based top-emitting solution-processed devices.

总结及展望

这项研究不仅在国际上首次成功开发出基于吲哚并[2,3-c]咔唑骨架的双硼多共振发光材料，更通过深入的理论计算与实验表征，系统阐明了空间位阻与电子效应对多位点硼化区域选择性的调控机制。合成出的两款新材料在发光纯度、量子产率以及器件效率方面均达到了行业顶尖水平，为高性能手性多共振发光材料的理性设计开辟了全新路径。未来，这种精准的多位点定向硼化策略有望被推广至更多复杂的多元杂环体系中，从而进一步丰富我国在下一代超高清显示与新型手性光电显示材料领域的关键技术储备。

【JACS】5400 m² g⁻¹破纪录比表面积！首个高连接度单晶三维共价有机框架

Tue, 30 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】5400 m² g⁻¹破纪录比表面积！首个高连接度单晶三维共价有机框架

文章标题：Single-Crystalline Twelve-Connected Nanographene-Based Covalent Organic Frameworks

通讯作者：Omar M. Yaghi

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c07821

文章概要

引言

三维共价有机框架在网格化学领域展现出巨大的应用前景，但目前的结构研究大多局限于低连接度的四面体节点，设计并合成具有十二连接度以上的高连接度单晶三维结构一直是一大国际科学难题。纳米石墨烯作为一种优异的多环芳烃平台，理论上是构建高连接度节点的理想选择，然而其固有的低溶解度极大地限制了其在三维网络中的 reticular 合成。为了克服这一瓶颈，科研团队首次成功开发出一种具有十二苯甲醛末端的高溶解性纳米石墨烯基配体，并以此为核心构筑块，通过精准的几何结构设计，成功将扩展的 π 共轭表面引入周期性有机网格中，实现了向复杂、高度连接的三维晶体结构的跨越。

Figure 1. (A) Chemical structure and simplified representation of dodeca-benzaldehyde-functionalized HBC (HBC-LA12), 2,3,6,7,14,15-hexa(4-aminophenyl)triptycene (HAPT), and 4,4′,4″,4‴-(pyrene-1,3,6,8-tetrayl)tetraaniline (PyTTA) compounds. (B) Augmented representation of kez and cez topologies. (C) Optical microscopy image of COF-612 and COF-412 single crystals.

主要实验及结论

研究人员通过苏木基偶联反应成功实现了克级规模合成具有十二个醛基位点的全新六苯并冠烯衍生物分子，得益于外围甲氧基苯基取代基与纳米石墨烯核心之间存在大约五十一度的扭转角，该配体表现出极佳的溶解性。通过在四氢呋喃溶剂中引入苯胺作为竞争性调节剂并使用三氟乙酸作为催化剂，动态可逆的亚胺缩合反应克服了动力学陷阱，成功生长出尺寸接近一百微米的单晶颗粒。研究人员将这种具有十二连接度的六角棱柱形节点分别与六连接的三棱柱节点和四连接的正方形平面节点进行配对网格化组装，从而定向合成了两种新型的三维共价有机框架材料，并通过单晶及粉末エックス射线衍射分析，证实它们分别首次构筑了共价有机框架中此前从未被实现过的特异性三节点拓扑网络结构。

Figure 2. (A) Structures of HBC-LA12 and the HAPT node and the resulting crystal structure of (3,6,6)-c kez net along the c axis obtained by reticulating these building blocks. (B) Experimental (black) and simulated (blue) PXRD patterns of COF-612; the simulated pattern is obtained from the SCXRD-derived structure by introducing a March–Dollase preferred orientation correction along the [001] direction, with a parameter value of 3. A zero-shift correction of 0.2° was also applied to account for sample displacement effects and temperature and solvent effects on the SCXRD data. (C) Representations of a nanographene-based cage, highlighting its discrete geometry within the framework structure.

Figure 3. (A) Structures of HBC-LA12 and the PyTTA node and the resulting (3,4,6)-c cez net along the c axis obtained by reticulating these building blocks. (B) Structural refinement of COF-412 from PXRD data analysis displaying the indexed experimental pattern (black), Pawley fitting (red), and the simulated pattern obtained from the modeled structure (blue). (C) Representations of a nanographene-based cage, highlighting its discrete geometry within the framework structure.

氩气和氮气吸附测试结果表明，这两种新型多孔材料均具有高度的相纯度与永久的孔隙率。其中，与四连接节点组装而成的新型网络结构不仅在动力学上形成了独特的纳米石墨烯笼状微孔，其通过实验测得的特异性比表面积更是惊人地达到了约五千四百平方米每克，直接刷新了现有共价有机框架材料的比表面积纪录。此外，固体紫外可见吸收光谱与光致发光光谱分析表明，两类框架材料的光学带隙相比于单体分子均出现了显著的变窄，充分证明了高度互联的三维共价网络能够有效促进 π 电子在整个骨架内的离域与共轭扩展，赋予了新型多孔晶体独特的有机光电性能。

Figure 4. (A) Argon sorption isotherms of COF-612 and COF-412 measured at 87 K. (B) Solid-state UV–vis (lines) and emission (dashed lines) spectra of COF-612 and COF-412.

总结及展望

这项工作不仅成功展示了如何利用高连接度的纳米石墨烯基构筑块来突破传统共价有机框架结构的连接度壁垒，更为重要地是，它首次在三维亚胺有机网格中实现了前所未有的新型拓扑网络结构。高达五千四百平方米每克的超高比表面积不仅证明了高连接度设计在构筑超高孔隙率材料方面的巨大威力，也为未来开发高性能的多孔储能介质、异相催化中心以及先进的晶体光电器件开辟了全新的模块化功能设计路径。

【Angew.Chem.】深圳大学李明乐、王超联手广西大学曾林涛|18 秒极速响应！基于 TICS 机制打造 6.6 nM 级亚硝酸盐荧光传感新体系

Sun, 28 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】深圳大学李明乐、王超联手广西大学曾林涛|18 秒极速响应！基于 TICS 机制打造 6.6 nM 级亚硝酸盐荧光传感新体系

文章标题：Twisted Intramolecular Charge Shuttle (TICS) Enables Ultrafast Ratiometric Sensing and Imaging of Nitrite

通讯作者：Lintao Zeng、Chao Wang、Mingle Li

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.4057924

文章概要

引言

比率型荧光传感凭借出色的抗干扰能力与自校准特性，成为分析检测领域的热门技术，但目前这类荧光探针的开发大多缺乏可通用的作用机理，理性设计依旧面临不小挑战。亚硝酸盐是衡量水质状况、自然界氮循环的重要环境指标，同时在生物体内参与一氧化氮稳态调节，还和亚硝化应激引发的各类病症密切相关，由于它在生物信号通路中存在时间极短，对应的检测技术不仅需要高灵敏度，还必须具备优秀的时间分辨能力。行业内长期使用的格氏（Griess）比色法是亚硝酸盐检测的经典手段，可该方法反应速率缓慢，且对酸碱环境十分敏感，完全无法应用于活体生物的实时成像分析。此前有研究将邻苯二胺（OPD）作为识别基团接入 NBD 荧光骨架，依托扭曲分子内电荷转移（TICT）机理构建亚硝酸盐探针，不过该体系存在电子耦合效果不佳、反应动力学迟缓、抗干扰性能弱、荧光开启比例低等诸多问题。研究团队经过分析判断，这些缺陷并非来源于 OPD 识别片段，而是识别基团在荧光母核上的连接位点不够合理，于是决定另辟蹊径，利用荧光团独特的中位（meso-position） 进行分子改造，并结合全新的扭曲分子内电荷穿梭（TICS） 机理，开展新一代亚硝酸盐比率荧光探针的研发工作。

The illustration of the previous work on (a) donor engineering design strategy, (b) TICT mechanism, (c) NO2− detection with NBD-OPD, and (d) its corresponding detection performance. The illustration of this work on (e) meso-position engineering design strategy, (f) TICS mechanism, (g) NO2− detection with PY-OPD, and (h) its corresponding detection performance. (i) The broad applicability of the TICS mechanism to various fluorophores.

主要实验及结论

研究团队选取吡喃鎓（PY）作为荧光母核，将邻苯二胺（OPD）片段精准修饰在其活性中位，成功构建出目标探针PY-OPD。团队先借助含时密度泛函理论（TD-DFT） 开展理论模拟计算，对探针及其衍生物的紫外 - 可见吸收光谱、分子几何构型、自然跃迁轨道以及 HOMO-LUMO 能带间隙进行预测，结果显示质子化、去质子化以及与亚硝酸盐发生重氮化环化反应后，分子吸收峰、扭转角度和能带间隙都会发生规律性变化，完全符合 TICS 型比率传感的结构要求。研究人员完成了 PY-OPD 的化学合成，并通过X 射线单晶衍射明确了分子的晶体结构，晶体数据证实探针中的氨基质子活性较高，在水溶液中会自发形成动态的基态平衡，这一结果和理论计算相互印证。后续对不同 pH 环境下探针的光谱测试，也进一步验证了整套分子设计方案的科学性与合理性。

(a) Schematic illustration of the working mechanism of PY-OPD toward NO2−. Calculated (b) UV–vis absorption spectra and (c) the optimized molecular geometries, electron and hole NTOs, oscillator strengths, and the HOMO-LUMO gaps of PY-OPD derivatives at the CAM-B3LYP-D3BJ/Def2-SVP level of theory in water. (d) The molecular geometry of PY-OPD in the crystalline state. The absorption spectra of PY-OPD (e) at different pH values and (f) in response to NO2−, along with the corresponding photograph of color changes. (g) The linear relationship between the absorbance at 592 nm and NO2− concentration. (h) Changes in the CIE chromaticity diagram. (i) UV–vis absorption spectra of Griess reagents (10 µM) in the presence of NO2−. (j) Competitive selectivity of the Griess reagent. (k) UV–vis absorption spectra of the PY-OPD after treatment with various analytes. Error bars represent ± SD, n = 3.

在传感性能测试环节，PY-OPD 与亚硝酸盐发生反应后，体系吸收光谱出现118 nm的显著红移，溶液肉眼可见从金黄色转变为深紫色，同时分子摩尔吸光系数提升一倍以上，光谱中出现的等吸收点也证明该反应是纯净的两态转化过程，不会产生长寿命中间产物。实验数据显示，这款探针用于荧光比率检测时，检出限低至 6.6 nM，优于绝大多数已报道的同类荧光探针与传统格氏法，同时实现了18 秒的超快响应，反应速度相比格氏法提升了两个数量级。结合激发态势能面、轨道分布等理论分析，研究团队证实该探针的荧光调控机制为TICS 效应，而非以往常见的光诱导电子转移（PET）：原始状态下探针受强 TICS 作用影响几乎不产生荧光，质子化后 TICS 效应被部分抑制，荧光微弱恢复，当与亚硝酸盐反应完成后，TICS 被彻底阻断，探针发出红移的强荧光，由此形成特征性比率信号。团队还将 OPD 片段修饰在多种吡喃鎓衍生物的中位，制备出系列探针，所有样品均展现出优异的亚硝酸盐识别能力与快速反应特性，证明荧光团中位修饰结合 TICS 机理是一套普适性极强的探针设计策略，并且 PY-OPD 在 21 种常见共存阴离子存在的环境中依旧能特异性识别亚硝酸盐，抗干扰能力表现突出。

(a) Schematic illustration of TICS and (b) the corresponding ratiometric sensing mechanism of PY-OPD. (c) Calculated excited state PES for TICS and (d) the corresponding optimized molecular geometry, electron and hole NTOs, and the oscillator strengths at the CAM-B3LYP-D3BJ/Def2-SVP/cLR-SMD level in water. (e) Fluorescence response of PY-OPD (10 µM) towards NO2− (0–10 µM). Inset: fluorescence images of PY-OPD before and after reaction with NO2−. (f) Linear relationship between fluorescence intensity ratio (F615/F565) of PY-OPD (10 µM) versus the concentrations of NO2−. (g) Time-dependent fluorescence responses of PY-OPD to NO2− (10 µM). (h) Fluorescence spectra of PY-OPD (10 µM) in water/glycerol systems with increasing viscosity. λex = 520 nm, slit width: 2 nm/2 nm.

研究人员首先将 PY-OPD 应用于实际样品检测，选取腊肉、酱肉、香肠、熏鸭等肉制品，以及江河、湖泊等环境水体作为检测对象，采用紫外 - 可见吸收、荧光比率双模式开展定量分析。最终检测结果和经典格氏法的测试数据高度吻合，加标回收率、相对标准偏差等指标均处于理想范围，充分证明该探针在复杂实际基质中也能保持良好的检测准确性与重复性。为实现现场快速检测的应用需求，团队把 PY-OPD 固定在试纸芯片上，结合智能手机搭建起便携式智能传感平台（PSSP），通过手机采集自然光与紫外光下的样品图像，依托图像 RGB 数值建立定量标准曲线，整套设备可在 60 秒内完成检测，兼具操作简单、可视化效果好的优势，十分适合食品与环境水体中亚硝酸盐的现场筛查工作。

(a) Chemical structures of APY-OPD, JPY-OPD, 2JPY-OPD, and PPY-OPD. (b) Calculated excited state PES for TICS of neutral species (R-OPD), protonated species (R-OPD-Pro), and the reaction products (R-BTA) at the CAM-B3LYP-D3BJ/Def2-SVP/cLR-SMD level in water. R = APY, JPY, 2JPY, and PPY. (c) UV-vis absorption spectra and (d) fluorescence spectra of OPD-based probes. (e) Fluorescence intensity as a function of time of OPD-based probes.

(a) Schematic diagram of the PSSP for detecting NO2− in food and water samples. (b) Daylight and fluorescence patterning of PY-OPD chip after exposure to different concentrations of NO2− (0, 2, 4, 6, 7, 8, 9, and 10 µM). (c) Time-lapse daylight and fluorescence images of the PY-OPD sensing chip after exposure to real samples (WS 1: Yongjiang River; WS 2: South Lake; FS 1: bacon; FS 2: duck meat; FS 3: Sausage). (d) The linear calibration curves between the G value of the PY-OPD sensing chip and the concentrations of NO2− (0–10 µM). (e) The contents of NO2− in samples were determined by the PY-OPD sensing chip and the Griess method, respectively. The error bars represent ± SD, n = 3.

团队挑选综合性能优异的 APY-OPD 探针，开展活体植物内亚硝酸盐动态成像研究，分别以豆芽、萝卜肉质根作为模式植物，搭建起外源亚硝酸盐胁迫、高氮营养胁迫、低温联合缺氧胁迫等多种实验模型。共聚焦荧光成像结果直观呈现出植物细胞内亚硝酸盐含量的动态变化规律，实验发现过量的铵根、硝酸根会打乱植物自身的氮代谢通路，造成亚硝酸盐异常堆积；低温环境会显著抑制亚硝酸盐还原酶的活性，缺氧条件则会阻碍植物有氧呼吸、减少能量供给，两种环境压力叠加后，会进一步加剧亚硝酸盐在植物体内的蓄积。这款探针凭借高时空分辨率的成像能力，为解析植物在环境胁迫下的氮代谢调控机制、把控采后果蔬的品质安全，提供了全新且可靠的研究工具。

(a) Confocal fluorescence imaging using APY-OPD to detect NO2− concentration changes in soybean sprout cells: (1) exogenous NO2− changes; (2) intracellular NO2− changes induced by high concentrations of NH4+ and NO3− in the nutrient solution. Scale bar = 250 µm. (b) Photographs and fluorescence images of soybean sprouts after cultivation in nutrient solutions containing NO2− (0, 2, 4, or 10 µM), NH4+ (4 mM), and NO3− (10 mM). (c) Soybean sprout cells’ average fluorescence intensity in different groups (n = 3). (d) Soybean sprouts’ average fluorescence intensity in different groups (n = 3).

(a) Confocal fluorescence imaging using APY-OPD to detect NO2− concentration changes in white radish cells: (1) Exogenous NO2− changes; (2) Temperature- and oxygen-concentration-induced changes in intracellular NO2−. Scalebar = 250 µm. (b) white radish cells’ average fluorescent intensities in different groups (n = 3). (c) Schematic diagram of temperature- and oxygen-concentration-induced intracellular NO2− changes.

总结及展望

该研究首次将扭曲分子内电荷穿梭（TICS） 机理系统性应用于亚硝酸盐比率型荧光探针的设计研发，通过在荧光团中位修饰邻苯二胺识别基团，有效解决了传统探针反应速率慢、灵敏度不足、抗干扰能力差等痛点，开发出兼具超灵敏、超快响应、高特异性的新型传感探针。这套基于荧光团中位改造的设计思路并不局限于单一分子骨架，能够拓展应用到多种吡喃鎓衍生物中，具备极高的推广价值。研究工作打通了分子理性设计、实验室精准检测、现场快速筛查以及活体生物成像的完整应用链条，不仅实现了食品、环境水样中亚硝酸盐的高效定量检测，还成功解析了植物体内亚硝酸盐的代谢规律与环境胁迫的影响机制。未来，这套以机理为导向的分子工程策略，能够为各类比率型荧光传感器的研发提供全新思路与参考，而研究中搭建的便携式检测平台和活体成像技术，也有望持续优化，在食品安全监管、生态环境监测、植物生理基础研究等多个领域发挥更大的作用。

【JACS】3.6微米手性微球实现角度选择性光谐振，首创无形变圆周径向激光发射

Sun, 28 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】3.6微米手性微球实现角度选择性光谐振，首创无形变圆周径向激光发射

文章标题：Angle-Selective Optical Resonance and Circular Radial Lasing from a Chiral Polymeric Microsphere

通讯作者：Osamu Oki, Yohei Yamamoto

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c01819

文章概要

引言

在传统光学认知中，球形结构由于其高度的几何对称性，通常在光学性质上表现出各向同性。然而，当微观各向异性的分子自组装成微球，其内部的折射率分布被打破时，这种各向同性便不复存在。此前，虽然已有研究发现具有双极或扭曲双极分子构型的微球内部存在独特的双折射现象，但球体表面特定分子排列对整体光学功能的影响一直未能被清晰阐明。这主要是由于传统的流体液晶液滴性质不稳定，容易在外力或电场下发生形变，难以进行精确、重复的光学测量。为了解决这一难题，筑波大学的科研团队巧妙地利用手性发光共轭聚合物进行自组装，成功构筑了固态手性高分子微球。这种固体微球不仅结构极其稳定，能够克服流体液滴的漂移和变形缺陷，还完美承载了表面的拓扑缺陷与手性纹理，为探索拓扑表面与光子学谐振之间的深层互动提供了绝佳的平台。

Figure 1. (a) Schematic representations of topological orders of molecules: A point defect on an LC film (left), and radial (center) and bipolar LC droplets (right). Orange rods represent LC molecules. (b) Schematic illustration for circular radial lasing from a solid twisted-bipolar (TB) microsphere. α denotes the azimuth angle.

主要实验及结论

研究人员首先合成了一种具有给体-受体交替结构的手性共轭聚合物，并通过气相扩散法使其自组装成直径在1.5至4.5微米之间的规整微球。扫描电镜与偏振光学显微镜的观测清晰地证实了这些手性微球具有独特的扭曲双极（TB）构型。为了揭示长期以来只能通过理论模拟推测的表面分子排列，团队创新性地引入了偏振相关光致发光（PL）成像技术。由于该共轭聚合物具有沿聚合物主链方向发射线性偏振光的特性，且光激发和发射仅发生在微球表面不到100纳米的极浅深度内，科研人员首次在实验上直接观测并重建了微球表面的分子偏振图谱。结果表明，在微球的拓扑缺陷周围，聚合物主链呈现出完美的逆时针（CCW）旋涡状排列，其主链在跨越赤道时与双极轴形成了约50度的交角，为扭曲双极构型提供了最为直接的结构证据。

Figure 2. (a) Molecular structures of (S,S)-PFBT. (b) SEM micrographs of (S)-MS. The inset shows histograms of d. (c) POM and optical (inset) micrographs of (S)-MS. Inset scale bar is 5 μm. (d) Schematic representation of the experimental configuration of polarization-dependent PL imaging. The magenta line depicted in the microsphere represents the TB axis of (S)-MS. β denotes the angle between the z-axis and the TB axis. (e, f) Polarization mapping (top) and the schematic representation of the molecular arrangement at the surface of (S)-MS (bottom), reconstructed from the series of polarization-dependent PL images collected at β = 0° (e) and β = 90° (f). In the polarization mapping, the color of each pixel indicates the polarization direction that exhibits the maximum PL intensity upon rotation of the analyzer. In (f), γ denotes the angle between the y-axis and the PFBT main chain crossing the equator.

基于这一明确的表面旋涡分子排列，研究团队构建了分析模型，深入探讨了其对微球表面回音壁模式（WGM） 谐振波长的调控规律。微球表面相切排列的聚合物主链偶极发射主要耦合到横电（TE）模式，而表面旋涡状的分子走向意味着不同方位角上的有效折射率呈现出周期性渐变。光谱模拟预测，谐振波长会随着方位角的变化而发生显著移动。紧接着，团队利用显微光致发光系统和高光谱相机（HSC）成像对单个手性微球进行了全方位空间光谱表征。实验结果与理论高度吻合，手性微球在特定的第一和第三象限表现出极强的、极具方向性的回音壁模式谐振发射，并且随着波长递增，谐振亮斑在微球边缘展现出清晰的逆时针角位移。作为对照实验，无定形阿 chiral 微球展现出的是全向均匀谐振，而对映异构体微球则展现出完全镜像的顺时针谐振特性，这强有力地证明了手性渐变折射率光学路径是导致角度选择性谐振的根本原因。

Figure 3. (a) Schematic representation of (S)-MS whose bipolar axis is set along the y-axis. (b, c) α-Dependent _n_av (b) and λWGM (c) simulated with parameters _n_e = 1.80, _n_o = 1.55, d = 4.4 μm, and γ = 50°. The l-values indicate the mode numbers of the respective resonance.

在成功实现角度选择性谐振的基础上，研究人员进一步探索了手性微球的激光发射行为。实验使用波长为405纳米的飞秒脉冲激光作为泵浦源，并采用圆偏振光以确保微球受到各向同性的均匀激发。当激发功率超过约25微焦耳每平方厘米的阈值时，单个直径为3.6微米的手性微球发射光谱急剧变窄，半峰全宽缩减至1.6 nm，表现出强烈的非线性增长特征，确证了多模回音壁激光的振荡发射。更为震撼的是，角度相关激光测量表明，受到表面逆时针旋涡状聚合物偶极主导的受激辐射影响，微球高功率放大的激光能量被特异性地引导至特定的方位角方向。这种在完全保持完美球形、无需改变几何形状的前提下实现的圆周径向激光发射，打破了传统微腔激光各向同性出射的限制。

Figure 4. (a) Schematic representation of the experimental setup for HSC imaging. POM and optical (inset) micrographs show (S)-MS (d = 4.4 μm) placed at β = 90° on a substrate. The magenta arrow represents the bipolar axis of (S)-MS. (b) λ-Dependent PL micrographs of (S)-MS in the λ range of 561–563 nm. (c) PL spectra collected from the entire microsphere (i), one of the diametrically opposite bright spots in Q1 and Q3 (ii), and a position around the topological defect (iii) as represented in (b). (d) Plots of the α-dependent PL intensities integrated from the α-dependent PL spectra of (S)-MS. The orange arrow depicts the direction of the transition dipole moment. (e) Plots of the experimental α-dependent λWGM (green open circle) overlaid with the calculated α-dependent λWGM (red curves, parameters: _n_e = 1.75, _n_o = 1.52, d = 4.35 μm, and γ = 55°).

Figure 5. (a) μ-PL spectra of (S)-MS upon increasing the pumping power of the fs-pulsed laser at 405 nm. The colored numbers on the right of each PL spectrum indicate the pump power density (μJ cm–2). The inset shows the plot of the integrated PL intensity versus the pump power. (b) Schematic representation of the experimental configuration of the α-dependent lasing measurements. (c) α-Dependent WGM lasing spectra of (S)-MS. The red and blue colors of PL spectra represent that PL is collected at Q1 and Q3, and at Q2 and Q4, respectively. (d) Polar plot of the PL intensity at the main lasing peak (559 nm) as a function of α.

总结及展望

这项研究成功展示了拓扑表面纹理与光物质相互作用的迷人魅力，完美地将手性超分子化学与微纳光子学融合在一起。通过精准调控共轭聚合物的分子手性与自组装拓扑结构，不仅在固体微球表面实现了旋涡分子排列的直接可视化，更发展出了具有空间选择性光放大和角度自定向输出功能的全新微腔激光器。这种无需改变微腔几何形状便能操控光场行为的创新策略，为未来开发新型集成光子学器件、高方向性微纳激光光源以及多维防伪技术开辟了全新的道路。这种化学合成、精细自组装与前沿光学原理的深度碰撞，也正宣告着“光化学（Optochemistry）”这一新兴交叉研究领域的蓬勃兴起。

【JACS】兰州大学王为|创纪录 chiroptical 活性！JACS 报道首例 Siegrist 烯烃化合成高发光、大 $g_{lum}$ 值（达 $1.1 \times 10^{-1}$）的烯烯键链接螺旋共价有机框架材料

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】兰州大学王为|创纪录 chiroptical 活性！JACS 报道首例 Siegrist 烯烃化合成高发光、大 $g_{lum}$ 值（达 $1.1 \times 10^{-1}$）的烯烯键链接螺旋共价有机框架材料

文章标题： Vinylene-Linked Helical Covalent Organic Frameworks

通讯作者： Wei Wang

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c03290

文章概要

引言

在自然界中，从微观的生物大分子到宏观的贝壳与植物卷须，跨越多个尺度表现出的单手性螺旋结构普遍存在。然而，在人工合成的晶态多孔材料——共价有机框架（COFs）中，如何突破分子层面的手性限制，实现具有高度均匀且单手性的宏观尺度螺旋形貌，一直是合成化学领域的一大挑战。过往报道的螺旋共价有机框架几乎完全依赖于高可逆性的亚胺键构筑，这极大地限制了其结构多样性与光电功能潜力。为了克服这一长期存在的瓶颈，兰州大学王为教授团队首次将 Siegrist 烯烃化反应 引入到手性共价有机框架的合成中，成功构筑了首例具有微米级单手性宏观形貌的烯烯键链接螺旋共价有机框架（V-heliCOFs）。该类材料不仅克服了传统亚胺键稳定性的不足，更实现了优异的电荷离域与协同手性放大，展现出极为耀眼的手性发光性能。

Scheme 1. Construction of Vinylene-Linked Helical COFs (V-heliCOFs) via Siegrist Olefination of Chiral Dialdimine Monomers ((R)- or (S)-1) with 2,4,6-Trimethyl-1,3,5-Triazine (TMT)

主要实验及结论

研究人员巧妙地设计了以刚性苯并三唑为核心、外围装饰有柔性手性吡咯烷侧链的对二醛亚胺单体，并在碱催化条件下使其与 2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪进行一步法 Siegrist 烯烃化缩合。在第一幅图表（Scheme 1 与 Figure 1） 的结构与形貌表征中，扫描电子显微镜（SEM）图像清晰地展示了由该反应制备出的 $M$- 和 $P$-heliCOF-V1 具有极其均匀的微米级棒状螺旋结构，其直径达 1–2 微米，长度在 3–8 微米之间。相比之下，采用相同骨架但通过常规醛醇缩合制备的 V-COF-V2 以及亚胺键链接的 COF-3 则只能得到不规则的聚集体。固体圆二色性（CD）光谱进一步证实了从分子侧链到宏观螺旋形貌的高效手性传递与放大，$M$-heliCOF-V1 表现出强烈的正 Cotton 效应，其吸收不对称因子（$|g_{abs}|$）在 483 纳米处高达 $3.7 \times 10^{-2}$，这一数值是无规则形貌的醛醇缩合产物的 3.7 倍，更是亚胺键对照组的 21.7 倍。

Figure 1. SEM images of (a) M-heliCOF-V1, (b) P-heliCOF-V1, (e) M-COF-V2, (f) P-COF-V2, (i) M-COF-3, and (j) P-COF-3. Solid-state CD spectra of (c) M- and P-heliCOF-V1, (g) M- and P-COF-V2, and (k) M- and P-COF-3. Solid-state UV/vis absorption spectra of (d) M- and P-heliCOF-V1, (h) M- and P-COF-V2, and (l) M- and P-COF-3. Vinylene-linked M- or P-COF-V2 was synthesized from chiral dialdehyde precursors (R)-2 or (S)-2 and TMT via Aldol condensation. Imine-linked M- or P-COF-3 was constructed from chiral diacetal precursors (R)-3 or (S)-3 and TAPT via Schiff-base condensation. Notably, helical morphologies are occasionally observed in M- or P-COF-V2 and M- or P-COF-3, and these structures are smaller and less regular compared to those of M- or P-heliCOF-V1.

随后，团队深入探索了此类烯烯键链接螺旋框架在激发态下的圆二色光物理行为。如第二幅图表（Figure 2） 的发光性能数据所示，在乙二醇分散液中，$M$- 和 $P$-heliCOF-V1 展现出强烈的、互为镜像的圆 polarized 发光（CPL）信号，其发光不对称因子（$|g_{lum}|$）在 570 纳米处达到了惊人的 $1.1 \times 10^{-1}$。更为难得的是，在保持极高发光不对称因子的同时，其固体荧光量子产率（PLQY）最高达到了 45.7%，刷新了目前所有手性共价有机框架材料的最高纪录。这种兼具高荧光效率和大发光不对称因子的特性，来源于多层次结构的完美协同：坚固的手性烯烯键延伸了 $\pi$ 共轭体系，促进了辐射跃迁，而高度长程有序的宏观螺旋结构则进一步限制了分子运动，显著抑制了非辐射衰变。同时，该手性发光性能在经受长达两年的空气暴露或高温循环后依然保持高度稳定。

Figure 2. CPL and fluorescence (FL) spectra of helical COFs. (a–c) CPL spectra of M- and P-handed COFs dispersed in ethylene glycol: (a) M- and P-heliCOF-V1 (λex = 300 nm), (b) M- and P-COF-V2 (λex = 300 nm), (c) M- and P-COF-3 (λex = 320 nm). (d–f) Corresponding normalized FL spectra of the same samples: (d) M- and P-heliCOF-V1, (e) M- and P-COF-V2, (f) M- and P-COF-3. The data highlight the superior CPL intensity and high PLQY of V-heliCOFs compared to COF-V2 and imine-linked COF-3 series, illustrating that well-defined macroscopic helicity improves chiroptical performance.

为了验证该合成策略的普适性，研究团队进一步更换了单体中的柔性手性侧链，合成了另一对全新的烯烯键框架。如第三幅图表（Figure 3）所示，尽管改变了单体手性中心的具体位置与刚性，新合成的 $M$- 和 $P$-heliCOF-V4 依然展现出了高度统一的单手性微米螺旋多级结构。在一系列的形貌图像、固体圆二色光谱以及圆 polarized 发光测试中，该系列材料同样表现出与前述产物高度一致的手性特征，其发光不对称因子保持在 $7.7 \times 10^{-2}$ 左右，固体发光效率也维持在 39.0% 的极高水平。这一系列扩展实验无可辩驳地证明了 Siegrist 烯烃化策略在构筑晶态螺旋共价有机框架方面具有强大的普适性与广泛的结构包容度。

Figure 3. Structural and chiroptical characterization of M- and P-heliCOF-V4. (a) Synthetic scheme for M- and P-heliCOF-V4 via Siegrist olefination. SEM images of (b) M- and (c) P-heliCOF-V4, showing uniform, single-handed helical morphologies. (d) Solid-state circular dichroism (CD) spectra. (e) Normalized UV/vis absorption spectra. (f) CPL spectra of M- and P-heliCOF-V4 dispersed in ethylene glycol (λex = 300 nm). (g) Normalized FL spectra (λex = 300 nm). These measurements collectively confirm the efficient chirality transfer from molecular pendants to macroscopic helices in M- and P-heliCOF-V4 and their exceptional luminescent and chiroptical properties, manifesting the generality of Siegrist olefination strategy.

总结及展望

这项研究通过将非可逆的 Siegrist 烯烃化反应引入多级手性共价组装，成功打破了传统螺旋共价有机框架对亚胺键化学的垄断。所制备的烯烯键螺旋框架不仅实现了宏观形貌上的高度有序排列，更借由多层次结构的有机协同，在手性光学与发光领域创造了全新的性能高度。这种将共价链接化学与宏观螺旋架构联合编程的结构设计范式，不仅拓宽了晶态多孔手性高分子材料的合成边界，也为下一代兼具强发光与大手性不对称因子的智能光电材料、圆 polarized 探测器以及手性自旋电子学器件的研发奠定了坚实的科学基础。

【Adv.Mater.】供体稀释有机太阳能电池性能提升：即使PM6比例降至1%，光生电荷效率依然能打

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】供体稀释有机太阳能电池性能提升：即使PM6比例降至1%，光生电荷效率依然能打

文章标题：Rethinking Charge Transport and Recombination in Donor-Diluted Organic Solar Cells

通讯作者：Chen Wang, Christopher Wöpke, Toni Seiler, Jared Faisst, Mathias List, Meike Kuhn, Bekcy Joseph, Alexander Ehm, Dietrich R. T. Zahn, Yana Vaynzof, Eva M. Herzig

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202523681

文章概要

引言

非富勒烯受体材料的快速发展推动有机太阳能电池的能量转换效率突破20%，但在某些特定应用场景中，如何降低成本并保持高透明度仍是亟待解决的难题。近期研究表明，在强供体稀释体系中，即使给体材料的比例降低到极低的水平，器件依然能维持令人惊叹的高效率。这种低供体含量的体系不仅有利于制备高透光率的半透明太阳能电池，还为探索复杂混合物中电荷传输网络拓扑结构与重组机制提供了绝佳的模型。然而，在传统形态学之外，极低供体含量如何影响三维空间中的电荷收集，以及非自由电荷在微观尺度的复合行为是否依然符合传统动力学规律，仍缺乏一个统一的理论物理框架。

主要实验及结论

研究团队系统制备了供体比例在1%至45%宽泛范围内的PM6:Y12体异质结太阳能电池，并利用同步辐射掠入射广角X射线散射、共振软X射线散射和紫外光电子能谱深度剖面等多维技术展开深度表征。形态学实验结果惊人地显示，即使在给体含量低于5% 的极端稀释情况下，低表面能驱动的PM6依然能够在薄膜内部形成有序的层状堆叠，组装成相互连通的三维电荷传输网络，而垂直方向的组分梯度并未对电荷提取构成障碍。研究进一步发现，活性层有效电导率在低供体比例下的下降趋势完美符合三维渗流模型，证实其电荷输运由网络拓扑结构而非单一的渗流阈值决定。同时，随着供体浓度降低，体系的非双分子重组机制发生了根本性转变，从高浓度时的朗之万 encounter 限制型复合过渡到了低浓度下的弥散性斯莫路霍夫斯基限制型复合。这种新型的非双分子损失现象意味着在稀释体系中，空间拓扑限制引起的空穴传输阻力才是导致填充因子下降的主因，而激子裂分与初始光生电荷的生成效率其实依然保持得非常高效。

总结及展望

这项研究重新审视了给体稀释有机太阳能电池中的电荷动力学平衡，有力地证明了只要保持连续的给体网络通道，强供体稀释策略完全不会牺牲光生电荷的生成效率。这一发现打破了必须依赖高比例给体才能维持高效光伏转换的传统认知，深入揭示了拓扑限制传输与非朗之万重组行为在极端比例下的联合制约机制。未来，通过针对性地优化慢载流子通道并进一步增强空穴迁移率，有望在大幅降低半透明器件环境成本的同时拓宽这类新型高效光伏材料的工业化工业边界。

【Adv.Mater.】超分辨率超声实现单细胞级示踪，空间精准度突破衍射极限

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】超分辨率超声实现单细胞级示踪，空间精准度突破衍射极限

文章标题： Super-Resolution Ultrasound Based Cell Tracking With Polymeric Nanobubbles

通讯作者： Junlin Chen, Xiaoyu Wang, Jilin Fan, Bi Wang, Hanghang Fang, Yurui Wang, Hao Cui, Mohammad Roufarshbaf, Ekaterina Savina, Alexandra Valeske, Quim Peña, Yang Shi...

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73639

Schematic overview of cell tracking using NB and ULM. Biocompatible poly(butyl cyanoacrylate) (PBCA) NB was generated using a double emulsion formulation and subsequently applied for in vitro labeling of transplanted cells. NB-labeled cells were detectable by both B-mode and nonlinear contrast mode US. Following intravascular cell injection into tumor-bearing mice, dynamic US imaging enabled the visualization of cell migration into the tumor microenvironment. ULM post-processing allowed the reconstruction of super-resolution maps: microbubble-based vascular architecture and individual NB-labeled cell trajectories. This combined acoustic labeling and ULM strategy enables high-resolution tracking of the delivery of cells on super-resolution vascular maps. The schematic was created with BioRender.com.

文章概要

引言

活体追踪移植细胞的去向对于细胞治疗的发展和监测至关重要，但传统的成像技术各具局限，常常面临敏感性不足、依赖放射性示踪剂或需要进行复杂的基因改造等瓶颈。虽然超声成像具有实时、无创和临床兼容性高的优势，但由于细胞与周围组织的声阻抗相近，导致普通超声难以清晰识别细胞。近年来发展的超声局域显微术虽然彻底颠覆了微血管成像，但其在细胞示踪领域的潜力尚未得到证实。为了解决这一难题，本研究创新性地将高稳定性的高分子纳米气泡与超声局域显微术相结合，成功实现了在肿瘤微环境内对移植细胞的单细胞级动态示踪。

Fabrication, physicochemical characterization, and stability of PBCA NB. (A) The Schematic illustration depicts the fabrication of PBCA NB. The schematic was created with BioRender.com. (B) Representative photographs of PBCA NB and MB suspensions after standing for 24 h show that MB forms a floating cake due to buoyancy, whereas NB remains homogeneously dispersed. (C) Coulter counter measurements of MB (red) and NB (blue) samples show a dominant micrometer-scale size distribution for MB centered in the 1–4 µm range, whereas no detectable microscale population is observed for NB. (D) Nanoparticle tracking analysis (NTA) shows the size distribution and concentration of PBCA NB in the nanoscale range. (E) A representative transmission electron microscopy image (TEM, scale bar: 500 nm) shows predominantly spherical, bubble-like PBCA NB, with partial collapse attributed to sample preparation conditions. (F) A representative scanning electron microscopy image (SEM, scale bar: 2 µm) shows spherical, bubble-like PBCA NB. (G) A representative Cryo-SEM image of fractured PBCA NB (scale bar: 500 nm; zoom-in scale bar: 300 nm) reveals distinct internal cavities. (H) DLS measurements of hydrodynamic diameter and PDI over 24 h at 37°C show that PBCA NB remain stable in PBS and in PBS containing 10% FBS (n = 3). Data are shown as mean ± SD. Statistical significance was determined by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. No statistically significant differences were observed across the evaluated conditions (p > 0.05). (I) DLS size distributions of the NB measured after 24 h of incubation at pHs 7.0 and 4.5 show no significant changes, indicating stability under acidic conditions relevant to intracellular (lysosomal) environments.

主要实验及结论

研究人员采用双乳化法制备了聚氰基丙烯酸丁酯高分子纳米气泡，其平均粒径约为两百一十七纳米，展现出极佳的胶体稳定性和抗共聚变形能力。实验证实，巨噬细胞和原代骨 marrow 源单核细胞能高效内吞这种纳米气泡，平均每只细胞内密集包裹了超过四百个纳米气泡，从而产生强烈的细胞内非线性超声信号，使细胞成为绝佳的宏观声学散射体。在体外流体模型中，结合超声局域显微术流水线成功重建了细胞的层流运动轨迹与速度轮廓，证明了动态细胞示踪的可行性。

In vitro echogenicity and optimization of cell-labeling with PBCA NB. (A) This schematic illustrates our gelatin phantom used for US imaging, in which a 10% gelatin matrix serves as a US-transparent base, and NB dispersed in 2% gelatin is introduced into a preformed hollow well and solidified by cooling, with degassed water used as the coupling medium. (B) Representative B-mode and contrast-mode US images of gelatin alone and NB-containing gelatin demonstrate detectable acoustic signals from PBCA NB. (C) Schematic illustrating the in vitro NB labeling of J774A.1 macrophages and their embedding in a 2% gelatin phantom for static US imaging. (D) Representative B-mode and contrast-mode US images show cells labeled with NB at different NB-to-cell ratios, with cells labeled at a ratio of 105:1 exhibiting the strongest signal in both imaging modes. (E) Cell viability assessed by XTT assay after NB incubation at varying NB-to-cell ratios shows no significant loss of viability at ratios of 105:1 and below (n = 3). Data are shown as mean ± SD. Statistical significance was determined using a one-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test (**p < 0.01 compared to the 104:1 ratio). (F) Representative US images acquired immediately after NB labeling (0 h) and after 24 h of culture show retained detectability of NB-labeled cells. (G) Quantification of the detected cell number per imaging plane and mean grey value at 0 and 24 h after labeling shows no statistically significant differences (n = 3). Data are shown as mean ± SD. Statistical analysis was performed using an unpaired two-tailed Student's t-test (ns = not significant, p > 0.05).

Intracellular localization of NB in cells by confocal microscopy and in vitro cell tracking using ULM. (A) A 3D confocal reconstruction shows intracellular localization of NB-labeled cells, with NB shown in green, cell membranes in red, and nuclei in blue. NB-labeled cells show distinct NB-associated intracellular fluorescence throughout the cytoplasm. (B) A line-scan intensity analysis across a representative cell shows that NB signals are localized between the membrane and nucleus, indicating cytoplasmic internalization. (C) US 3D reconstructions of NB-labeled cells embedded in gelatin at different cell concentrations show concentration-dependent increases in detectable echogenic signals, whereas unlabeled samples show minimal background signal. (D) A schematic illustrates the flow phantom setup used for dynamic US imaging of NB-labeled cells, consisting of a peristaltic pump connected to a perfusable gelatin tunnel. (E) Bright-field microscopy images of unlabeled and NB-labeled macrophages show comparable cell morphology and no apparent aggregation after labeling (scale bar: 50 µm). (F) Representative B-mode and contrast mode US images acquired under flow conditions illustrate enhanced detectability of NB-labeled cells compared with unlabeled cells. (G) ULM-based reconstruction of NB-labeled cell trajectories under flow conditions reveals a laminar flow profile within the channel. The tracks are color-coded by velocity, with the maximum velocity per pixel plotted.

Preparation and characterization of NB-labeled BMMC. (A) Schematic illustrating the isolation of BMMC from donor mice, including red blood cell lysis, size-based enrichment, centrifugation, and cell counting prior to NB labeling. (B) Time-dependent uptake of rhodamine-labeled NB by BMMC was quantified by fluorescence measurements, showing maximal uptake after 2 h of incubation (n = 3). Data are shown as mean ± SD. (C) Flow cytometry analysis confirms internalization of rhodamine B-labeled NB by viable BMMC following 2 h of incubation. (D) Representative B-mode and contrast mode US images of unlabeled and NB-labeled BMMC embedded in a gelatin phantom demonstrate enhanced echogenicity after NB labeling. (E) Flow cytometry–based immunophenotyping of BMMC before and after NB labeling shows preserved distributions of B cells, T cells, macrophages, dendritic cells, and natural killer cells.

随后在小鼠乳腺癌模型中，通过腹主动脉插管实施动脉内细胞输注，实时超声成像观察到纳米气泡标记的单核细胞在肿瘤血管内的清晰动态增强信号，而未标记的对照组则完全无法被超声捕获。通过超声局域显微术算法对细胞连续帧信号进行精准定位与追踪，研究团队首次在体内成功重建出高分辨率的细胞运动轨迹图，并将其与微气泡生成的超分辨率血管网络图谱完美融合，实现了对细胞输送血管途径的精确解剖学定位，流式细胞术也同步证实了细胞在肿瘤部位的成功递送。

In vivo tracking of NB-labeled BMMC in murine breast carcinomas using ULM. (A) The experimental timeline and schematic illustrate the experimental workflow of the in vivo cell-tracking, including breast tumor establishment and US imaging steps consisting of baseline acquisition, cell injection, cell infusion recording, application of a destructive pulse, MB injection, MB infusion recording, and post-processing with ULM. (B) Representative contrast mode US images of tumors acquired before and during infusion of unlabeled or NB-labeled BMMC show detectable contrast enhancement only in the NB-labeled group. The green arrows indicate the enhanced signals from NB-labeled cells. The large yellow dashed boxes indicate the specific Regions of Interest (ROIs) selected for subsequent ULM processing displayed in panels F-G. The two rows represent separate acquisitions from different animals, which are marked with a blue vertical line (unlabeled BMMC group) and a green vertical line (NB-labeled BMMC group). (C) Time–intensity curves of tumor contrast signals acquired during infusion of unlabeled BMMC show no appreciable signal enhancement. (D) Time–intensity curves acquired during infusion of NB-labeled BMMC show a significant increase in contrast signals within the tumor. (E) ULM-based reconstruction of in vivo cell tracks shows sparse trajectories in the unlabeled group and robust cell-associated tracks in the NB-labeled group. (F) MIP and corresponding MB track map reconstructed from the MB infusion sequence delineate perfused tumor vasculature within the corresponding ROIs. (G) Merged overlays of the vascular MIP, MB tracks (in red), and cell tracks (in blue) show that NB-labeled cell trajectories predominantly co-localize with perfused vessels. White dashed boxes B, C, and G (merged images) correspond to the zoom-in regions displayed on the right, highlighting the precise co-localization of cell tracks within the microvasculature. (H) Distributions of mean and maximum velocities of per-track extracted from reconstructed cell trajectories are shown for unlabeled and NB-labeled groups. (I) Flow cytometry analysis of single-cell suspensions prepared from excised tumors immediately after imaging confirms the presence of injected cells in both unlabeled and NB-labeled groups.

总结及展望

这项研究成功构建了基于高分子纳米气泡与超声局域显微术的全新细胞示踪平台，突破了传统超声成像的物理衍射极限，首次展示了在体内以微米级空间精准度和单细胞级敏感性追踪移植细胞的跨越式进展。该技术不需要对细胞进行基因改造或依赖电离辐射，具备极高的临床转化潜力，为实时、定量监测细胞疗法提供了全新的可视化手段。未来随着运动无关非线性滤波算法的进一步开发，该系统有望攻克细胞外渗后静止状态的长期示踪难题，进而在再生医学、神经缺血修复以及癌症免疫治疗等广泛的临床场景中，为优化细胞给药策略和个性化治疗方案提供关键的技术支撑。

【Nature】北大严纯华院士、周欢萍、孙聆东|原位纳米晶限域网络破解蓝光钙钛矿难题，实现21.8%超高外量子效率与11纳米尺寸精准控制

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nature】北大严纯华院士、周欢萍、孙聆东|原位纳米晶限域网络破解蓝光钙钛矿难题，实现21.8%超高外量子效率与11纳米尺寸精准控制

文章标题：In situ nanocrystal confinement for efficient blue perovskite LEDs

通讯作者：Ling-Dong Sun, Chun-Hua Yan & Huanping Zhou

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10596-3

文章概要

引言

金属卤化物钙钛矿因其高色纯度和低成本溶液加工性，被视为下一代发光显示领域的明星材料。然而，相较于已取得重大突破的红光和绿光钙钛矿LED，蓝光钙钛矿发光二极管（PeLED）的性能一直受到严重制约。其核心瓶颈在于基底原位结晶过程中“高结晶度”与“纳米级限域尺寸”之间长期存在的固有矛盾。传统调控策略往往在延缓结晶以提升晶体质量的同时，无可避免地导致晶粒过度粗化至微米级，严重削弱了载流子的空间限域与辐射复合效率。因此，如何在维持极低缺陷密度的同时实现精准的纳米尺度晶粒控制，是构筑高效蓝光PeLED亟待破解的国际性难题。

Fig. 1: Schematic diagram and mechanism of in situ nanocrystal confinement strategy.

a, Schematic of ligand design and crystallization of perovskite nanocrystals. The coordinated polymerizable monomer suppresses the nucleation process and the in situ-formed polymer network further restrains the growth of perovskite nanocrystals, which induces small and stable nanocrystals. b–f, Transmission electron microscopy images of perovskite nanocrystals without additives (b), with P-MOA (c), with OEGA (d), with MPEG-MAA (_M_n = 1,000) (e) and with MPEG-MAA (_M_n = 5,000) (f). g, The electron energy loss spectra (EELS) acquired from the positions highlighted in the inset high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy image. O-K and Cs-L denote the EELS edges corresponding to the oxygen K-shell and caesium L-shell, respectively. h,i, High-resolution transmission electron microscopy images of the pristine (h) and OEGA perovskites (i). Insets: corresponding fast Fourier transform diffractograms and atomic structure model. j, X-ray diffraction patterns of the pristine and OEGA perovskites. θ denotes the Bragg angle. ZA, zone axis. Scale bars, 1 μm (b); 100 nm (c–f); 20 nm (g(inset),h); 5 nm−1 (h(inset)); 5 nm (i); 10 nm−1 (i(inset)).

主要实验及结论

研究团队开创性地提出了一种原位聚合限域策略，通过在蓝光钙钛矿前驱体中引入可聚合单体低聚（乙二醇）甲基醚丙烯酸酯（OEGA），在退火结晶过程中原位构筑动态聚合物网络。该网络在晶体生长过程中施加了强烈的纳米级空间约束，成功将钙钛矿的平均晶粒尺寸从250纳米以上大幅缩减至11纳米。理论计算与动力学模拟表明，单体中丰富的配位位点延缓了晶核的快速聚集，赋予晶体充分的晶格重排时间，实现了小尺寸限域与高结晶度的完美结合。这种独特的调控机制不仅有效钝化了表面缺陷，更在室温下稳定了优异的高温立方相结构，显著抑制了由晶格畸变引起的电子-声子耦合与非辐射复合损失。

Fig. 2: Analysis of perovskite crystallization kinetics.

a, 1H NMR spectra of OEGA/PbBr2 before and after thermal annealing (POEGA). b, Pb 4_f_ X-ray photoelectron spectroscopy spectra of the pristine and OEGA perovskites. The X-ray photoelectron spectroscopy spectra are calibrated to the adventitious C 1_s_ peak at 284.8 eV. c,d, In situ absorption (c) and photoluminescence (d) evolution of the pristine and OEGA perovskites during the crystallization process. The colour bars in c and d indicate the signal intensity (a.u.). e, Schematic of the nucleation and crystallization of pristine and OEGA perovskites. f,g, Transmission electron microscopy images and fast Fourier transform diffractograms of FAPbI3 without (f) and with (g) OEGA. Scale bars, 500 nm (f); 5 nm−1 (f(inset),g(inset)); 200 nm (g).

Fig. 3: Luminescence properties of perovskite nanocrystals.

a,b, Integrated photoluminescence intensity (a) and FWHM (b) from temperature-dependent photoluminescence spectra against measuring temperatures. The symbols are the extracted experimental data and the solid lines are the best least-squares fit. c, Raman spectra of the pristine and OEGA perovskite films after normalization for sample concentration. Inset: atomic structure model representing longitudinal-optical vibration. d–f, Time-resolved photoluminescence decay (d), steady-state photoluminescence spectra (e) and excitation intensity-dependent PLQY (f) of pristine, OEGA and OEGA/PEA perovskites. The decays in d were normalized to their maximum intensity and rescaled to 1,000 for clarity.

得益于空间限域与高结晶度的协同效应，所得钙钛矿纳米晶薄膜表现出极其优异的发光性能，其荧光量子产率（PLQY）飙升至83%，并在低激子密度下即表现出饱和趋势。将其应用于蓝光PeLED器件的构筑中，在491纳米的纯蓝光发射下实现了高达21.8%的峰值外量子效率（EQE），最大亮度达到1925 cd m⁻²，处于国际顶尖水平。同时，原位形成的POEGA交联网络在钙钛矿晶界处构筑了坚固的离子迁移屏障，将器件的离子迁移活化能由0.27 eV显著提升至0.77 eV。这种结构上的强化使器件的工作寿命（$T_{50}$）延长至69.4分钟，并在高偏置电压下展现出极佳的光谱与运行稳定性。

Fig. 4: Performance and stability of PeLED devices.

a, Energy diagram of each layer in PeLEDs. b, CIE coordinates of OEGA/PEA PeLEDs. c–e, Current density–voltage (c), luminance–voltage (d) and EQE–current density (e) curves of PeLED devices. f, Histogram of 32 devices for the pristine and OEGA/PEA PeLEDs. g, Operational stability of PeLEDs with an initial luminance around 100 cd m–2. Inset: electroluminescence spectra of OEGA/PEA PeLEDs at different bias voltages. h, Temperature-dependent conductivity measurements of the pristine and OEGA/PEA perovskite films. ITO, indium tin oxide.

总结及展望

该研究成功开发了一种兼具普适性与简便性的原位纳米晶限域新策略，完美破解了基底原位合成中钙钛矿纳米晶高结晶度与小尺寸难以兼得的物性矛盾。这一成果不仅深化了科学界对配体工程调制纳米晶生长机制的理解，更为开发高效率、高稳定性的蓝光发光器件奠定了坚实的材料学基础。未来，这种通过控制结晶热力学与单体聚合反应协同演化的动态限域思路，有望推广至更广泛的胶体量子点体系及其他下一代光电器件中，为大面积、柔性显示及半导体照明技术的发展注入强劲动力。

唐本忠（高分子化学与光化学）院士｜全球聚集诱导发光（AIE）原创概念的提出者与聚集体科学的开拓者

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

唐本忠（高分子化学与光化学）院士｜全球聚集诱导发光（AIE）原创概念的提出者与聚集体科学的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：唐本忠 (Ben 用 / Ben-Zhong Tang)
生卒年月：$1957$ 年 $2$ 月出生于湖北省潜江市，籍贯湖南省津市（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2009$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：高分子化学、光物理化学、先进功能材料、聚集体科学、聚集诱导发光（$AIE$）、生物医学成像与光动力学诊疗

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

唐本忠院士长期致力于高分子合成方法论的探索、光电功能材料的开发、先进光化学过程以及生物医学诊疗制剂的前沿交叉研究，是聚集诱导发光（$Aggregation\text{-}Induced\ Emission,\ AIE$）这一原创性、系统性学术概念的提出者和全球该领域研究的奠基引领人。他聚焦于攻克传统有机荧光发光体由于“浓度猝灭”和分子聚集状态下极易荧光淬灭（即经典 $ACQ$ 效应）这一百年来限制多相发光器件与活体精密生物传感的物理瓶颈难题。他围绕“限制分子内运动（$RIM$）”这一核心物理光化学主线，开展了深入、系统的发光机理和分子结构效应解析，并进一步突破传统分子科学视野，将研究外延拓宽至“聚集体科学（$Aggregation\text{ }Science$）”新领域，打通了从基础发光机理微观建构到高保真诊疗器件工业化应用的完整生命大健康与光电子链条。

2. 标志性成果

首创“聚集诱导发光”（$AIE$）科学概念并阐明其核心物理机制（颠覆百年 ACQ 瓶颈，国家自然科学奖一等奖成果）：传统的发光分子（如红荧烯等）在稀溶液中能表现出优异的发光性能，但一旦将其制备成薄膜、固态或在高浓度聚集状态下，由于强烈的分子间 $\pi\text{-}\pi$ 共轭堆积作用，其激发态能量极易发生非辐射退激发而猝灭，这一固有弊端在学术界被称为“聚集导致淬灭（$Aggregation\text{-}Caused\text{ }Quenching,\ ACQ$）”效应。在 $2001$ 年，唐本忠在实验中首次发现了硅杂环戊二烯（$Silole$）衍生物呈现出与 $ACQ$ 完全相反的反常物理特征：其在分子游离态的稀溶液中不发光，但在分子团簇凝聚或聚集固体状态下，发光效率会呈几何数量级飙升。他创造性地发明并定义了 “聚集诱导发光（$AIE$）” 这一颠覆性的发光概念，并带领团队系统论证了其底层物理机制——“限制分子内运动（$RIM,\ Restricting\text{ }Intramolecular\text{ }Motion$）”。该机制阐明了聚集态中由于空间位阻效应，分子的内旋转（$RIR$）与内振动（$RIV$）运动被强力抑制，从而关闭了非辐射跃迁（热耗散）衰变通道，强制多余的激发态能量只能通过辐射跃迁通道以光的形式高效释放。该原创发现彻底改写了世界有机光伏及显像界的传统学术认知。其研究成果“聚集诱导发光”荣获了 $2017$ 年度国家自然科学奖一等奖（第一完成人，为我国民间及官方最高级别科技理论荣誉之一）。
系统开创“聚集体科学”大类前沿学科（构筑“分子之上”的物理化学新范式）：为了进一步突破单一发光行为的传统学科界限，唐本忠院士创造性地将科学视域从独立“分子（$Molecule$）”层面，升华跃迁至“分子之上”的 “聚集体（$Aggregate$）” 研究维度，在国际上率先系统构建并推广了 “聚集体科学（$Aggregation\text{ }Science$）” 理论体系。他系统揭示并理论证实了：许多分子在聚集状态下，能够呈现出游离态单一分子所不具备的新奇、自组织且超越宏观代数的加和、协同物理特征。例如，他系统阐明了由无大 $\pi$ 共轭单元的非典型生色团通过空间电荷转移和键合作用诱导的“簇发光（$Clusteroluminescence$）”现象，开发出了高有序高热稳定性的有机室温磷光（$RTP$）材料，并阐明了凝聚凝聚自组装体对单线态氧生成效能的增强物理机制，为高新交叉物性探索提供了崭新的底层实践范式。
新型 AIE 纳米生物荧光/诊疗系统构筑与临床靶向示范应用：针对临床检验、实时活体追踪中传统无机量子点易重金属中毒、小分子有机染料抗光漂白性差的卡脖子难题，唐本忠院士团队构建了一系列高生物相容性、强抗光漂白的高发光 AIE 活性纳米荧光探针。利用 AIE 探针的大 $Stokes$ 位移以及特定细胞器选择性锚定特性，他们不仅实现了在活体组织深度（如脑血管、极微弱病灶）的高信噪比原位、时空分辨三维非线性成像，更是首次研制出了集光动力治疗（$PDT$）和近红外二区（$NIR\text{-}II$）长寿命成像功能于一体的新型 AIE 诊疗一体化纳米药物。这些材料被广泛运用于多维肿瘤界面的靶向筛查与纳米诊疗制剂的高效转化，极大拓宽了化学和功能高分子在临床现代大健康产业中的应用边界。

3. 学术地位与影响

唐本忠院士是全球高分子化学、先进功能材料、多相发光及聚集体物理化学领域极具崇高国际学术声誉的领军科学家，也是我国推动绿色“新质生产力”二维有机光电材料和生物医学靶向显像剂走向世界一流前沿的核心力量。他提出的 $AIE$ 原创机制已被写入多国高等教育化学与材料学经典教科书，目前全球已有上百个国家和地区的数万名学者在共同推进 AIE 与聚集体科学的开发，成为由我国科学家率先发现、命名并持续主导引领的极少数化学与材料学国际重大前沿之一。

他至今在包括 Science、Nature、JACS、Angew. Chem. 等国际顶级期刊发表学术论文 $2700$ 余篇，论文被他人引用累计超过 $2.5 \times 10^5$ 次，学术 $H\text{-index}$ 高达 $218$（根据 $2026$ 年春季谷歌学术数据）。他自 $2014$ 年起连续十余年蝉联科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”名录。他荣获了国家自然科学一等奖（$2017$ 年度）、英国皇家化学会 “$Centenary\text{ }Prize$”、何梁何利基金“科学与技术进步奖”以及 $2021$ 年度国际纳米顶级荣誉 “$Nano\text{ }Today\text{ }Award$”，显著确立了中国高分子物理和现代生物聚集体材料在国际科学界的绝对话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.02 - 1982.07$：华南工学院（现华南理工大学）高分子科学与工程系，高分子化工专业，本科毕业获工学学士学位（高考恢复后的七七级大学生）
$1983.04 - 1985.03$：日本京都大学工学院，高分子化学系，研究生毕业获工学硕士学位
$1985.04 - 1988.03$：日本京都大学工学院，高分子化学系，博士研究生毕业获工学博士学位（导师：世界级著名高分子化学家东村敏延教授）
$1989.09 - 1994.06$：加拿大多伦多大学化学系，博士后研究员（合作导师：高分子微相物理化学先驱 $\text{Mitchell A. Winnik}$ 教授）

2. 工作履历

$1988.04 - 1989.04$：日本滋贺县 $\text{NEOS}$ 株式会社中央研究所，高级研究员、研究员
$1994.07 - 1998.06$：香港科技大学化学系，助理教授
$1998.07 - 2001.06$：香港科技大学化学系，副教授
$2001.07 - 2008.06$：香港科技大学化学系，教授
$2008.07 - 2021.03$：香港科技大学化学系，讲席教授（$\text{Chair Professor}$，香港科技大学张鉴泉理学讲席教授）、生物医学工程系讲席教授，广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院院长（在港科大从教执训二十七载，培养出了大批高层次化学和先进功能材料博士）
$2021.04 - 2026.03$：香港中文大学（深圳），理工学院院长、校长学勤讲座教授
$2026.04 - 至今$：香港中文大学（深圳），副校长、校长学勤讲座教授（全职引进回大湾区开展高端聚集态材料与分子医学教学科研攻坚）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技最高奖：
- 国家自然科学奖一等奖（$2017$ 年度，第一完成人，获奖项目：“聚集诱导发光”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2007$ 年度，第一完成人，获奖项目：“过渡金属催化的炔类单体新型聚合反应及先进功能材料的创制”）
省部级科技最高奖：
- 广东省科学技术突出贡献奖（$2025$ 年度，第一完成人，表彰其在聚集体科学基础创新与大湾区产业示范上的核心贡献）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿大奖：
- 获 $Nano\text{ }Today$ 奖（$\text{Nano Today Award}$，$2021$ 年度，全球纳米材料界个人终身荣誉）
- 获 $\text{Biomaterials}$ 全球影响力奖（$\text{Biomaterials Global Impact Award}$，$2023$ 年度）
- 获英国皇家化学会“百周年奖”（$\text{RSC Centenary Prize}$，$2020$ 年度）
- 获裘槎高级研究成就奖（$\text{Croucher Senior Research Fellow Award}$，$2007$ 年度）
行业学术大奖：
- 荣获唐敖庆化学奖（$2026$ 年度，面向我国化学化工界杰出化学家的重磅学术大奖）
- 荣获中国化学会-中国石油化工股份有限公司“化学贡献奖”（$2024$ 年度，中国化学界重磅个人奖）
- 荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖，$2017$ 年度）
- 荣获国际化学与化工界“冯新德奖”（$\text{Elsevier-Feng Xinde Polymer Prize}$，$2007$ 年度）
大学至高荣誉学位：
- 获澳门科技大学荣誉理学博士学位（$2026$ 年度，表彰其在推动聚集诱导发光和国际聚集体交叉学科中的重大科学贡献）

3. 多国最高学术会士与外籍院士称号

多国最高院士与会士：
- 当选中国科学院院士（$2009$ 年度，化学部）
- 当选发展中国家科学院（TWAS）院士（$2020$ 年度）
- 当选亚太材料科学院（APAM）院士
- 当选美国医学与生物工程院会士（$\text{AIMBE Fellow}$，$2026$ 年度，是当年入选的国际顶级交叉医学材料学者）
- 当选国际生物材料科学与工程学会联合会会士（$\text{FBSE}$）
- 当选英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$，$2013$ 年度）
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊主编职务：
- 担任德国 $\text{Wiley}$ 旗下、聚集体物理化学与多相材料旗舰学术期刊《聚集体》（Aggregate）创刊主编
学术顾问与编委：担任 Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Chemical Science、Materials Horizons 等二十余个国际顶级化学与材料学核心期刊的顾问委员会成员、常务学术顾问或编委。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及大湾区重点创新平台：
- 国家自然科学基金委“聚集诱导发光”基础科学中心项目首席负责人、学术带头人（受资助体量达 $1.8$ 亿元）
- 香港中文大学（深圳）副校长、华南理工大学高分子光电材料及器件研究所学术顾问、广东省分子聚集发光重点实验室主任
- 广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院院长
重要决策与学术团体：
- 香港特别行政区选举委员会科技创新界委员（粤港澳大湾区院士联盟指定提名）
- 粤港澳大湾区院士联盟理事会成员
- 中国化学会常务理事

六. 个人风格与格言

唐本忠院士治学严谨刚毅、思维活跃包容，极力反对跟随和亦步亦趋的“影子研究”。作为一名从高考制度恢复后起步，跨越中、日、加、港并最终全职回归粤港澳大湾区建设的顶尖高分子化学家，他常将科研工作者比作大自然中破译未知奥秘的“探路探险家”：

“科学探索是一次充满了好奇和惊叹的快乐长跑。传统的 $\text{ACQ}$ 研究是寻找如何‘防猝灭’，而我们发现了如何‘聚集发光’，这就是我们走上了与别人完全相反却又通向光明的道路。一个理论如果只能留在纸面的高分文章里，那它终究只是空中楼阁。我们做高分子、做聚集态发光材料，不仅要在‘书架’上留下中国人独立提出的 AIE 与聚集体科学理论体系，更要不惧困难、到工厂和医院的一线去，把我们研制的高效荧光成像造影剂和靶向诊疗药物，实打实地摆到临床治疗的‘货架’上。在世界的聚集体光电和现代生物医药的延长线上，写下属于我们中国人独立的新命名与自研的新标准，这就是我们科技自立自强的底气与担当。”

在人才培养上，他时刻勉励年轻一代要跨越孤立，将聚集体的无穷力量，化作绿色健康与新质生产力的不竭基石。

七. 参考文献

唐勇（金属有机化学）院士｜均相催化“边臂策略”开拓者与高性能聚烯烃技术践行者

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

唐勇（金属有机化学）院士｜均相催化“边臂策略”开拓者与高性能聚烯烃技术践行者

一. 基础信息概览

姓名：唐勇（Tang Yong）
生卒年月：1964年9月12日出生（四川省乐山市井研县）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2015年
主要研究领域：金属有机化学、不对称催化、高性能聚烯烃催化、叶立德化学、天然产物全合成

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

长期致力于金属有机化学及均相催化领域的研究。围绕均相催化中关于“选择性控制”与“催化效率”等长期制约行业发展的核心科学问题，通过反应机理引导的催化剂设计，系统开展手性配体创制、不对称催化反应开发、新型叶立德试剂应用以及高性能聚烯烃催化剂的研发工作。

2. 标志性成果

均相催化“边臂策略”（Sidearm Strategy）的提出与应用：针对金属有机催化剂设计中活性与选择性难以兼顾的难题，创造性地提出了“边臂策略”——即在催化剂的活性中心区域装载配位基团（边臂），通过边臂的动态配位调控活性中心的立体和电子效应。基于该策略，其团队设计并合成了一系列高选择性、高活性的新型手性配体和催化剂，成功应用于 $20$ 余类重要不对称催化反应中，深刻阐明了边臂的作用机制与动态调控规律。
高性能聚烯烃催化剂创制及规模化工业应用：在高性能聚乙烯等高分子材料催化技术受制于国外的背景下，利用“边臂策略”设计了新型单中心聚烯烃催化剂（如具有边臂配位的“镍/钯”及“钛/锆”催化剂）。该催化剂可实现聚乙烯多样性链结构的选择性高效合成。相关技术已成功实现转移转化与规模化工业应用，为我国聚烯烃催化技术的自主可控做出了实质性贡献。
新型叶立德试剂的研发与反应选择性调控：发展了系列新型手性叶立德试剂，突破了传统叶立德反应中立体选择性差的局限，实现了高效、高选择性的环丙烷化、环氧化等反应，并被成功应用于多个复杂天然产物的关键全合成步骤。

3. 学术地位与影响

唐勇院士是国际均相催化与金属有机化学领域的重要学者，其倡导并发展的“边臂策略”已成为金属有机催化剂设计的核心方法之一，多次受邀在国际权威综述期刊《化学研究评述》（Accounts of Chemical Research）撰写系统性综述。其创制的催化剂与反应被国内外同行广泛采用，实现了从基础基础研究到工业应用的闭环转化。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1982.09 - 1986.06：四川师范大学，化学系，获理学学士学位；
1990.09 - 1993.02：中国科学院上海有机化学研究所，获理学硕士学位（导师：黄耀曾院士）；
1993.02 - 1996.02：中国科学院上海有机化学研究所，获理学博士学位（导师：黄耀曾院士、戴立信院士）。

2. 工作履历

1996.03 - 1996.07：中国科学院上海有机化学研究所，助理研究员；
1996.08 - 1997.05：美国科罗拉多州立大学（Colorado State University），博士后；
1997.05 - 1999.04：美国乔治城大学（Georgetown University），博士后；
1999.05 - 1999.12：中国科学院上海有机化学研究所，副研究员；
2000.01 - 至今：中国科学院上海有机化学研究所，研究员（2000年入选中国科学院“百人计划”）；
2009.11 - 2017.01：金属有机化学国家重点实验室，主任；
2009.05 - 2018.12：中国科学院上海有机化学研究所，副所长；
2019.01 - 2025.01：中国科学院上海有机化学研究所，所长；
2018.09 - 至今：南方科技大学化学系，双聘教授（南方科技大学课题组长）。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2002年：国家自然科学二等奖（“过渡金属催化的手性叶立德反应研究”，第三完成人）；
2012年：国家自然科学二等奖（“基于边臂策略的手性催化剂创制与不对称反应研究”，第一完成人）。

2. 国际荣誉

2004年：SYNTHESIS / SYNLETT 期刊奖（Synthesis/Synlett Journal Award）。

3. 其他重要荣誉

2001年：上海市科技进步一等奖（自然科学类，第三完成人）；
2002年：国家杰出青年科学基金资助获得者；
2002年：中国科学院-拜尔青年科学家奖；
2004年：入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选；
2006年：第九届中国青年科技奖；
2011年：上海市自然科学一等奖（第一完成人）；
2012年：中国化学会黄耀曾金属有机化学奖；
2015年：上海市化学化工学会庄长恭奖；
2015年：第十一届上海市科技精英；
2016年：全国优秀科技工作者；
2019年：中国化学会手性化学奖；
2021年：中国科学院先进工作者；
2021年：第七届中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

担任《科学通报》（Science Bulletin）英文版副主编；
担任《有机快报》（Organic Letters）等多种国内外学术期刊的编委或顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会常务理事、中国化学会会士；
曾任金属有机化学国家重点实验室主任、上海有机化学研究所所长；
承担并主持多项国家自然科学基金委重大项目、重点项目、创新研究群体项目，以及科技部“$863$计划”项目等。

六. 个人风格与格言

唐勇院士治学严谨、作风低调，长期坚持以解决“真问题”为导向的基础化学研究。在人才培养和科研探索中，他多次阐述其科学信念与治学格言：

“偶然的启发，往往来源于我们对工作终身的兴趣和对现象敏锐的捕捉。基础研究的真正魅力，在于能将看似偶然发现的化学规律，通过深刻的机制探索，最终转化为服务于国家和产业的核心力量。”

国内外学术同行评价他：“独树一帜地提出了‘边臂策略’，不仅在均相催化的国际学术前沿占有了重要的一席之地，更是通过坚持不懈的工艺攻坚，让实验室的创新配方最终落地成为国家产业亟需的聚烯烃工业催化成果，生动诠释了中国科学家的家国担当。”

七. 参考文献

谭蔚泓（生物分析化学与化学生物学）院士｜全球核酸适体与微纳传感领域的开拓者

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

谭蔚泓（生物分析化学与化学生物学）院士｜全球核酸适体与微纳传感领域的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：谭蔚泓 (Weihong Tan / Weihong Tan)
生卒年月：$1960$ 年 $5$ 月出生于湖南省益阳市（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2015$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：生物分析化学、化学生物学、分子医学、核酸化学、核酸适体药物（$ApDC$）与微纳生物传感

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

谭蔚泓院士长期致力于生物分析化学、化学生物学和分子医学的前沿交叉与临床转化研究。他聚焦于攻克传统肿瘤分子诊断特异性差、体内靶向释放效率低下、重大疾病早期特征分子难以高敏定量测定等医学瓶颈难题。他围绕“功能化核酸大分子结构设计、肿瘤细胞特异性识别与诊疗器件构筑”这一核心科学主线，系统开展了基于细胞筛选的核酸适体发现方法学研究，创制了多类核酸适体-药物偶联物（$ApDC$）和分子基纳米递送系统，并开发了高灵敏度微纳生物传感及现场快速 $POCT$ 检测原理，打通了从微观核酸分子偶联工程到临床重大疾病精准分子诊疗的完整全流程闭环。

2. 标志性成果

首创活细胞核酸适体指数富集筛选技术（$Cell\text{-}SELEX$）（奠定核酸适体生物医学应用的方法学底座）：核酸适体是通过人工合成的单链 $DNA$ 或 $RNA$，具有比肩单克隆抗体的高特异性结合能力。然而，传统的 $SELEX$ 技术依赖纯化单一靶标蛋白，在面对真实的天然细胞膜环境时往往面临构象失真和特异性丢失的瓶颈。谭蔚泓在国际上率先提出了利用活细胞作为筛选靶标的 “基于细胞的核酸适体指数富集筛选技术（$Cell\text{-}SELEX$）”。该方法可在完全维持细胞膜蛋白天然三维构象和糖基化修饰状态下，直接针对活体癌细胞进行高通量特异性分子富集。这一原创筛选体系不仅解决了生物大分子高特异性配体发现的学术瓶颈，更成为全球生物医学界筛选疾病标志物、解析复杂异质性细胞亚型的底层底层底层通用实践范式，为后续核酸药物和分子诊断的创制提供了关键材料源头。
首次创制核酸适体-药物偶联物（$ApDC$）并开辟靶向药物输运新范式（引领智能分子抗癌药物发展）：为克服传统小分子化疗药物由于缺乏靶向性导致的毒副作用，谭蔚泓在国际上首次提出并合成了 “核酸适体-药物偶联物（$ApDC, Aptamer\text{-}Drug\ Conjugate$）”。这一创新设计通过可控的核酸片段连接，将高毒性抗癌药物（如阿霉素等）定向锚定在筛选出的高亲和力核酸适体结构上。与传统抗体-药物偶联物（$ADC$）相比，$ApDC$ 具有极低免疫原性、合成周期短、组织渗透率高等显著物理化学优势。他系统阐明了 $ApDC$ 在血液循环中的稳定性、肿瘤部位的靶向蓄积机制以及被癌细胞受体介导内吞并在溶酶体精准释放活性药物的微观级联动力学。该开创性成果极大地拓宽了分子医学的药物开发边界，其项目“核酸小分子分子工程及生物传感应用基础研究”荣获 $2014$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
发明微纳生物传感新原理及现场快速 $POCT$ 诊疗检测（推动公共卫生临床高灵敏早期检测，国家自然科学二等奖成果）：针对微量、低丰度疾病早期生物标志物分析难度大的技术死角，谭蔚泓带领团队构建了高保真核酸自组装、分子信标等新型信号放大与捕获传感材料，开发了系列单细胞水平蛋白组学微纳生物分析技术。特别是在临床检验医学方向，他基于多功能核酸功能材料，成功构筑了具备临床高集成度、现场快速定量的 $POCT$ 检测系统。针对我国重大急性传染病防控需求，他带领跨学科团队完成了核酸即时现场分子检测仪和试剂盒的联合攻坚，顺利获得国家药监局首个新冠现场快速 $POCT$ 检测注册证，其团队主要成果“微纳生物传感新原理与新方法研究”荣获了 $2020$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人），并于 $2018$ 年度荣获美国化学会“光谱化学分析奖”。

3. Academic地位与影响

谭蔚泓院士是全球分子科学、化学生物学、核酸化学与生物分析化学领域的顶级领军科学家与开拓者。他首创并推进的 $Cell\text{-}SELEX$ 方法及 $ApDC$ 理论模型，重构了国际医学界对精准靶向治疗和多相传感标志物富集的科学认知。他至今在包括 Science、PNAS、Nature Biotechnology、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等国际顶级期刊发表学术论文 $1000$ 余篇，论文被他人引用累计超过 $9.5 \times 10^4$ 次（Google Scholar 统计超过 $10.8 \times 10^4$ 次），$H\text{-index}$ 高达 $170\text{ - }176$。他自 $2014$ 年起连续十年蝉联科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”名录。他先后当选为发展中国家科学院（TWAS）院士（$2016$ 年度）及欧洲科学院院士（$2019$ 年度），奠定了我国学者在国际核酸分析化学、微纳分子传感以及现代智慧分子医学产业进程中的绝对引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.03 - 1982.01$：湖南师范大学化学系，本科毕业获理学学士学位（七七级高考招收生）
$1982.09 - 1985.10$：中国科学院山西煤炭化学研究所，物理化学专业，研究生毕业获理学硕士学位（导师：郭燮贤院士等）
$1988.09 - 1992.12$：美国密西根大学安娜堡分校化学系，物理化学专业，研究生毕业获理学博士（$\text{Ph.D.}$）学位（导师：$\text{Raoul Kopelman}$ 教授）
$1994.01 - 1995.07$：美国能源部埃姆斯实验室（Ames Laboratory），博士后研究员（合作导师：世界级著名分析化学家 $\text{Edward S. Yeung}$/杨熙教授）

2. 工作履历

$1995.09 - 2000.07$：美国佛罗里达大学化学系，助理教授（$\text{Assistant Professor}$）
$2000.08 - 2004.07$：美国佛罗里达大学化学系，终身教职副教授（$\text{Associate Professor}$）
$2004.08 - 2008.07$：美国佛罗里达大学化学系，终身教职正教授（$\text{Full Professor}$）
$2008.08 - 2020.03$：美国佛罗里达大学化学系、医学院，杰出教授（$\text{Distinguished Professor}$，佛罗里达大学全校最高终身教职荣誉）、$\text{V. T. & Louise Jackson}$ 冠名主任教授、软物质和生物纳米技术研究中心主任（在佛大执训二十五载，培养超过 $70$ 名高层次化学与分子医学博士）
$2010.03 - 2019.03$：湖南大学，化学生物传感与计量学国家重点实验室主任，化学化工学院、生物学院特聘教授、博士生导师
$2017.08 - 2020.03$：湖南大学，党委常委、副校长
$2018.10 - 至今$：上海交通大学分子医学研究院，院长，化学化工学院特聘教授
$2019.03 - 至今$：中国科学院杭州医学研究所（原中国科学院肿瘤与基础医学研究所），所长、研究员，浙江省肿瘤医院院长（全职回到祖国，致力于构筑国家大健康和分子医学的高端基础科研高地）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2020$ 年度，第一完成人，获奖项目：“微纳生物传感新原理与新方法研究”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2014$ 年度，第一完成人，获奖项目：“核酸小分子分子工程及生物传感应用基础研究”）
省部部委级科技奖项：
- 教育部自然科学奖一等奖（$2011$ 年度，第一完成人，获奖项目：“基于核酸适体的高灵敏生物分析新方法研究”）
- 湖南省自然科学奖一等奖（$2013$ 年度，第一完成人）

2. 国际与行业重大奖项

国际化学与光谱大奖：
- 获美国化学会“光谱化学分析奖”（$\text{ACS Award in Spectrochemical Analysis}$，$2018$ 年度，全球物理与分析化学界顶级个人荣誉）
- 获美国 $\text{PITTCON}$ 分析化学成就奖（$\text{Pittsburgh Conference Achievement Award}$，$2004$ 年度/$2019$ 年度，表彰其在纳米发光分子与适体分析上的系列重大突破）
- 获美国化学会 $\text{Ralph N. Adams}$ 生物分析化学成就奖（$\text{Ralph N. Adams Award}$，$2019$ 年度）
- 获世界分子影像学会 $\text{Britton Chance}$ 奖（$\text{Britton Chance Award}$，$2024$ 年度）
- 获美国贝克曼青年科学家奖（$\text{Beckman Young Investigator Award}$，$1997$ 年度）
- 获美国国家科学基金会教师职业奖（$\text{NSF Career Award}$，$1998$ 年度）
行业学术大奖：
- 荣获第十届何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖，$2018$ 年度）
- 荣获树兰医学奖（$2022$ 年度，临床生命科学与医学界的高端个人成就奖）
大学至高荣誉学位：
- 香港浸会大学授予荣誉理学博士（$\text{Doctor of Science, honoris causa}$，$2024$ 年度，表彰其在国际分析化学和分子肿瘤筛查领域不可磨灭的贡献）

3. 多国最高学术会士与院士称号

双国最高学术会士：
- 当选中国科学院院士（$2015$ 年度，化学部）
- 当选发展中国家科学院（TWAS）院士（$2016$ 年度）
- 当选欧洲科学院院士（$2019$ 年度）
- 当选美国科学促进会会士（$\text{AAAS Fellow}$，$2005$ 年度）
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

执行及副主编职务：
- 长期担任美国化学会志（Journal of the American Chemical Society, JACS）副主编
- 长期担任美国化学会《分析化学》（Analytical Chemistry）副主编
- 担任中国化学会英文旗舰期刊 CCS Chemistry 执行副主编
- 担任《中国科学：化学》（Science China Chemistry）副主编
学术顾问与编委：担任 ACS Nano、Chemical Science、National Science Review（《国家科学评论》）等期刊的顾问委员会成员、常务学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 国家自然科学基金基础科学中心“核酸信息材料”项目负责人/首席科学家
- 中国科学院杭州医学研究所所长、浙江省肿瘤医院院长
- 上海交通大学分子医学研究院院长、湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室主任（前）
国家部委级学术决策机构：
- 教育部科学技术委员会委员
- 国家自然科学基金委化学部咨询委员会委员
- 科技部纳米研究计划专家委员会委员
重要学术团体：
- 中国化学会副理事长
- 中国化学会分子医学专业委员会首任主任、浙江省医学会分子医学分会首任主任

六. 个人风格与格言

谭蔚泓院士在科研中阻断平庸，极力主张突破传统学科壁垒，并将极高灵敏度的微纳工具与人性的快乐相结合。作为在国外顶尖学府任教二十五载并全职毅然回归祖国的顶尖化学家，他常将“工具先利，其事必成”比作化学家为生命医学探路的底层哲学。他极其反对急功近利的流水线式研究，提倡平衡、快乐而富有想象力的科学探索：

“科学研究没有投机。一个理论如果只能以一纸高分文章的形式永远躺在抽屉里，那它终究只是纸面上的空中楼阁。我们做分析化学和化学生物学，最高、最实打实的标准是拷问我们的分子传感器、我们自研的核酸适体-药物偶联物（ApDC），是否能够实实在在地克服重重病理屏障，傲然摆在临床医院的‘货架’上，从而挽救病患的生命。科学探索是一次充满了好奇和惊叹的快乐长跑，在世界的绿色新能源和大健康轨道上写下属于我们中国人独立的新标准，这就是我们的底气和担当。”

在人才培养和医学研究高地构建上，他时刻勉励年轻一代要跨越孤立，将分子的力量化作健康的基石。

七. 参考文献

唐智勇（纳米自组装）院士｜纳米粒子多维自组装与手性纳米功能材料领域的开拓者

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

唐智勇（纳米自组装）院士｜纳米粒子多维自组装与手性纳米功能材料领域的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：唐智勇（Tang Zhiyong）
生卒年月：$1971$年$3$月出生（湖南省怀化市芷江侗族自治县）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2023$年
主要研究领域：纳米粒子自组装、无机纳米手性材料、高性能膜分离技术、纳米能源与电催化

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

长期致力于自组装纳米功能材料的构建、性能调控及实际应用。围绕纳米材料在应用中因“尺寸过小、难以宏观操纵”的共性瓶颈，系统深入地研究无机纳米粒子自组装的演变机理，成功跨越了从“单个纳米粒子的物理化学性质”到“多级次宏观组装体功能”之间的科学鸿沟。在此基础上，开拓了手性纳米自组装体、共轭微孔多孔膜等在新型光电显示、高效膜分离以及盐差能转化等领域的颠覆性应用。

2. 标志性成果

纳米自组装理论与多维自组装体系的构建：提出了利用单个无机纳米粒子内在物理化学性质进行自组装，从而构筑多维、结构可控纳米粒子集合体的理论。通过模拟生物大分子（如蛋白质）的相互作用机制（如氢键、静电相互作用、范德华力及疏水相互作用等），利用无机半导体纳米粒子（如 $\text{CdTe}$ 等）成功实现了从一维纳米线、二维片层到三维多级次杂化自组装结构的可控构建，突破了无机纳米材料难以向宏观复杂功能体系跨越的科学瓶颈。
无机手性纳米功能材料创制与主动式电致发光 $3\text{D}$ 显示技术：在无机手性纳米材料及其光电器件化领域取得了开拓性进展。通过设计无机纳米粒子的手性自组装体系，极大地增强了材料的手性光学活性。在此基础上，其团队研发出基于手性纳米材料的主动式电致发光 $3\text{D}$ 显示器件，突破了传统影院偏振/反射式 $3\text{D}$ 显示对黑暗环境高度依赖的局限，并在强日光直射下展现出优异的画面饱和度与防眩光性能。
高性能自组装多孔分离薄膜与超极限盐差能捕集：针对化工纯化过程中的高能耗及传统分离膜在有机溶剂中易溶解或溶胀的瓶颈，设计并合成出了具有三维全共轭刚性骨架的自组装共轭微孔聚合物（$\text{CMP}$）薄膜，攻克了三维刚性不溶物成膜困难的工艺瓶颈，在极性和非极性有机溶剂中均实现了极高的通量和稳定性。此外，其团队构筑了大面积共价有机框架（$\text{COF}$）单分子层薄膜，在理论上首次揭示了孔间距低至 $4.5\text{ nm}$ 时发生的“孔-孔耦合效应”，有效克服了浓差极化，将盐差能转化的输出功率密度推向极端，为新能源获取和海水淡化提供了关键新材料支撑。

3. 学术地位与影响

唐智勇院士是国际纳米自组装与无机手性材料领域的著名学者，其提出的无机纳米自组装理论和器件构筑路线获得了国际同行的广泛采纳和高度评价。截至 $2023$ 年，唐智勇院士已在 Nature、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Energy、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等国际顶级学术期刊上发表学术论文 $400$ 余篇，论文他引超过 $4.4$ 万次，$\text{H}$ 因子为 $112$，获授权专利 $55$ 件。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1989.09 - 1993.07$：武汉大学，环境科学系，获环境化学专业理学学士学位；
$1993.09 - 1996.07$：武汉大学，环境科学系，获环境化学专业理学硕士学位；
$1996.09 - 2000.01$：中国科学院长春应用化学研究所，电分析化学国家重点实验室（分析化学专业），获理学博士学位。

2. 工作履历

$2025.01 - 至今$：中国科学院大学纳米科学与工程学院，院长；
$2023.10 - 至今$：国家纳米科学中心，主任；
$2006.11 - 2023.10$：国家纳米科学中心，研究员、博士生导师（期间曾任国家纳米科学中心副主任、纳米系统与多级次制造中国科学院重点实验室主任）；
$2003.09 - 2006.08$：美国密歇根大学（University of Michigan），博士后（合作导师：Nicholas A. Kotov 教授）；
$2001.04 - 2003.08$：美国俄克拉荷马州立大学（Oklahoma State University），博士后（合作导师：Nicholas A. Kotov 教授）；
$2000.03 - 2001.03$：瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich），博士后（合作导师：Prins 教授）。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2018$年：国家自然科学二等奖（项目名称：“自组装纳米材料的构建及功能化”，第一完成人）。

2. 国际荣誉

$2019$年：发展中国家科学院（TWAS）化学奖。

3. 其他重要荣誉

$2008$年：国家杰出青年科学基金资助获得者；
$2012$年：中国颗粒学会-赢创颗粒学创新奖；
$2015$年：北京市科学技术奖二等奖；
$2016$年：第八届中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖；
享受国务院政府特殊津贴。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

担任 Nanoscale Horizons 科学编辑及编委；
担任 Accounts of Chemical Research 科学编辑；
担任 Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Chem、Matter、Chemical Science、Nano Letters、《科学通报》、《物理化学学报》等国内外核心学术期刊的顾问编委或编委。

2. 重要社会与学术兼职

国家纳米科学中心主任；
中国科学院大学纳米科学与工程学院院长；
科技部 $973$（纳米重大研究计划）首席科学家；
国家自然科学基金委创新研究群体项目负责人；
中国化学会常务理事、中国化学会会士、中国颗粒学会理事。

六. 个人风格与格言

唐智勇院士潜心科研、持之以恒，在纳米自组装的基础与应用研究领域倡导并践行“坐冷板凳，做有标签的工作”：

“纳米材料由于尺度过于微小，肉眼无法直观捕捉，必须如同搭积木般将其组装成宏观体系才能真正实现其应用。科研工作者应当从‘模拟自然’走向‘超越自然’，通过探索本质的分子间作用力去发现全新的材料法则，以此服务于国家的能源、材料和高端显示等战略需求。”

国内外学术同行评价他：“不仅在纳米材料的多维自组装理论层面上做出了卓越的原创性贡献，更极具远见地将手性自组装和膜分离等前沿纳米科技推向了能够解决工业痛点和改变未来显示生态的产业前线，是具有世界级影响力的青年一代物理化学家。”

七. 参考文献

唐波（分析化学与化学生物学）院士｜荧光探针创制与生命分析化学开拓者

Sat, 27 Jun 2026 00:00:00 GMT

唐波（分析化学与化学生物学）院士｜荧光探针创制与生命分析化学开拓者

一、基础信息概览

中文名：唐波
英文名：Tang Bo
生卒年月：1964年11月出生
出生地点：安徽省合肥市庐江县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2025年
主要研究领域：
- 分析化学
- 化学生物学
- 荧光探针创制
- 连续流分析仪器开发
- 细胞成像与重大疾病预警

二、核心学术贡献

1. 研究方向

唐波院士长期致力于化学与生命过程中的动态、实时、原位分析研究。他聚焦于细胞内极度复杂和动态的“黑箱”环境，以“揭示重大疾病的发现和治疗”为使命，攻克了活性氧等高活性、难检微量生物分子在检测识别与定量分析中的关键难题。通过化学与生命科学的紧密结合，研发新型分子探针及分析仪器，从源头上探明细胞内高活性生命分子的动态演变规律与生理病理机制。

2. 标志性成果

高选择性与高灵敏度荧光探针创制：唐波院士率领团队针对细胞内物质复杂、浓度不一、动态易变的特点，从分子识别的“锁和钥匙”模型出发，创新性地构建出特异性识别活性分子的传感新机制。通过能量转移、电子转移等光信号转换机制，在国际上率先构建了多种发光材料，解决了发光量子产率低和波长不可调的关键核心难题。成功开发出能够主动靶向、多成像模式共轭的高选择性荧光探针，实现了对糖蛋白、葡萄糖、$\text{microRNA}$ 等重大疾病相关活性分子的超高灵敏度与光谱空间可分辨检测，成功“点亮”了细胞内特定的目标分子。
细胞稳态调控与重大疾病早期诊断研究：作为国家重大科学研究计划（973计划）首席科学家，唐波主持了“重大疾病相关的若干重要难检活性小分子细胞内纳米传感研究”等国家级重大项目。他提出了活性分子实时原位、多组分同时荧光成像的新方法，获得了活性氧物种等分子参与细胞稳态调控、调控细胞稳态并影响疾病发生发展的重要新机制，为攻克重大疾病潜在病变的预测、早期诊断和精准治疗提供了基础科学支持。
打破国外垄断与多模态成像仪器转化：在基础科学研究创新的基础上，唐波院士积极推动成果转化。其团队创制了具有自主知识产权的连续流分析仪器以及高灵敏度荧光成像试剂，成功打破了国外对荧光成像核心技术的长期依赖。该系列技术在临床医学诊断、肿瘤靶向制导手术中得到广泛的实用推广与临床转化。此外，其团队还将化学性质研究应用于农业增产，与农科院等单位联合研发转光材料，实现了太阳光的高效光谱转化，从而有效提高了作物的品质与产量。

3. 学术地位与影响

唐波院士是分析化学与化学生物学交叉领域的国际知名学者、国家杰出青年科学基金获得者。他领衔建设了“光电传感与生命分析”教育部重点实验室（山东师范大学）以及相关前沿交叉团队，其带领的科研团队于2018年以第一完成单位荣获国家自然科学奖二等奖，实现了山东省省属高校作为第一完成单位在此奖项上零的突破。他的多项原创成果先后发表在《Nature》《Science》等国际顶级学术期刊，有力推动了我国在荧光探针创制及细胞稳态实时监测技术方面的国际领先地位。其团队入选教育部“长江学者和创新团队发展计划”，并荣获“全国高校黄大年式教师团队”称号。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

1988.09 – 1994.07：南开大学，化学系，获得理学博士学位
1984.09 – 1988.07：中国地质大学，应用化学系，获得理学学士学位

2. 工作履历

2023.04 – 至今：崂山国家实验室，研究员、海洋战略资源研究部部长
2018.10 – 2022.12：山东省科学技术厅，厅长、党组书记
2014.12 – 2018.10：山东师范大学，校长、党委副书记
2014.01 – 2014.12：山东省科学技术协会，副主席（兼）
2002.02 – 2014.12：山东师范大学，副校长、党委常委
1994.11 – 至今：山东师范大学，化学化工与材料科学学院，教授、博士生导师、院长（曾任）

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2018年：国家自然科学奖二等奖（第一完成人）- 获奖项目：《细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究》
2011年：国家技术发明奖二等奖（第一完成人）- 获奖项目：《基于生物大分子和细胞识别的荧光分析法及应用》
2001年：国家科技进步奖二等奖（主要完成人）- 获奖项目：《磷矿粉直接法生产硫基或氨基三元复合肥新工艺》

2. 国际荣誉

2020年：当选中国化学会会士（CCS Fellow）

3. 其他重要荣誉

国家“万人计划”领军人才
百千万人才工程国家级人选
国家杰出青年科学基金获得者
教育部“长江学者和创新团队发展计划”团队带头人
“全国高校黄大年式教师团队”负责人
山东省科学技术最高奖（2020年）
山东省自然科学一等奖（2008年、2015年，第一完成人）

五、社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

担任多家国内外分析化学与化学生物学领域学术期刊的编委、审稿人。

2. 重要社会与学术兼职

崂山国家实验室海洋战略资源研究部部长
生命有机分析化学教育部重点实验室主任
教育部科技委学部委员
中国化学会常务理事、分析化学专业委员会副主任
山东化学化工学会副理事长
山东省分析测试协会理事长

六、个人风格与格言

唐波院士在长期的一线教学科研中，展现了严谨扎实、开拓进取、勇于创新的学术风骨。他强调要把目光瞄准国际科研领域的最前沿，始终秉承化学既是认识物质的科学，也是创造新物质的科学，理应服务于国民健康与国家发展。

治学格言：“一定要把目光瞄准国际科研领域的最前沿，只有站位高、视野宽、反应快，才能把握住科研领域的时代脉搏，产出高质量的研究成果。”
科学认知：“化学既是认识物质的科学，研究组成、结构、性质及变化规律；化学也是创造新物质的科学，发现新性质、新功能、新用途，用以改造世界、造福人类。”

七、参考文献

【Nat.Chem.】单分子内驱动“双轮”不同频运转！利用高达10.2倍的光化学转子偏好实现分子“转向”

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Chem.】单分子内驱动“双轮”不同频运转！利用高达10.2倍的光化学转子偏好实现分子“转向”

文章标题：A photochemical rotor bias in dual molecular motors

通讯作者：Ben L. Feringa

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41557-026-02142-5

文章概要

引言

受生物机械精确控制分子运动的启发，科学家们已经开发出能够进行单向旋转的人工分子马达。然而，如何在单个分子内主动驱动两个具有不同旋转频率的结构异质转子，从而模拟出类似于宏观车辆的“转向系统”，在以往的研究中一直未能实现。为了攻克这一难题，研究团队设计并合成了一种基于桥联异靛蓝骨架的双转子混合分子马达，通过降低分子对称性打破运动平衡，成功为构建更加复杂的合成纳米机器奠定了理论与实验基础。

Fig. 1: Directional rotary motion of increased complexity in light-powered motors.

a, Advances in rotational complexity of light-driven overcrowded alkene-based molecular motors from systems with a single rotor to mixed dual-rotor systems. Mixed motors (substituents: R1 ≠ R2) generate two different rotational frequencies, instead of the typical single rotational frequency. b, The disrotary movement of the rotor units is represented as the movement of a wheel on an axis for symmetric and mixed systems. Mixed motors are no longer CS symmetric. c, CD spectra of (R)-(ZSZS)-3 and (S)-(ZSZS)-3 in Et2O at 20 °C.

主要实验及结论

研究人员设计并合成了一系列含有两个非对称转子的混合分子马达，并利用低稳态原位核磁共振和圆二色光谱详细阐明了其复杂的单向旋转机制，该机制共涉及14个不同的中间体状态。热力学动力学分析表明，两个转子的热螺旋反转活化能障几乎相同，这意味着结构修饰对马达的热松弛过程影响微乎其微。然而，实验在光化学激发阶段观察到了显著的光化学转子激活偏好，这种由激发态动力学差异引起的偏好正是实现不同旋转频率的核心所在。

Fig. 2: Rotational behaviour of mixed motors.

The rotation mechanism of mixed motors (R1 ≠ R2) connects three dimensions of intermediates (stable, single metastable and double metastable states) through PEZ isomerization and THI processes. The label of each intermediate denotes the E/Z configuration of the central C=C bonds, first of the bond connected to the orange rotor, followed by the one linked to the blue rotor. The subscript label indicates a stable (S) or metastable (M) geometry of the associated rotor. PEZ isomerization transforms a single rotor from a stable to a metastable configuration. In a THI, a rotor moves to the opposite face of the core, which converts its metastable configuration to a stable configuration. Each four-step cycle represents the 360° unidirectional rotation of one of the rotors. Coupled rotor motion provides thermal access to double metastable intermediates _E_M_Z_M and _Z_M_E_M (centre), which interconnect all single metastable states via additional PEZ isomerisation and THI steps (off-cycle steps).

Fig. 3: Light-driven operation of mixed motor 1.

a, Compositional changes of (_Z_S_Z_S)-1 upon irradiation to the PSS with 455 nm at −85 °C and subsequent thermal relaxation. The kinetic profile was followed via the core (right) and rotor (left) 19F signals. b, The proposed mechanism with the operating processes highlighted under these conditions (t = 0–295 min). c, The corresponding partial 19F NMR spectra (470 MHz) of (_Z_S_Z_S)-1 (5 mM in CD2Cl2) showing the signals of the core fluorine substituent upon irradiation and after partial and full relaxation. All motor intermediates are labelled with symbols: dark green square, _Z_S_Z_S; light blue circle, _Z_S_E_S; blue circle, _E_S_Z_S; grey triangle, _Z_S_E_M; light green triangle down, _E_M_Z_S; orange triangle up, _E_S_E_S; green diamond, _E_M_Z_M; light blue diamond, _Z_M_E_M; light orange triangle right, _Z_M_E_S; and dark orange triangle right, _E_S_Z_M.

在进一步的定量调控实验中，研究团队发现这种光化学偏好表现出对环境和激发光源的高度敏感性。对于马达1，在特定溶剂与可见光照射下，其中一个甲氧基取代的转子被激活的概率是另一个氟取代转子的近5倍（4.8倍）；而在针对马达2的测试中，仅通过改变溶剂或调节光照波长，其光化学转子选择性偏好比就能从0.9大幅调节至7.7甚至10.2。这一实验结果无可辩驳地证明，通过对转子的精细电子结构调整和外部条件的变换，能够对双转子系统的相对运动频率进行精准且主动的操纵。

Fig. 4: Substitution-independent thermal rotor behaviour.

Overview of the experimentally determined activation barriers (Δ‡G) for the thermal processes of mixed motor 1 (5 mM, CD2Cl2) sorted by the involved rotor: MeO-substituted (orange) and F-substituted (blue) and compared with the symmetric parent motor 5 (grey). For clarity, a simplified mechanistic overview is shown. The label of each intermediate denotes the E/Z configuration of the central C=C bonds, first of the bond connected to the orange rotor, followed by the one linked to the blue rotor.

总结及展望

这项研究不仅首次在单分子体系中实现了由光化学驱动而非热力学控制的双频率单向旋转，还成功揭示了通过改变转子配对、溶剂性质以及照射波长来精准调控这种光化学偏好的可行性。这种全新的设计理念打破了传统分子马达单一频率的局限，未来有望扩展到其他结构类型的转子系统中。这一突破性进展为未来构筑具有主动分子转向功能的高级智能纳米机器、多级催化开关以及自适应智能材料等提供了全新的蓝图。

【Adv.Mater.】四川大学程沛等|无共轭给体也能做有机光伏电池，突破7.21%效率与400小时热稳定极限！

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】四川大学程沛等|无共轭给体也能做有机光伏电池，突破7.21%效率与400小时热稳定极限！

文章标题： Stable and Low-Cost Organic Photovoltaics Without Conjugated Donors

通讯作者： Jiayu Wang

文章链接： doi.org/10.1002/adma.73585

文章概要

引言

虽然有机太阳能电池的能量转换效率已经突破20%大关，但其迈向工业化生产仍面临着严峻的稳定性瓶颈。传统器件中广泛使用的空穴传输层材料由于具有酸性，极易腐蚀ITO阳极并导致界面分层；同时，常规的共轭聚合物给体材料合成成本高昂，且存在批次差异性大、在运行压力下易引入深能级缺陷等问题，严重阻碍了大面积商业化应用。为了攻克这些难题，研究团队大胆创新，引入了成本极低且极具本征耐用性的无机p型半导体硫氰酸亚铜（CuSCN）作为多功能材料，同时替代传统的空穴传输层和有机共轭给体，为开发高效、长寿命且低成本的下一代有机光伏技术开辟了全新的可行路径。

Chemical structures, device architectures, and performance of the devices. (a) Chemical structures of CuSCN, L8-BO and DIO. (b) Schematic diagram of the fabrication process for PHJ and BHJ devices. (c) The J–V characteristics. (d) PCE reproducibility. (e) EQE spectra of the devices with different active layers.

主要实验及结论

研究团队构建了基于CuSCN与非富勒烯受体L8-BO的平面异质结（PHJ）和体异质结（BHJ）器件。实验显示，PHJ器件受限于较小的给受体接触界面，光电转换效率仅为2.31%；而将两者共混的BHJ器件有效扩大了界面面积，使效率显著提升至5.48%。进一步引入0.30%体积分数的1,8-二碘辛烷（DIO）添加剂后，激子淬灭效率升至54.50%，电荷迁移率大幅提高，同时协同抑制了缺陷辅助和双分子复合。这使得器件最终斩获了7.21%的最高光电转换效率，刷新了无共轭给体有机光伏器件的最高性能纪录。

Photophysical properties of the films. (a,b) Steady-state PL spectra of (a) L8-BO, PHJ, and BHJ films, and (b) L8-BO(DIO) and BHJ(DIO) films excited at 780 nm. (c) Normalized PL decay tracked at the respective PL peak positions of different films. The lifetimes listed in the graphs are calculated from bi-exponential fits to the data (solid lines). (d–h) 2D PL spectra of (d) L8-BO, (e) L8-BO(DIO), (f) PHJ, (g) BHJ and (h) BHJ(DIO) films. (i) PLQE values of the films. All films were excited using a 760 nm laser.

Exciton dissociation, charge transport, charge recombination and charge extraction in devices. (a) _J_ph versus _V_eff characteristics of the devices. (b) Photo-CELIV curves of the devices. (c) _V_OC and (d) _J_SC dependence on light intensity for the devices. (e) TPC curves of the devices. (f) Charge carrier lifetime under different _P_light obtained from TPV experiments of the devices. The normalized FTPS-EQE and EL spectra of (g) PHJ, (h) BHJ, and (i) BHJ(DIO), respectively.

Surface and cross-sectional SEM images of the active layer films. (a) Surface and (d) cross-sectional SEM of PHJ films. (b) Surface and (e) cross-sectional SEM of BHJ films. (c) Surface and (f) cross-sectional SEM of BHJ(DIO) films.

2D GIWAXS patterns and line-cut GIWAXS profiles of the active layer films. (a–c) 2D GIWAXS patterns of (a) PHJ, (b) BHJ and (c) BHJ(DIO) films. (d) Line-cut GIWAXS profiles of different films along the OOP (solid line) and IP (dashed line) directions. (e–g) Deconvolution of the high-q peaks in line-cut GIWAXS profiles. (e) PHJ, (f) BHJ and (g) BHJ(DIO) films.

形貌与结构表征进一步揭示，DIO添加剂能够有效平衡无机给体与有机受体间的结晶动力学，促使活性层形成高度互穿的3D纤维状网络结构，从而优化了电荷分离与传输通道。得益于无机材料优异的本征稳定性，该器件在85°C的高温热老化测试中，经历近400小时后仍能维持80%的初始效率，远超传统全有机器件仅数小时的寿命。更重要的是，在严苛的ISOS-L-3湿热运行协议下，器件连续工作900小时后仍保留了约50%的初始效率，展现出传统全有机体系难以企及的工业化耐用性前景。

AFM height images, phase images and PiFM images of the active layer films. (a, f, k) AFM height images and (b, g, l) corresponding phase images of PHJ, BHJ and BHJ(DIO) films. (c, d, h, i, m, n) PiFM images at 929 cm−1 (CuSCN) and 1530 cm−1 (L8-BO). (e, j, o) Overlay of PiFM signals at 929 and 1530 cm−1.

Thermal stability, degradation of photovoltaic parameters and MPP tracking stability for OPVs devices. (a) The normalized PCE under 85°C conditions. (b) The normalized _J_SC under 85°C conditions. (c) The normalized _V_OC under 85°C conditions. (d) The normalized FF under 85°C conditions. (e) The normalized PCE under ISOS-L-3 protocol (MPP tracking under 100 mW cm−2 illumination at 65°C and 50% RH).

总结及展望

本项研究成功将低成本的无机半导体材料CuSCN引入到有机光伏器件中，兼顾了空穴传输与光电给体的双重功能。这一策略不仅摆脱了传统有机光伏对昂贵聚合物给体材料的依赖，还将器件的高温热稳定性和操作寿命推向了全新的高度，为有机太阳能电池的工业化进程提供了低成本的解决方案。展望未来，进一步攻克大面积薄膜的均匀沉积技术、实现更精准的缺陷控制，并充分发挥CuSCN材料高透光性的先天优势来开发高效率的半透明光伏器件，将是推动该材料体系真正走向实际商业化应用的关键一步。

【Angew.Chem.】突破2.7%转换效率！三模态共价有机框架实现光催化从水和空气高效制备纯 $H_2O_2$

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】突破2.7%转换效率！三模态共价有机框架实现光催化从水和空气高效制备纯 $H_2O_2$

文章标题： $\pi$-Bridge Modulation in Three-Motif Covalent Organic Framework for Efficient $H_2O_2$ Photosynthesis From Water and Air

通讯作者： Hailong Wang, Jong-Beom Baek, Jianzhuang Jiang

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.4188400

文章概要

引言

过氧化氢（$H_2O_2$）作为一种绿色、高能量密度的重要化工原料，在医疗、环保和工业等领域应用广泛。当前工业主要依赖的蒽醌法存在高能耗、依赖贵金属催化剂以及大量挥发性有机溶剂等严重缺点。相比之下，太阳能驱动的光催化技术被视为一种极具前景的清洁替代路线，但在金属氧化物催化剂中普遍存在的高副反应和高重组率严重限制了生产效率。近年来，具有高结晶度和良好孔隙结构的金属共价有机框架（COFs）在光催化制备$H_2O_2$领域备受关注。然而，如何合理整合多模态活性催化位点以抑制光生载流子的快速复合，并同时利用水和空气实现全反应的高效转化，依然是当前RET化学和光催化领域面临的巨大技术瓶颈。

(a) Schematic molecular skeletons as electron-donor (D) as water oxidation reaction (WOR) site, electron-acceptor (A) as oxygen reduction reaction (ORR) site and π-bridge as well as molecular skeletons. (b) D–A–π–A strategy for enhanced H2O2 production (c) Schematic motif engineering to construct two- and three-motif COFs with D–A–A, D–A–π–A, D–A–π–π, and D–π–π–A arrangement, respectively.

(a) The structure and synthetic route of three-motif USTB-66 (D–A–π–A lattice). (b) The structures of TTA, TBPB, and TFPA. (c) The structures of three-motif USTB-65 (D–A–A lattice), two-motif USTB-67 (D–A–π–π lattice), and two-motif USTB-68 (D–π–π–A lattice).

主要实验及结论

为了打破这一制备瓶颈，研究团队精心设计并合成了一系列兼具氧化和还原双重活性的新型亚胺键结合的三模态共价有机框架催化材料（USTB-65 ~ USTB-68）。该体系创新性地将三苯胺单元作为电子给体（D）兼作水氧化反应（WOR）位点，同时引入苯并噻二唑和三嗪单元作为电子受体（A）兼作两电子氧还原反应（ORR）位点。通过在其D–A–A晶格结构中特意插入苯环作为$\pi$-桥键，成功构建了具备D–A–$\pi$–A交替排列的USTB-66材料。微观形貌与光谱结构表征进一步确证了其完美的二维六方晶格蜂窝状多孔形貌及高达1612 $m^2 g^{-1}$的超高比表面积。

PXRD patterns of USTB-65 (a), USTB-66 (b), USTB-67 (c), and USTB-68 (d). Optimized AA-stacked unit cell models of USTB-65 (e), USTB-66 (f), USTB-67 (g), and USTB-68 (h). The TEM (i), HRTEM (j, k) images of USTB-66. (l) N2 adsorption (solid) and desorption (hollow) curves and pore size distribution of USTB-66.

(a) The electronic absorption spectrum of TPTCA in DMF and the corresponding excitation process. Excitation is predicted by TDDFT, with the red orbital representing the electron distribution and the blue orbital representing the hole distribution. (b) UV–vis diffuse reflectance spectrum of USTB-65 to USTB-68. (c) The increasing trend of H2O2 production rate photocatalyzed by USTB-65 to USTB-68 within one hour. (d) Comparison of photocatalytic H2O2 yields of USTB-65 and USTB-66 with those of selected COF-based photocatalysts. (e) Photocatalytic performance comparison among USTB-65 to USTB-68. (f) Flow reactor with a solar concentrator assembled with USTB-66 column for continuous H2O2 manufacturing. Conditions: photocatalyst (200 mg), H2O (2.0 L), air, and sunlight. (g) Schematic of photocatalyst column filled with USTB-66.

ESP maps of the corresponding fragments for USTB-65 (a), USTB-66 (b), USTB-67 (c), and USTB-68 (d). Temperature-dependent two-dimensional PL contour plots forUSTB-65 (e), USTB-66 (f), USTB-67 (g), and USTB-68 (h). Surface potential mappings ofUSTB-65 (i), USTB-66 (j), USTB-67 (k), and USTB-68 (l) obtained by KPFM.

凭借独特的激子结合能优化与显著增强的内置电场，USTB-66在纯水和环境空气饱和的极其温和条件下，展现出了惊人的光催化制氢氧性能，其$H_2O_2$产率高达11.2 $mmol g^{-1} h^{-1}$，并在550 nm处取得了27.3%的优异表观量子产率，太阳能到化学能转换效率（SCC）更是达到了惊人的2.71%。研究团队利用飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）结合理论计算深入阐明了其光物理机制，证实了$\pi$–桥调制能显著延长电荷分离态寿命并实现清晰的逐步电荷转移。此外，团队利用室外太阳能聚光器组装的宏观流体反应器进行放大实验，在连续照射24小时后成功制备出浓度高达81.1 mM的过氧化氢溶液，充分验证了该材料的工业化实用潜力。

(a) The fs-TA spectra of TPTCA (N2 atmosphere) upon 380 nm excitation. (b) The fs-TA spectra of USTB-65 (N2 atmosphere) upon 380 nm excitation. (c) The fs-TA spectra of USTB-66 (N2 atmosphere) upon 380 nm excitation. (d) The fs-TA spectra of USTB-67 (N2 atmosphere) upon 380 nm excitation. (e–h) The corresponding excited-state electron distributions (red: electrons, blue: holes), indicating the photo-induced electron transfer. (i) In-situ DRIFTS spectra of USTB-66 in H2O2 photosynthesis. (j) Plausible WOR and ORR pathway for photocatalytic production of H2O2.

总结及展望

本研究成功提出了一种基于多模态活性单元集成与$\pi$-桥空间调制的共价有机框架光催化剂构筑策略。通过对三模态骨架进行精细的能带电子结构调制，协同解决了光 captures 效率、激子 dissociation 难易度以及界面载流子转移动力学等系列核心难题。这不仅大幅刷新了空气条件下光催化全分解水制备过氧化氢的性能记录，也为未来从分子和晶格工程角度理性构筑高效、鲁棒的太阳能化学转化和异相光催化体系开辟了全新的设计范式。

倪嘉缵（无机化学与稀土化学生物学）院士｜我国核燃料配位化学与稀土生物无机化学的奠基者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

倪嘉缵（无机化学与稀土化学生物学）院士｜我国核燃料配位化学与稀土生物无机化学的奠基者

一. 基础信息概览

姓名：倪嘉缵（Jiazuan Ni）
生卒年月：$1932$ 年 $5$ 月 $10$ 日出生于浙江嘉兴
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1980$ 年当选为中国科学院学部委员（院士）
主要研究领域：核燃料化学、无机配位化学、稀土化学、稀土生物无机化学、硒与阿尔茨海默症（$\text{Alzheimer's Disease}$）化学生物学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

倪嘉缵院士在长达六十余年的科研生涯中，其研究轨迹历经了“国家战略核燃料化学－稀土配位化学与提取分离－稀土生物无机化学－硒蛋白与老年痴呆症分子机理”的数次重大跨越与升华。在早期，他服务于国家“两弹一星”等重点核能开发，攻坚核燃料重核络合物热力学平衡与工业级纯化工艺。此后，他立足于我国丰饶的稀土资源，开拓了大批稀土新型配合物的定向合成与结构表征。自 $20$ 世纪 $80$ 年代起，他敏锐捕捉到微量元素与生命科学的交叉，率先将稀土元素与必需微量元素硒（$\text{Se}$）引入细胞与分子水平的无机化学研究，系统探究了微量金属离子对脑神经递质转运、离子通道的调控规律，以及硒蛋白对退行性脑部重大疾病的抗氧化和阻断机制。

2. 标志性成果

国家核燃料工艺与重核配位化学奠基（“两弹一星”建设贡献）：在 $20$ 世纪 $60$ 至 $70$ 年代，倪嘉缵领导并主持了多项国家急需的核原料精制及放射化学工艺攻关。他深入系统地研究并阐明了重铀酸铵的精制工艺过程，揭示了三碳酸铀酰铵、草酸铀、草酸钚的形成平衡与晶体沉淀动力学，并提出了二价铂络合物具有特殊的配位数几何结构。他带领课题组建立了利用吸附法与萃取法高效分离纯化重核元素，以及高效净化裂片元素氟化物中六氟化铀（$\text{UF}_6$）的完整化学工艺流程，解决了当时我国核武器核材料制备中的核心工艺瓶颈。该系列工作荣获了 $1978$ 年全国科学大会奖等国家重大荣誉。
稀土新型配合物创制、萃取分离与彩色荧光粉工业化：$20$ 世纪 $70$ 至 $80$ 年代，倪嘉缵深耕于稀土化学基础研究，作为首席负责人主持了国家“七五”重大项目“稀土化学基础及应用研究”。他系统合成了以冠醚、酞菁、羧酸等为配体的大量稀土新型配位化合物，表征了其精细三维晶体结构与热力学性质。同时，他紧密结合中国稀土资源的开发，发展了高选择性稀土萃取分离工艺、高压离子交换色谱纯化技术，并主持开发了用于彩色电视机的红色稀土荧光粉工业配方，推动了我国从“稀土资源大国”向“稀土高技术强国”的早期跨越。
稀土生物无机化学体系的创建与细胞无机机制阐明（省部级成果）：自 $1980$ 年起，倪嘉缵在国际上较早地开展了“稀土生物无机化学”这一新兴交叉学科的研究。他出版了我国该领域的经典学术专著《稀土生物无机化学》，并领导团队从分子、细胞和亚细胞等多个维度，系统探究了微量稀土离子（如 $\text{La}^{3+}$、$\text{Ce}^{3+}$ 等）对细胞生理功能、细胞膜极化行为的影响，首次在原子分子层面阐明了稀土离子对细胞膜上钾、钠、钙、镁等关键离子通道（$\text{Ion Channels}$）及膜蛋白的特异性阻断与调控机制。该方向成果“稀土生物效应的细胞无机化学研究”荣获了 $2012$ 年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）二等奖。
硒蛋白与阿尔茨海默症（$\text{AD}$）化学生物学机制与新药研制：在进入深圳大学后，倪嘉缵课题组聚焦于阿尔茨海默症的发生机理。他深入研究了硒作为必需微量元素在神经保护中的微观分子机制，在国际上首次报道并论证了硒蛋白 $\text{P}$（$\text{Selenoprotein P}$）和硒蛋白 $\text{M}$（$\text{Selenoprotein M}$）能够高度阻断由锌离子（$\text{Zn}^{2+}$）介导的 $\text{A}\beta_{42}$ 淀粉样蛋白聚集，并阻断其引发的神经元细胞氧化凋亡。通过蛋白组学、代谢组学、转录组学等多组学交叉，他系统探究了 $\text{AD}$ 早期的外周血液及尿液生物标志物，并在此基础上开发出了多种硒化海洋寡糖（如硒化聚甘露糖醛酸）、中药活性硒制剂，为神经退行性疾病的预防及精准诊疗开辟了微量元素化学生物学新路径。

3. 学术地位与影响

倪嘉缵院士是我国“两弹一星”时期核燃料化学研究的重要贡献者，也是我国稀土化学与稀土生物无机化学领域的奠基人与学术带头人。他不仅在配位无机化学领域确立了我国学者在国际稀土晶体结构及热力学参数表征中的领先地位，更是首批成功将无机配位化学的方法学深度融入前沿生命科学、并率先专注于阿尔茨海默症分子病理机制探索的跨界开拓型巨擘。他至今发表正式学术论文 $200$ 余篇，主编及参与撰写了多部学术专著，显著提升了我国在稀土化学、微量元素与大健康等生命交叉领域的国际学术声誉。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1948.09 - 1952.07$：上海大同大学化学系，本科毕业获理学学士学位
$1958.09 - 1961.12$：苏联科学院普通及无机化学研究所，研究生毕业获无机化学副博士（等同于博士）学位

2. 工作履历

$1952.09 - 1958.08$：东北综合研究所（中国科学院长春应用化学研究所前身），历任研究实习员、助理研究员
$1961.12 - 1980.11$：中国科学院长春应用化学研究所，历任副研究员、研究员，核燃料化学研究组组长、稀土化学研究室主任
$1980.11 - 1994.12$：中国科学院长春应用化学研究所，历任副所长、所长、研究员、博士生导师（其中于 $1980$ 年当选中国科学院学部委员）
$1994.12 - 至今$：深圳大学生命与海洋科学学院（原生命科学学院），教授、博士生导师、名誉院长

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级及重大科技奖项：
- 荣获全国科学大会奖（$1978$ 年，获奖项目：“密相输送及核燃料纯化系列”等）
- 荣获国家科技大会奖/第一次科技大会奖（$1978$ 年，表彰其在国家核燃料精制及两弹一星放射化学中的突出贡献）
省部级科技奖项：
- 教育部高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）二等奖（$2012$ 年度，第四完成人，获奖项目：“稀土生物效应的细胞无机化学研究”，完成人：王夔、杨晓改、杨晓达、倪嘉缵、刘琼等）
- 中国科学院自然科学奖二等奖（$1998$ 年度，获奖项目涉及稀土及相关金属萃取与分离化学，部分为合作完成）

2. 国际与学术会士荣誉

学术荣誉：
- 当选中国科学院学部委员（院士）（$1980$ 年）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心期刊编委：长期担任《应用化学》、《无机化学学报》、《中国稀土学报》等多家无机化学与稀土材料学主流核心期刊的编委及学术顾问

2. 重要社会与学术兼职

国家级及省部级科研平台：
- 曾任吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室学术委员会首任主任
- “七五”期间担任国家自然科学基金委员会重大项目“稀土化学基础及应用研究”首席负责人
高等院校及院所管理：
- 曾任中国科学院长春应用化学研究所副所长、所长（自 $1980$ 年代起）
- 曾任吉林省化学会理事长、中国化学会理事
- 深圳大学生命与海洋科学学院名誉院长、生命科学学院首任院长
社会公益服务：
- 担任深圳市器官遗体捐献爱心大使（$2017$ 年起，致力于器官遗体捐献宣传与社会爱心推动工作）

六. 个人风格与格言

倪嘉缵院士治学跨度极大，自 $21$ 岁进入长春应化所以来，其科研生涯跨越了“无机化学、原子能化学、半导体物理、稀土材料、化学生物学以及脑科学”六个全然不同的领域。在步入耄耋之年、甚至九十高龄后，他依然坚持在深圳大学丽湖校区的一线讲台，主讲“思政第一课”并悉心辅导研究生，两度出资及倡导成立“倪嘉缵院士奖学金”以资助年轻一代勇于挑战生命科学盲区。在对待科研工作的创新态度和多学科跨界转型上，他常对年轻学人总结道：

“人的一生，不应该被某一个标签所定义。科学发展到今天，学科与学科之间的围墙已经不复存在，真正的真理和未来的药方，往往藏在那些前人看不见的跨界交叉口。哪怕到了耄耋之年，只要国家和老百姓需要解决老年痴呆这样的大问题，我们就应当怀揣赤子之心、义无反顾地走入未知的黑匣子里去摸索中国人的绿色方案。”

对于个人身后的荣辱和科学家的公益情怀，倪院士更以身作则。$2017$ 年，已经 $85$ 岁高龄的他在器官遗体捐献书上郑重签字，展现了新时代科学工作者纯粹的社会奉献精神：

“我这一生从无机、原子能到生物，吃的是国家的饭，用的是百姓的钱。生前，我用大脑去探索细胞内的信号通道；死后，我也希望把这具载满实验痕迹的遗体，无偿捐献给医学教学与研究。让我们的汗水和躯体，实实落落地化作国家科学大厦下的一块铺路石。”

七. 参考文献

何国钟（分子反应动力学与物理化学）院士｜我国分子反应动力学研究的奠基者与国防科研先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

何国钟（分子反应动力学与物理化学）院士｜我国分子反应动力学研究的奠基者与国防科研先驱

一. 基础信息概览

姓名：何国钟（Guozhong He）
生卒年月：$1933$ 年 $5$ 月出生于广东南海
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1991$ 年当选为中国科学院学部委员（院士）
主要研究领域：分子反应动力学、高能化学激光、火箭推进剂燃烧、流态化工程

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

何国钟院士长期深耕于物理化学的前沿与国防尖端科研领域。他致力于将工程物理、燃烧化学与微观的分子反应动力学相结合。从 $20$ 世纪 $50$ 年代在国内首先研制流态化反应器系统，到 $60$ 年代投身国家火箭发动机燃烧与复合固体推进剂实验与理论研究，再到 $70$ 年代攻坚高能化学激光器研发，并于 $80$ 年代后全力推动分子反应动力学学科及交叉分子束、激光泵浦探测等尖端仪器系统的建设，为我国国防安全以及微观化学反应动力学学科的发展作出了系统性的开拓工作。

2. 标志性成果

固体复合推进剂表面多层微火焰燃速理论：在 $20$ 世纪 $60$ 年代，针对国家国防重点装备对固体火箭推进剂性能提升的迫切需求，何国钟与张存浩等学者紧密合作，开展了复合固体推进剂燃烧机制的实验与理论研究。他们共同发展了“固体复合推进剂的表面多层微火焰燃速理论”，首次建立了能够精准表达燃烧压力、初始温度、推进剂物性对线性燃速影响的理论模型，并第一次揭示了侵蚀燃烧现象中临界流速存在的根源。该成果囊括了当时世界主要流派的燃速理论，被国际同行公认为当时最精确的复合推进剂燃速理论之一，并荣获 $1982$ 年国家自然科学奖三等奖。
千瓦级连续波强化学激光器研制：在 $20$ 世纪 $70$ 年代，何国钟作为研究课题负责人，针对国防尖端强激光技术的空白进行攻坚。他带领科研人员突破了超音速连续波氟化氢（$HF$）化学激光器的出光机制瓶颈，在国内首先研制出千瓦级燃烧驱动连续波氟化氢/氟化氘（$HF/DF$）强化学激光器。该成果“燃烧驱动连续波 $HF(DF)$ 强化学激光器”于 $1979$ 年获得国防科委重大成果二等奖，为我国高能化学激光武器及国防尖端科技探索奠定了坚实的技术基础。
交叉分子束反应动力学研究与重大仪器创制：自 $1978$ 年起，何国钟负责分子反应动力学研究室的筹建工作，并担任国家重点实验室首届主任。他主持并参与构建了多套具有国际先进水平的交叉分子束及激光泵浦探测实验装置，成功获取了我国第一批高分辨率分子束实验成果。在 $1987$ 年至 $1998$ 年期间，他与团队针对“分子束和激光束反应动态学”展开了系统、深入的研究，显著推动了中国对化学反应过渡态、自由基碰撞动力学和状态选择反应的研究，该项目成果于 $1999$ 年荣获中国科学院自然科学奖一等奖。

3. 学术地位与影响

何国钟院士是我国分子反应动力学研究的奠基者与开拓者。他将工业流态化与尖端国防应用等应用研究成功跨越到分子、原子和量子态层面的微观化学反应本质研究，引领了中国物理化学向高分辨率、超快和微观态方向的跨越。他在国内外重要学术刊物上公开发表学术论文 $230$ 余篇。作为首任分子反应动力学国家重点实验室主任，他带领团队使该实验室在首届验收时即达到国际同类著名实验室的先进水平，极大提升了中国在分子反应动力学领域的国际学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1951.09 - 1953.08$：清华大学化工系，本科阶段学习（后因院系调整转入北京石油学院）
$1953.09 - 1955.07$：北京石油学院（现中国石油大学）石油化工机械系炼厂机械专业，本科毕业

2. 工作履历

$1955.08 - 至今$：中国科学院大连化学物理研究所，历任助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师
$1960.01 - 1995.12$：中国科学院大连化学物理研究所，研究题目组（课题组）负责人
$1978.01 - 1990.12$：中国科学院大连化学物理研究所，分子反应动力学研究室副主任、主任
$1990.12 - 1996.12$：分子反应动力学国家重点实验室（现已重组为化学反应动力学全国重点实验室），首届主任
$1992.01 - 1999.12$：中国科学院大连化学物理研究所，学术委员会副主任
$1996.12 - 2006.12$：分子反应动力学国家重点实验室，学术委员会副主任、主任

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：国家自然科学奖三等奖（共同完成人，获奖项目：“固体复合推进剂的表面多层微火焰燃速理论”，$1982$ 年）
国防及科学院奖项：
- 国防科委重大成果二等奖（第一完成人，获奖项目：“燃烧驱动连续波 $HF(DF)$ 强化学激光器”，$1979$ 年）
- 中国科学院自然科学奖一等奖（主要完成人，获奖项目：“分子束和激光束反应动态学研究”，$1999$ 年）
- 全国科学大会奖（第一完成人，获奖项目：“固体粒子密相输送小型流态化双反应器”，$1978$ 年）
省部级荣誉：大连市及辽宁省优秀专家称号（自 $1992$ 年起多次获得）

2. 国际荣誉

学术荣誉：暂无

3. 其他重要荣誉

$1988$ 年：荣获“国家级有突出贡献中青年专家”称号
$1991$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

编委任职：曾任《物理化学学报》、《化学物理学报》（Chinese Journal of Chemical Physics）等主流期刊的编委与顾问

2. 重要社会与学术兼职

校内/院所学术机构：中国科学院大连化学物理研究所学术委员会副主任、分子反应动力学国家重点实验室学术委员会副主任/主任
国家重点创新平台：分子反应动力学国家重点实验室首届主任

六. 个人风格与格言

何国钟院士始终坚持老老实实做学问，大力倡导科研工作应当严格执行严密、严谨、严肃的“三严”作风。他在学术界享有很高的威望，但为人极尽谦逊简朴，被晚辈和同事尊称为“何大帅”。在看待科研初心与名利时，他有着深邃而辩证的思想：

“要知足地对待名和利。如果仅仅为了名利而跟风式地做研究，缺乏自主创新，做出的成果也不会具备很大的科研价值。相反，如果做科研的目的是出于对科学问题的好奇心，辅以热情和创造力，往往能做出有价值的科学成果。”

在寄语后辈及回顾个人对国家和科学的奉献时，他总结道：

“对自己的工作成果除了知足，也要知不足。知不足者才能更谦虚、更勤奋；对待国家任务和工作，要努力做贡献而不为人后，但是最后成功者，不必是我。”

七. 参考文献

刘元方（放射化学与化学生物学）院士｜我国首个放射化学专业的共同创立者与纳米毒理学开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

刘元方（放射化学与化学生物学）院士｜我国首个放射化学专业的共同创立者与纳米毒理学开拓者

一. 基础信息概览

姓名：刘元方（Yuanfang Liu）
生卒年月：$1931$ 年 $2$ 月 $1$ 日出生于上海，籍贯浙江镇海
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1991$ 年当选为中国科学院学部委员（院士）
主要研究领域：核化学与放射化学、纳米毒理学、生物加速器质谱学（$\text{Bio-AMS}$）、核废物处置物理化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

刘元方院士长期致力于核化学、放射化学以及化学生物学交叉前沿领域的基础与应用研究。他是我国首个放射化学专业的共同奠基人之一。他聚焦于解决国防核能开发中同位素分离的工程瓶颈、超铀元素短寿命核素的快速化学提取、用于癌症精准诊疗的放射性药物研制，以及微量有毒小分子的基因毒性检测。进入 $21$ 世纪后，他率先将放射分析技术应用于纳米安全领域，系统开展了碳纳米材料的生物效应与体内毒理学研究，推动并开拓了我国纳米毒理学这一新兴交叉学科。

2. 标志性成果

我国首台高速气体离心机雏型的自主研制：在 $20$ 世纪 $60$ 年代初，浓缩 $^{235}\text{U}$ 是我国研制核武器的核心关键一步，但当时超高速离心浓缩法在我国尚属完全空白。刘元方临危受命，主持该领域的技术攻关。他以极有限的国外期刊草图为参考，克服极其匮乏的物质和计算条件，与技术团队夜以继日奋战，历时两年成功研制出我国第一台每分钟转速达 $5 \times 10^4\text{ r/min}$ 的浓缩 $^{235}\text{U}$ 气体离心机雏型。该设备在通入强腐蚀性的 $\text{UF}_6$ 气体后连续平稳运行了 $165\text{ h}$，成功将 $^{235}\text{U}$ 的丰度从天然矿石的 $0.711%$ 提升至 $0.728%$。这一原理性和工程性突破，是我国超高速气体离心机浓缩铀事业的奠基性起点。
超铀新核素 $^{251}\text{Bk}$ 的快速化学分离及衰变纲图绘制：$1980$ 年，刘元方在劳伦斯伯克利国家实验室（$\text{LBL}$）担任访问学者期间，参与了利用 $^{18}\text{O}$ 轰击 $^{248}\text{Cm}$ 靶来寻找短寿命锫（$\text{Bk}$）同位素的前沿重离子核反应研究。面对反应产生的含有数十种元素、数百种核素的极复杂混合物，他在不到一年的时间里，首创了一套将多次有机萃取与色层分离有机结合的“快化学”分离程序，将极微量超铀元素的提取分离时间缩短至 $15\text{ min}$。他以此方法高纯度地直接制备出新核素 $^{251}\text{Bk}$，并首次测量了其高分辨率的 $\gamma$ 能谱，发现了两条全新的谱线，重新绘制了科学界在这一领域的 $^{251}\text{Bk}$ 衰变纲图。
抗癌单抗放射性核素 $^{111}\text{In}$ 的高效标记与生物加速器质谱应用：自 $20$ 世纪 $80$ 年代起，刘元方系统开展了放射性核素标记抗癌单克隆抗体的研究，成功构建了高比活度、高稳定性的 $^{111}\text{In}$ 等核素标记单抗，用于恶性肿瘤的放射免疫定位显像诊断。$1994$ 年起，他率先开展生物加速器质谱（$\text{Bio-AMS}$）研究，测定了极微量尼古丁、甲基叔丁基醚（$\text{MTBE}$）等外源性有毒小分子与生物体大分子 $\text{DNA}$、组蛋白的加合作用，在单个原子分子的超灵敏精度下揭示了有害物质的基因毒性本质。
我国纳米毒理学的倡导与碳纳米材料生物效应研究：自 $2001$ 年起，刘元方在国际上率先投入纳米材料的生物效应及安全性研究，是我国化学生物学和纳米毒理学的早期开拓者。他带领团队系统开展了富勒烯（$\text{C}_{60}$）、单壁及多壁碳纳米管等碳纳米材料的体内动态迁移、降解通路以及器官蓄积毒性研究，推动并建立了上海大学纳米化学与生物学研究所等核心基地，为国家制定纳米安全标准提供了关键的科学依据。

3. 学术地位与影响

刘元方院士是新中国自主培养的第一代放射化学家与教育家。他与徐光宪院士等人于 $1955$ 年在北京大学共同创建了我国第一个放射化学专业，填补了国家急需的国防核人才培养空白。他编著的《放射化学》及《核化学与放射化学》是我国核化学领域的经典教科书。他曾当选为国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）的放射化学与核技术委员会主席，也是该委员会首位当选主席的中国学者，显著提升了中国放射化学在国际多边学术治理体系中的代表性和话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1948.09 - 1949.07$：上海沪江大学化学系，求学
$1949.09 - 1952.07$：燕京大学化学系，本科毕业获理学学士学位

2. 工作履历

$1952.09 - 1984.11$：北京大学技术物理系，历任助教、讲师、副教授、副系主任
$1980.02 - 1981.12$：美国劳伦斯伯克利国家实验室（$\text{LBL}$）核科学部，访问学者
$1984.12 - 2000.08$：北京大学技术物理系，教授、博士生导师
$1987.05 - 1988.05$：瑞士保罗谢尔研究所（$\text{PSI}$），访问教授
$1991.11 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院，教授、博士生导师（于 $1991$ 年当选为中国科学院院士）
$1992.12 - 2004.12$：中国科学院化学部，副主任
$2000.09 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院化学生物学系，教授、博士生导师
$2006.05 - 至今$：上海大学纳米化学与生物学研究所，所长/名誉所长、特聘教授

四. 主要荣誉与奖项

1. 省部级与行业重大奖项

省部级科技奖项：
- 国家教委科技进步奖一等奖（$1986$ 年度，项目名称：“放射化学专业的创建与建设”）
- 获第四届中国化学会生命化学奖（$2025$ 年，表彰其在化学生物学与放射性药物领域的卓越贡献）
校级最高荣誉：北京大学第三届“蔡元培奖”（$2013$ 年度，北京大学教师最高个人荣誉）

2. 重要荣誉称号

$1962$ 年：荣获共青团中央和中共北京市委联合授予的“全国社会主义建设青年积极分子”称号（因其成功研制我国首台气体离心机雏型）
$2008$ 年：当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际顾问编委：国际核化学领域权威期刊 Radiochimica Acta（《放射化学学报》）顾问编委（$1992$ 年至今）
国内期刊编委：《核化学与放射化学》、《核技术》等主流学术期刊编委或学术顾问

2. 重要社会与学术兼职

国际学术组织职务：
- 国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）放射化学与核技术委员会主席（$1993 - 1995$ 年，首位中国籍主席）
- 亚太地区放射化学会议国际委员会副主席（$2002$ 年至今）
国家级及校内学术平台：
- 中国科学院化学部副主任（$1992 - 2004$ 年）
- 中国核学会和中国化学会核化学与放射化学专业委员会主任委员（$1990 - 1997$ 年）
- 中国毒理学会纳米毒理学专业委员会名誉主任
- 中国高放核废物处置专家委员会副主任、国防科工委高放射性废物处置专家组副组长（$2006$ 年起）

六. 个人风格与格言

刘元方院士治学以“勇于探新、严谨勤勉”见长。他的科学探索轨迹跨越了国防气体离心机、超铀元素快化学、放射性标记抗体、生物加速器质谱，直至纳米毒理学，多次跨越并重构了自己的研究范畴。他的夫人唐孝炎教授亦为我国环境科学领域的著名学者、中国工程院院士，夫妇二人相伴数十载，并共同出资设立了上海大学“阳光助学金”。对于数次转变研究赛道，他常淡然地解释道：

“我研究的方向变化很大，一方面是因为我喜欢做一些新的东西，另一方面是有些东西做到一定程度，就很做出具有创见性的好成果。一个真正的科学探索者，一辈子都不能偷懒，要在学术盲区和交叉口去探索未知的规律，才能真正给国家打牢科技基底。”

对待学生，他同样坚持极高标准。当被问及最看重年轻一代的何种素质时，他毫不犹疑地总结：

“第一要勤奋，有创新精神，还要有较好的英语基础。科学是没有捷径的，只有那些甘愿付出、勤勉务实的青年，才能在未来的国际科学教科书里留下属于中国人的印记。”

七. 参考文献

沈家骢（高分子化学与超分子化学）院士｜我国聚合反应统计理论开拓者与超分子自组装领域的先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

沈家骢（高分子化学与超分子化学）院士｜我国聚合反应统计理论开拓者与超分子自组装领域的先驱

一. 基础信息概览

姓名：沈家骢 (Jiacong Shen)
生卒年月：$1931$ 年 $9$ 月出生于浙江省绍兴市（截至目前在世，$95$ 岁高龄）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1991$ 年当选为中国科学院学部委员（院士）
主要研究领域：高分子反应统计理论及微观动力学、超分子层状结构与自组装膜、有机/高分子光电功能材料与器件、聚合物生物医用材料

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

沈家骢院士长期致力于高分子化学、聚合反应统计理论、以及超分子自组装与功能材料的交叉前沿研究。他聚焦于攻克聚合反应微观机理与高分子物理性能之间的定量数学模型瓶颈，建立了具有广泛国际影响力的反应统计理论体系。自 $20$ 世纪 $80$ 年代起，他敏锐把握超分子化学萌芽的重大机遇，在国际上率先开展超分子组装及其层状超薄膜结构与功能调控的研究，开辟了我国超分子层状膜组装的学科赛道。同时，他独辟蹊径地将超分子概念引入光电领域和生物大分子应用中，致力于攻克高性能有机发光二极管（$\text{OLED}$）及纳米复合光功能材料制备技术，打破国外技术和专利垄断，为中国超分子科学、高分子光电和生物医用材料产业化奠定了系统的方法学基石。

2. 标志性成果

聚合反应统计理论与动力学微观机理（建立定量数学关系）：在 $20$ 世纪 $60$ 至 $70$ 年代，针对高分子材料宏观性能受控于其分子量分布这一基础难题，沈家骢早期师从陶慰荪教授，后在唐敖庆院士指导下从事聚合反应与结构动力学的系统研究。他运用概率模型与分配函数，成功建立了聚合反应微观机理与高分子分子量分布的精准定量关系；并将链段按分子模型进行理论处理，构建了国际上较为完整的“共聚反应统计理论”。这些工作深化了高分子制备过程中的反应设计，实现了对高分子宏观材料性能在分子水平的精准调控。
“浮萍”与“倒浮萍”聚合物超薄膜及层状超分子自组装（开拓我国超分子层状膜组装，国家自然科学奖成果）：在 $1988$ 年，沈家骢邀请德国科学院院士 $\text{H. Ringsdorf}$ 访问吉林大学系统讲授超分子化学。沈家骢敏锐注意到该学科的巨大发展潜力，随即在吉大筹建了超分子重点实验室（现超分子结构与材料全国重点实验室）。他创新性地提出了类 “浮萍”（Duckweed-like） 与 “倒浮萍”（Inverted Duckweed-like） 聚合物超薄膜的新概念，成功利用分子间弱相互作用力，发展了一系列新型自组装基元与非共价层状组装方法（如多层静电自组装等），实现了在特定底物表面大面积、高有序构筑具有明确界面的层状功能薄膜与纳米结构。该工作不仅为构筑分子器件提供了完美模型，其成果“超分子组装：多层超薄膜与纳米结构”更荣获 $2004$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人，沈家骢、张希等），并于 $1998$ 年联合推动了极富国际盛誉的超分子国际香山会议的发展。
高性能有机高分子光电发光与复合光功能材料调控（打破国外专利垄断，国家自然科学奖成果）：沈家骢将超分子自组装和分子间相互作用原理引入光电转换与发光材料的开发。他带领团队联合吉林大学与浙江大学的相关课题组，首创了兼具优异电荷传输性与高激子利用率的高性能纯有机电致发光及微、纳结构聚合物复合光功能材料体系。代表性成果包括作为主要合作人参与研制的“新概念有机电致发光材料”和“具有微、纳结构特征的聚合物复合光功能材料的合成与构筑”，分别于 $2009$ 年度和 $2010$ 年度荣获国家自然科学奖二等奖。这些工作在理论上打破了国外在该领域的技术封锁，为我国柔性显示及高端光信息器件研制打下了完全自主创新的底座。

3. 学术地位与影响

沈家骢院士是我国高分子化学与聚合动力学的核心学者，更是我国 “超分子科学”与有机光电功能材料研究的重要开拓者与引领者。他在改革开放初期敏锐开辟了超分子自组装与薄膜工程化等前沿交叉新方向，领导创建了吉林大学“超分子结构与材料国家（全国）重点实验室”，使该实验室成长为引领全球超分子学术前沿的重要制高点。他至今在国内外主流期刊发表学术论文 $500$ 余篇，获授权发明专利 $30$ 余项，出版《高分子反应统计理论》、《超分子层状结构》等经典学术专著。由于他在超分子层状组装和光电材料领域的卓越奠基性贡献，他于 $2026$ 年 $4$ 月荣获中国化学会最高奖项——“第五届中国化学会终身成就奖”，奠定了我国在国际高分子自组装和宏观多层薄膜科学领域不可磨灭的学术地位。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1949.09 - 1952.09$：浙江大学理学院化学系，本科（期间因家境极度困难，在全班 $13$ 位同学与共青团支部发起“碾米、打石子”等勤工俭学支持下完成学业；后因新中国工业化建设急需人才，于大三年级提前毕业）

2. 工作履历

$1952.09 - 1985.01$：东北人民大学（现吉林大学）化学系，历任助教、讲师、副教授、教授（参与创建了新中国吉林大学化学系，是吉大化学学科的奠基人之一）
$1985.01 - 1990.09$：吉林大学，副校长（兼任吉大教授、学术委员会委员等职务）
$1991.11 - 至今$：中国科学院化学部，学部委员（院士），吉林大学化学学院教授、博士生导师、超分子结构与材料国家重点实验室学术顾问
$1995 - 至今$：浙江大学高分子科学与工程学系，双聘教授、博士生导师
$1999 - 2004$：浙江大学材料与化工学院，院长
$2009 - 至今$：浙江大学高分子科学工程学系生物医用大分子研究所，所长/名誉所长、特聘研究员

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2010$ 年度，第五完成人，获奖项目：“具有微、纳结构特征的聚合物复合光功能材料的合成与构筑”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2009$ 年度，第三完成人，获奖项目：“新概念有机电致发光材料”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2004$ 年度，第一完成人，获奖项目：“超分子组装：多层超薄膜与纳米结构”）
- 国家自然科学奖二等奖（$1989$ 年度，重要完成人，获奖涉及高分子反应微观动力学等项目）
- 国家技术发明奖一项（具体项目涉及透明聚合物树脂或相关工艺）
校级终身荣誉：
- 荣获“吉林大学终身成就奖”（$2018$ 年度）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术至高大奖：
- 荣获“第五届中国化学会终身成就奖”（$2026$ 年 $4$ 月，中国化学会面向我国化学工作者设立的至高荣誉，每两年评选一次，每届仅授予 $1\text{ - }2$ 人）
学术会士荣誉：
- 中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

主流核心期刊：长期担任《高分子学报》、Chinese Journal of Polymer Science 等国内高分子科学领域核心期刊的常务编委或学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 吉林大学超分子结构与材料国家（全国）重点实验室创始人、第一届学术委员会主任、现学术委员会名誉主任
- 浙江大学材料与化工学院前院长（$1999 - 2004$ 年）
- 浙江大学高分子科学与工程学系生物医用大分子研究所所长（自 $2009$ 年起）
重要国际学术活动组织：
- 连续担任第一、二、三届（$1998$ 年、$2001$ 年、$2004$ 年）超分子化学国际香山会议的中方主席，为该会议树立国际学术声誉作出了奠基性贡献。

六. 个人风格与格言

沈家骢院士在科研中治学严密、大爱无疆。作为享誉中外的科学泰斗，他一生深切感怀于青年时代在浙江大学求学时，同班 $13$ 位同学与共青团支部“碾米打石子”支持其免于辍学的大恩，因而他数十年如一日地提携和资助年轻一代科技中坚的成长。

“三明治联合培养”（Sandwich Program）与人才培育：他联合 $\text{H. Ringsdorf}$ 教授在我国大力倡导“三明治”联合培养模式，即学生在国内打基础、去国外顶尖实验室从事论文工作，最后回国答辩拿学位。该方法为我国培养了 $80$ 余名高素质的超分子博士和博士后，其中包括张希（中国科学院院士、吉林大学校长）、马於光（中国科学院院士）等多位国家级领军人才。
高洁风范与三次巨额捐款：
- $2007$ 年 $12$ 月：他与张希教授将共同获得的 $2004$ 年度国家自然科学奖二等奖全部奖金 $50$ 万元，悉数捐给吉林大学；
- $2016$ 年 $6$ 月：他再次向吉林大学唐敖庆教育基金会捐款 $50$ 万元，以支持学校人才培养；
- $2026$ 年 $6$ 月：已届 $95$ 岁高龄的沈家骢院士毅然决定，将自己于 $2026$ 年 $4$ 月荣获的“第五届中国化学会终身成就奖”全部 $50$ 万元奖金，再次一次性捐赠给吉林大学唐敖庆教育基金会。截至目前，他累计多次捐资助学总额超过了 $200$ 万元，展现了崇高、纯粹的教育家精神。
治学格言：沈家骢院士面对个人名利和头衔淡泊名利，对科研工作的微观探求则至臻严苛，他常深切教导学生：

“做学问要探微知著。科学不是用来追逐一时的掌声和名利的，如果你对分子和高分子内部弱相互作用力没有发自内心的惊叹和热爱，那日复一日的实验将会变得非常枯燥。我们需要做的，是在喧嚣的温室之外，为国家在微、纳结构光伏和生物材料的‘夹缝中’踩出我们自己完全绿色的、自主的科学道路。”

七. 参考文献

黎乐民（量子化学与物理无机化学）院士｜我国重元素相对论密度泛函理论与稀土量子化学的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

黎乐民（量子化学与物理无机化学）院士｜我国重元素相对论密度泛函理论与稀土量子化学的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：黎乐民（Le-min Li）
生卒年月：$1935$ 年 $12$ 月 $6$ 日出生于广东电白
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1991$ 年当选为中国科学院学部委员（院士）
主要研究领域：密度泛函理论、相对论量子化学、重元素大体系算法、稀土配位化学、核燃料萃取化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

黎乐民院士长期深耕于量子化学、物理无机化学以及早期的核燃料配位与萃取化学研究。他致力于应用量子力学和密度泛函理论（$DFT$）解决重元素复杂化学体系的电子结构、成键本质和相对论效应产生的物理化学变化；攻克含重过渡金属、镧系与锕系等复杂大体系在计算中精度与效率难以兼容的重大瓶颈问题，为我国稀土资源的微观理论研究、核燃料后处理工艺设计以及重元素新型功能材料的开发构筑了扎实的计算化学基础。

2. 标志性成果

重元素相对论密度泛函理论与高精度算法开发：在含重元素体系的计算中，由于重原子核电荷数大，相对论效应对内层电子运动产生显著干扰，对分子性质影响深远。黎乐民系统发展了四分量、两分量和标量相对论以及非相对论的高精度密度泛函计算方法，并主导研发了相应的自主密度泛函计算程序包。针对复杂大体系计算效率低下的难题，他提出了一系列大体系分区计算、局部高精度相对论计算以及接合相对论与非相对论密度泛函计算的新理论与新方法，为实现含重元素大体系的高精度理论预测提供了核心计算工具。
稀土化合物电子结构与成键规律的系统研究：稀土元素电子层中存在未填满的 $4f$ 轨道，这使得其成键特征极其复杂。黎乐民完成了包含 $4f$ 轨道的间略微分重叠近似分子轨道理论方法（即 $INDO$ 方法）的公式推导、程序实现，并对国外既有公式中的偏差进行了系统性修正。基于该工作，他全面揭示了镧系配合物的电子结构、化学键特征以及稳定性变化规律的微观机制。此外，他提出的“双层点电荷配位场模型”，显著提升了稀土及重过渡金属配合物配位场计算的准确性。其主导完成的成果“应用量子化学——成键规律和稀土化合物的电子结构”荣获 $1987$ 年国家自然科学奖二等奖（第二完成人）。
核燃料配位与萃取化学规律的早期探索：在上世纪六七十年代，配合国家核工业发展的迫切需求，他在徐光宪先生的指导下专注于核燃料络合物平衡及两相萃取化学。他在络合物平衡吸附理论研究中，率先采用 Sips 吸附等温线公式描述溶液中的弱络合平衡。$1964$ 年，他提出利用正规溶液理论解释萃取过程中惰性稀释剂产生的溶剂效应，极大丰富了萃取物理化学理论（该成果比国际同类研究提早了近十年）。他还发展并完善了萃取平衡的两相滴定法，将其自简单螯合萃取推广至复杂的两相多级及协同萃取平衡中，为国内铀、钍等核燃料元素的化学提纯提供了关键理论支撑。

3. 学术地位与影响

黎乐民院士是我国理论与计算化学领域的杰出领军学者。他将量子化学的微观理论方法创新与我国稀土及核能发展的国家战略有机契合，使我国重元素相对论密度泛函计算在国际理论无机化学界占有重要的一席之地。他与徐光宪等人合著的研究生里程碑式经典教材《量子化学——基本原理和从头计算法》（上、中、下三册，及《题解》）培育了我国几代计算化学人才。作为首届稀土材料化学及应用国家重点实验室、中科院理论与计算化学重点实验室的学术委员会主任，他带领我国理论化学团队在国际前沿建立起深厚的学术声誉，并培养了刘文剑（国际量子分子科学研究院院士）等大批中青年领军学者。

三. Education与职业轨迹

1. 教育背景

$1955.09 - 1959.07$：北京大学技术物理系（放射化学专业），本科毕业获学士学位
$1962.09 - 1965.11$：北京大学技术物理系（物理化学专业），研究生毕业（导师：徐光宪院士）

2. 工作履历

$1959.09 - 1976.12$：北京大学技术物理系，助教
$1977.01 - 2018.09$：北京大学化学系（后更名为化学与分子工程学院），历任助教、讲师、副教授、教授、博士生导师、院学术委员会主任
$1984.02 - 1984.09$：美国北卡罗莱纳大学（UNC Chapel Hill）化学系，高级研究助手（访问学者）
$1984.10 - 1985.06$：美国依阿华州立大学化学系（美国能源部阿姆斯实验室），客座科学家
$2018.10 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院，退休教授

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：国家自然科学奖二等奖（$1987$ 年，第二完成人，获奖项目：“应用量子化学——成键规律和稀土化合物的电子结构”，第一完成人：徐光宪，第三完成人：任镜清）
省部级奖项：
- 国家教委科技进步奖二等奖（$1985$ 年，获奖项目：“应用量子化学”）
- 国家教委科技进步奖二等奖（$1987$ 年，获奖项目：“萃取机理与稀土络合物的红外光谱研究”）
- 中国人民解放军总参谋部科技进步奖二等奖（$1987$ 年，获奖项目：“芬太尼类——镇痛剂的量子化学研究”）

2. 国际荣誉

学术会士称号：中国化学会首批会士（FCCS）

3. 其他重要荣誉

$1992$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

执行副主编：曾任《中国科学：化学》（Sci. China Chem.，原《中国科学》B辑）执行副主编
副主编职务：曾任《高等学校化学学报》、《中国化学快报》（Chin. Chem. Lett.）、《分子科学学报》副主编

2. 重要社会与学术兼职

校内/院所学术平台：北京大学化学与分子工程学院学术委员会主任、北京大学稀土化学研究中心主任
国家重点实验室及科研平台：北京大学“稀土材料化学及应用”国家重点实验室学术委员会主任、中国科学院化学研究所“理论与计算化学”重点实验室学术委员会主任
学术团体职务：曾任中国化学会第 $23$ 届理事会理事、第 $24$ 届理事会常务理事兼无机化学专业委员会副主任，中国材料研究会计算材料学分会副主任
社会兼职：曾任第八届全国政协委员，第九届、第十届全国政协委员、常务委员

六. 个人风格与格言

黎乐民院士治学至臻严谨、为人淡泊名利，他始终强调科研应当摒弃急功近利、踏实打牢基础。面对青年一代科学家和学生的成长，他寄语道：

“人生是一场马拉松竞赛，开始时跑得快的不一定是最后的优胜者，起步差一些不一定不是最后的胜利者。勤奋努力、坚持不懈、胜不骄、败不馁，是实现从面临挑战到取得成功的转化之桥梁。”

他时刻教导学生要常怀报国之心，把个人的学术探索深度融合在国家与社会的发展需求之中：

“化学是研究化学物质变化规律的科学，其目的是掌握变化规律，利用来创造社会物质财富，保障大众生命健康。每一个学化学的学生都应该爱国敬业，心中时刻装着国家和人民。”

七. 参考文献

何鸣元（石油化工催化与绿色化学）院士｜我国多孔催化材料研究的领军者与绿色碳科学奠基人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

何鸣元（石油化工催化与绿色化学）院士｜我国多孔催化材料研究的领军者与绿色碳科学奠基人

一. 基础信息概览

姓名：何鸣元（Mingyuan He）
生卒年月：$1940$ 年 $2$ 月出生于上海，籍贯江苏苏州
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1995$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：多孔催化材料、重油裂化、绿色化学、绿色碳科学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

何鸣元院士长期深耕于石油化工催化材料、沸石分子筛以及绿色化学工艺的研究。自 $20$ 世纪 $60$ 年代起，他致力于通过多孔介质限域催化突破我国炼油工业中重油高效裂化、提高汽油辛烷值以及清洁油品升级等重大技术瓶颈，实现了从工业催化剂材料微观结构调控到宏观工业反应过程的系统创新。自 $20$ 世纪 $90$ 年代以来，他率先从宏观资源利用和地球系统循环的角度，聚焦二氧化碳、水、生物质等小分子的催化转化研究，在国际上提出并系统构建了“绿色碳科学”基础理论体系。

2. 标志性成果

$ZRP$ 系列高硅分子筛及相应的重油裂化催化剂开发：针对中国原油重质、劣质化程度高且裂化加工难度大的现实问题，何鸣元从研究沉积稀土氧化物的解离和迁移规律入手，通过控制水热条件下沸石骨架脱铝与骨架硅插入之间的速率平衡，成功发明了一系列高硅型分子筛（如 $ZRP$ 分子筛）与 $SRNY$ 等新型分子筛结构。这些新型分子筛具有极高的水热稳定性和独特的限域酸性特征。基于 $ZRP$ 分子筛研制的重油催化裂化和加氢催化剂，在工业实践中大幅提升了重油转化深度、裂化汽油辛烷值以及低碳烯烃收率。该成果荣获 $1995$ 年国家技术发明奖二等奖，$ZRP$ 系列分子筛更被国家科委评为 $1995$ 年度“中国十大科技成就”之一。
催化裂化反应分区理论与双反应区工业技术升级：何鸣元深入探究了分子筛超笼及多孔通道内催化裂化过程中的双分子和单分子反应动力学途径，揭示了不同烃类分子在空间限域环境下的竞争和协调机制，奠定了“反应分区”的物理化学和反应动力学基础。在此理论指导下，他与团队共同发明了双反应区催化裂化工业反应过程，实现了重油低碳高效转化。二十多年来，该项技术已成功指导并改造了我国 $80%$ 以上的工业催化裂化装置，在油品升级和节能减排中创造了极为巨大的社会和经济效益。
“绿色碳科学”基础理论体系的建构与推广：在 $2000$ 年，何鸣元作为首席科学家，主持了国家重大基础研究项目（$973$ 计划）“石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学”。在长期学术思考和工程实践的基础上，他突破传统绿色化学偏重“防污染、高原子经济性”的范畴，在国际学术界率先提出并系统构建了“绿色碳科学”（Green Carbon Science）的学术概念。该体系将碳资源加工、碳能源利用、碳固定直至碳循环的全生命周期作为整体，阐明了碳、氢、氧三元素在氧化与还原反应中的对立统一与质能平衡关系，为我国低碳转化、资源循环和“双碳”目标的实现奠定了坚实的化学理论支撑。

3. 学术地位与影响

何鸣元院士是我国催化材料与石油化工绿色可持续发展的奠基者与开拓者。他研制的系列工业催化剂打破了多项关键材料受制于人的技术垄断，极大提升了我国石油精炼行业的国际话语权。他曾当选为国际沸石分子筛协会（IZA）副主席、国际催化理事会（IACS）理事，并在国际上积极倡导基于原子和分子水平的能源可持续化学研究。此外，自 $2005$ 年起，何鸣元极力推动中法学术交流，发起建立了华东师范大学与法国里昂高等师范学校的联合研究生院，并在绿色化学领域促成了多项国家级和国际合作项目的落地，显著提高了中国绿色化学研究的国际话语权与合作深度。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1957.09 - 1961.07$：华东纺织工学院（现东华大学）化工系应用化学专业，本科毕业获学士学位
$1981.01 - 1982.12$：美国西北大学（Northwestern University）化学系，访问学者
$1983.01 - 1984.12$：美国德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）化工系，访问学者

2. 工作履历

$1961.09 - 1999.12$：中国石化石油化工科学研究院，历任科研人员、课题组长、应用基础研究部主任、副总工程师、总工程师
$2000.01 - 至今$：华东师范大学化学与分子工程学院，终身教授、博士生导师、曾任学院院长
$2001.10 - 2003.11$：华东师范大学离子液体化学研究中心，首任主任
$2003.11 - 2021.12$：上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，首届主任
$2022.01 - 至今$：上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，名誉主任兼学术委员会主任

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：
- 国家技术发明奖二等奖（第一完成人，获奖项目：“高硅型 $ZRP$ 分子筛及相应的重油裂化催化剂”，$1995$ 年）
- 国家技术发明奖三等奖（主要完成人，获奖项目：“$SRNY$ 分子筛等”，$1990$ 年代）
- 国家科技进步奖一等奖（主要完成人，获奖项目涉及石油加工催化剂材料，$1990$ 年代）
- 国家十大科技成就奖（第一完成人，获奖项目：“$ZRP$ 系列高硅分子筛催化剂”，$1995$ 年）
省部级奖项：
- 中国石化总公司发明奖一等奖（第一完成人，获奖项目：“高硅型分子筛及其裂化催化剂的工业研制”，$1993$ 年）

2. 国际荣誉

国际勋章与学位：
- 法国教育部“棕榈叶骑士”勋章（$2012$ 年）
- 法国里昂高等师范大学荣誉博士学位（$2016$ 年）
学术合作荣誉：
- 荣获中国化学会-法国化学会“中法化学讲座奖”（China-France Chemistry Lectureship Award，$2023$ 年度）

3. 其他重要荣誉

$1990$ 年代：被国务院人事部和国家教委联合授予“做出突出贡献的归国留学人员”称号
$2001$ 年：荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖）
$2003$ 年：荣获“上海市劳动模范”称号
$2012$ 年：荣获中国化学会催化专业委员会“中国催化成就奖”
$2019$ 年：荣获中国化学会分子筛专业委员会“中国分子筛终身成就奖”（第二位获得此奖项的科学家）
$2023$ 年：荣获“中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖”

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际期刊：曾任 Applied Catalysis A: General 等国际催化界权威期刊的编委
国内期刊：曾任《化学通报》、《催化学报》等多家催化、化工领域主流中文期刊的编委与顾问

2. 重要社会与学术兼职

国际学术组织：国际沸石分子筛协会（IZA）理事兼副主席、国际催化理事会（IACS）理事
国家级及校内学术机构：曾任中国科学院化学部常委、副主任，中国科学院学部主席团成员，中国科学院咨询工作委员会委员
学术团体职务：曾任中国石油炼制学会催化剂和分子筛专业委员会主任、中国化学会常务理事、中国化学会绿色化学专业委员会主任

六. 个人风格与格言

何鸣元院士治学严谨、知行合一，高度强调将高水平的“基础研究”与国家重大“技术应用”相结合。在反思资源消耗、重工业排碳与化工环境污染时，他抱持强烈的家国责任感和学术底线，曾指出：

“如果我们的催化过程一边生产着油品和化学物品，一边却排放着有毒有害物质，那就成为化学家的耻辱了。我们有责任要将手中的苦酒变成有益于人类发展的‘绿色美酒’。”

步入古稀乃至耄耋之年，何鸣元依然奔波于讲台和实验室第一线，积极推动“绿色碳科学”的知识传播。对于后辈学人，他极力倡导独立思考，不盲从权威：

“科研人员应该有一颗‘智者心’，独立思考和批判精神是不可或缺的。我们要从平衡与循环的辩证角度理解绿色碳科学，不仅要会‘破’，更要学会如何去‘立’。”

七. 参考文献

沈之荃（高分子化学与材料科学）院士｜我国合成橡胶工业的开拓者与稀土配位催化聚合的创建者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

沈之荃（高分子化学与材料科学）院士｜我国合成橡胶工业的开拓者与稀土配位催化聚合的创建者

一. 基础信息概览

姓名：沈之荃 (Zhiquan Shen)
生卒年月：$1931$ 年 $5$ 月 $27$ 日出生于上海（截至目前在世，$95$ 岁高龄）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1995$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：稀土配位催化聚合、过渡金属络合催化、合成橡胶（高顺式顺丁橡胶）、导电与磁性高分子

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

沈之荃院士长期从事高分子化学和材料科学方面的基础和应用基础研究工作。她聚焦于攻克我国工业合成橡胶、高分子催化聚合中催化体系受限、国外技术垄断、以及功能性导电高分子微观结构难以精密调控等关键瓶颈。她围绕“过渡金属和稀土络合催化聚合”这一科学主线，开展了深入、系统的研究，是我国合成橡胶工业的开创者之一，并成功创建了具有中国特色的稀土催化聚合学科体系。

2. 标志性成果

三元镍系顺丁橡胶催化体系（我国合成橡胶工业的奠基，国家科技进步特等奖成果）：在上世纪 $60$ 年代，面对西方对我国合成橡胶（顺丁橡胶）的技术封锁与战略物资禁运，沈之荃被调任中国科学院长春应用化学研究所开展研究。她深入车间和实验室一线，首先提出了具有高度实用价值的“三元镍系催化体系”并合成了高顺式聚丁二烯橡胶。她与同事及工厂工人克服严寒与试验设备的严重匮乏，在锦州石油六厂完成了小试和中试，于 $1971$ 年 $9$ 月成功建成了我国第一套万吨级顺丁橡胶工业生产装置并投产。该项目的成功使顺丁橡胶生产成为我国在通用高分子材料领域中唯一成功采用全套国产技术进行经济规模生产的项目，到 $1976$ 年已在全国建成四套装置。该“顺丁橡胶生产新技术”荣获了 $1985$ 年度国家科学技术进步奖特等奖（沈之荃为主要获奖人之一）。
稀土化合物催化共轭双烯烃定向聚合（开创国际稀土催化聚合学科先河，国家自然科学二等奖成果）：在上世纪 $60\text{ - }70$ 年代，沈之荃和同事们就敏锐地将目光投向了我国丰饶的稀土资源。他们首先提出并开拓了利用稀土化合物（镧系金属配合物）作为催化剂，成功在世界上率先合成出了可与天然橡胶相媲美的高性能稀土顺丁橡胶（稀土高顺式聚丁二烯橡胶）和稀土异戊橡胶。这些被称为“稀土系橡胶”的新品种后来被前苏联、意大利、德国、美国和日本等国竞相研究及产业采用，被公认为性能最好的合成橡胶品种。该项奠基性工作“稀土催化双烯烃定向聚合”荣获 $1982$ 年度国家自然科学奖二等奖（重要完成人）。
炔烃配位催化聚合与新型功能高分子（导电与磁性高分子探索）：沈之荃还将稀土催化剂成功应用到新型炔烃单体的定向聚合中，开发了一系列结构新颖、具有光电磁功能特征的导电高分子和磁性高分子材料。她系统阐明了活性稀土金属中心在不饱和碳键聚合过程中的动力学规律与电荷转移规律，开发出多种可溶性、耐高温且性能优良的分子基磁体与导电高分子薄膜。该方向研究获 $1993$ 年度国家自然科学奖三等奖。

3. 学术地位与影响

沈之荃院士是我国合成橡胶事业与稀土配位催化聚合理论的核心奠基者和开拓者。她不仅以全套国产化技术打破了西方在橡胶材料上的卡脖子垄断，还作为主要创建人，确立了中国稀土高分子科学在国际学术界的引领性话语权。她至今在国内外学术期刊上发表研究论文 $300$ 余篇，主编及参与撰写了多部学术专著。她曾获得首届“全国百篇优秀博士学位论文”优秀导师奖（$1999$ 年），并在长春应化所建所 $70$ 周年（$2018$ 年）庆典上被授予高分子合成领域至高个人成就的“吴学周奖”。她以长期的爱国情怀与卓越学术积淀，奠定了中国人在世界高分子合成历史进程中不可磨灭的地位。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1948.09 - 1952.07$：上海沪江大学化学系，本科毕业获理学学士学位
教学进修：$1952.09 - 1953.08$：到东北大连工学院（现大连理工大学）化工系进行了长达一年的《工业化学》教学进修与实践，并自学俄语和日语备课。

2. 工作履历

$1952.09 - 1962.08$：苏州大学（原东吴大学/江苏师范学院）化学系，助教、讲师（新中国初期在江苏一带从教，主讲《工业化学》等核心课程）
$1962.09 - 1979.11$：中国科学院长春应用化学研究所，历任助理研究员、副研究员、研究室主任（在长春期间全力主攻合成橡胶国家大会战和稀土络合催化基础研究）
$1979.11 - 2018.09$：浙江大学化学系/高分子科学与工程学系，教授、博士生导师，曾任化学系主任、高分子研究所所长等职（已于 $2018$ 年 $9$ 月底正式宣布退休，默默淡出学术一线）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家科学技术进步奖特等奖（$1985$ 年度，重要完成人，获奖项目：“顺丁橡胶生产新技术”）
- 国家自然科学奖二等奖（$1982$ 年度，重要完成人，获奖项目：“稀土催化双烯烃定向聚合”）
- 国家自然科学奖三等奖（$1993$ 年度，第一完成人，获奖项目：“稀土催化炔烃聚合及导电高分子研究”）
- 国家教委科技进步奖二等奖（$1986$ 年度）
- 光华科技基金一等奖（$1994$ 年度）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术大奖：
- 获中国科学院长春化学物理研究所纪念建所 $70$ 周年“吴学周奖”（$2018$ 年度）
- 获浙江大学“竺可桢奖”（$2002$ 年度）
综合重磅政治荣誉：
- 获评第二届“中国十大女杰”（$1998$ 年度）
- 获评全国“三八红旗手”称号（$1998$ 年度）
- 荣获“全国教育系统劳动模范”和“人民教师奖章”（$1995$ 年度）
- 获评“全国师德先进个人”

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心期刊编委：长期担任《高分子学报》、Chinese Journal of Polymer Science 以及《中国稀土学报》（中、英文版）等本学科主流核心期刊的常务编委、编委或顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级学术平台与学会：
- 曾任浙江省科学技术协会副主席
- 曾任中国化学会常务理事
- 国务院学位委员会学科评议组成员、国家自然科学基金委员会学科评议组成员

六. 个人风格与格言

沈之荃院士一生勤勉耕耘、淡泊名利，始终坚信“成绩属于集体，个人只是沧海一粟”。她为人德高望重却极其随和，在浙大高分子系流传着她年近七旬仍在寒冬默默帮组内学生清洗玻璃烧瓶、购买试剂等粗累杂活亲力亲为的感人轶事。在对待个人功名和科研重复性的科学原则上，她对学生和科研人员常这样叮嘱：

“做科学研究最要紧的是要有科学态度，必须实事求是。结果重复过了吗？做出一个成功的产业产品，比单纯在纸面上写一两篇好看的文章要困难得多。我们的工作是大家一起干出来的，成绩和荣誉应该归功于集体。”

在面对职业分配和爱国初衷时，她一生的实践更是中国老一辈知识分子“听党召唤、为国奉献”的缩影。当被问及毕业分配未能到最艰苦的西北，而是意外被留在苏州难过痛哭的青年回忆时，她平静而深情地总结道：

“不到最艰苦的地方去怎么能算是报效国家呢？但祖国需要什么，我们就应当毫无保留、义无反顾地去做好什么。像荃草那样，根植于大地，不求闻达依附，但求荃意芬芳。”

七. 参考文献

沙国河（物理化学与激光化学）院士｜我国首台化学激波管及化学激光器研制先驱与分子碰撞传能量子干涉效应的发现者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

沙国河（物理化学与激光化学）院士｜我国首台化学激波管及化学激光器研制先驱与分子碰撞传能量子干涉效应的发现者

一. 基础信息概览

姓名：沙国河 (Guohe Sha)
生卒年月：$1934$ 年 $5$ 月 $7$ 日出生于四川成都（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1997$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：激光化学、分子反应动力学、化学激光、激波管化学动力学、青少年科学普及

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

沙国河院士长期致力于激光化学、分子反应动力学、气相爆轰波及化学激光技术的研究。他聚焦于解决国防高能火箭燃料合成、强激光武器系统研制、以及微观化学反应状态传能机制中的重大科学和技术瓶颈。他围绕“微观态-态过程与能量转移规律”这一主线，系统开展了激光光学双共振多光子电离技术研究，阐明了多核及多电子体系激发态的快速预解离机制与碰撞动力学，并将物理化学基础研究向高端科普转化，为大国重器研制和青少年科技启蒙打下了极具特色且不可替代的基石。

2. 标志性成果

中国首台化学激波管与高温快速化学反应动力学研究（填补国内空白）：在 $20$ 世纪 $50$ 年代末至 $60$ 年代，面向国家对固体、液体高能燃料爆轰规律研究的迫切国防需求，沙国河白手起家，自行设计和组装了我国第一台化学激波管（$\text{Chemical Shock Tube}$）。他在气相爆轰波实验中首次确定并论证了点火延迟时间与爆轰波三维脉动结构（$\text{Pulsation Structure}$）的本质关系。以此装置为平台，他揭示了高温快速气相反应过程中的微观热力学平衡动力学规律，填补了我国高温化学反应动力学研究在设备和实验方法上的历史空白。
国防特种微波吸收材料与高能化学激光器系列首创（国防重大应用贡献）：在 $70$ 年代，为满足国防军工对雷达隐身和电磁屏蔽的急需，他带领团队研制出了性能优良的微波吸收材料，解决了重要军事装备的抗干扰难题。随后，他投身我国强激光事业，参与设计、研制出我国第一台化学激光器——“光引发氯化氢（$\text{HCl}$）脉冲化学激光器”；继而主力攻克并成功研制了达到万瓦级（$10\text{ kW}$）功率的“燃烧驱动连续波氟化氢/氟化氘（$\text{HF/DF}$）强化学激光器”，并顺利完成了首次室外打靶试验。在此基础上，他开展了电子束引发脉冲 $\text{HF}$ 激光器研究，使激光化学效率和电效率跨入国际先进行列，并进行了国际上首次“激光支持爆震波等离子体的屏蔽效应”的开创性探究。
分子碰撞传能中量子干涉效应的首次实验观察（国家自然科学二等奖成果）：自 $80$ 年代起，沙国河协助张存浩院士开拓激光化学新方向，在激光光学双共振多光子电离光谱（$\text{OODR-MPI}$）领域取得一系列突破。他创造性地发明了离子凹陷光谱（$\text{Ion-dip Spectroscopy}$）与双共振光谱，用以探测和重构极短寿命激发态分子的微观晶格能级。最重要的学术突破在于，他带领团队在国际上首次在无辐射跃迁的“分子碰撞传能”过程中，实验观察并确证了分子碰撞传能中的量子干涉（$\text{Quantum Interference}$）现象，首次定义并实验测出了单-三重态传能通道间的干涉角，发现了态-态传能速率的基本规则与微观动力学机制。该发现荣获 $1999$ 年度国家自然科学奖二等奖，并被评为 $2000$ 年“中国十大科技进展新闻”。
全国首家青少年科普院士工作站创设与手作教具实践（大国科普先驱）：年近七旬时，沙国河受 $2001$ 年新疆讲学启发，将科学人生的重心转向青少年科学普及。他在一间不足 $10$ 平方米的办公室里，亲手绘制草图、跑五金建材市场买材料，手工打磨、组装出高压静电除尘、平面形马德堡半球、光纤激光传输、激光点火等数十套科普演示仪器，将深奥的物理化学规律“桌面上演练”。他在大连沙河口区设立了全国首家青少年科普院士工作站，连续 $20$ 余年为两万五千余人次中小学生义务授课，被孩子们亲切地称为“实验爷爷”，曾荣获“全国科普工作先进个人”及 $2021$ 届全国“最美科技工作者”称号。

3. 学术地位与影响

沙国河院士是我国高能燃料、燃烧爆轰、化学激光器研制以及激光化学基础研究的开拓者与奠基人之一。他从国家战略的粗放燃料与国防激光技术出发，带领我国多相及分子碰撞传能理论走向国际学术最前沿。他一生在国内外重要杂志发表高水平论文百余篇，包含在国际顶尖学术期刊 Science 上发表的里程碑成果。作为英国皇家化学会会士、大连化物所的核心科学中坚，他为我国培养了 $30$ 余名德才兼备的硕士、博士研究生。他以高能物理、强光激发在国际上确立了中国学者在碰撞动力学和量子相干控制层面的顶尖领导地位。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1952.09 - 1957.07$：北京石油学院（现中国石油大学）炼制系人造石油专业，本科毕业（期间由于基础优异、自学了物理等多学科专业，成绩常年保持年级第一、二名）
中途参军经历：$1950.11 - 1952.08$，年仅 $16$ 岁的沙国河响应抗美援朝保家卫国号召在成都义务参军，成为志愿军战士，于 $1952$ 年复员保送上大学。
$1984.10 - 1986.04$：德国马普量子光学研究所（Max Planck Institute for Quantum Optics），访问学者/客座教授（期间他利用自己设计、仅价值 $1$ 马克的精简反射装置，在极短时间内完成并验证了德国团队用价值 $50$ 万马克的高精尖设备长达一年多都没能攻克的极短寿命激发态光谱实验，令西方同行叹服）

2. 工作履历

$1957.09 - 1984.10$：中国科学院大连化学物理研究所（原石油研究所），历任助理研究员、副研究员（在张存浩院士指导下开展催化吸附波、火箭推进剂及高能爆轰动力学攻坚）
$1986.04 - 2004$：中国科学院大连化学物理研究所激光化学研究室，主任、研究员、博士生导师、学术委员会委员（于 $1997$ 年 $11$ 月正式当选为中国科学院院士）
$2004 - 至今$：中国科学院大连化学物理研究所，退休院士/研究员，大连沙河口区青少年科普院士工作站，创始人、首席科学家、义务主讲人。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$1999$ 年度，第一完成人，获奖项目：“分子碰撞中的量子干涉效应”）
- 国家自然科学奖一等奖（$1980$ 年代，重要合作完成人，获奖涉及火箭推进剂燃速与多层火焰理论）
科学院及省部级科技奖项：
- 中国科学院自然科学奖一等奖（$1997$ 年度，第一完成人，获奖项目：“分子碰撞传能研究”）
- 国防科委重大科技成果二等奖（$1979$ 年度，重要完成人，获奖项目：“燃烧驱动连续波 $\text{HF(DF)}$ 强化学激光器”）
- 全国科学大会奖（$1978$ 年度，主要完成人，获奖项目涉及固体密相输送及激波管基础工艺）

2. 国际与行业重大奖项

学术大奖：
- 荣获首届“吴健雄物理奖”（$1990$ 年代，表彰其在微观分子碰撞及多光子光谱领域的核心物理突破）
- 荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖（化学奖）”（$2003$ 年度）

3. 其他重要荣誉

科普与综合先进个人荣誉：
- 荣获中央宣传部、中国科协、科技部等六部门联合授予的全国“最美科技工作者”称号（$2021$ 年度，十位获奖人之一）
- 荣获“全国科普工作先进个人”称号（$2016$ 年度）
- 荣获中国科学院“科普工作先进个人”称号（$2014$ 年度）
- 荣获大连市关心下一代工作“终身成就奖”（$2017$ 年度）
- 英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）
- 72岁（2006年）光荣加入中国共产党。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心期刊编委：长期担任《物理化学学报》、《化学物理学报》（Chinese Journal of Chemical Physics）等分子物理和化学动力学领域权威期刊的审稿专家或顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 中国科学院大连化学物理研究所激光化学研究室主任（前）
- 大连化学物理研究所学术委员会委员、学位评定委员会委员
- 全国首家青少年科普院士工作站（大连市沙河口区中小学生科技中心）创始人兼名誉站长
- 中共大连市委、市政府科技决策顾问

六. 个人风格与格言

沙国河院士治学严谨极致、大爱无疆。作为我国首台化学激波管和化学激光器的核心研制者，他在面临国家急需和国际垄断时，一次次舍弃个人舒适、迎难而上。回首他将一生的两万五千多个小时、甚至 $20$ 万余元何梁何利奖金悉数捐给新疆和四川等地失学儿童、聋哑女童以及建设科普大连的岁月，他常用极其平实朴素的态度警醒科研工作者，不可投机钻营：

“科学不是一种职业，更不是谋生的手段。如果你对它没有发自内心的热爱，那搞科学研究将是一件非常苦的事。做实验，必须对每一个光谱、每一条曲线精密求证。只有获得最精确可靠的实验数据，才能得到科学的论断。”

对待个人头衔与社会浮躁名利，沙国河更是一生淡泊、虚怀若谷。他在母校成都石室中学的题词，不仅写在了大连化物所实验室的墙壁上，更成为我国青年一代物理化学工作者的座右铭：

“求真理，淡名利；爱科学，喜创造。炼意志，健身体；为人民，永不疲。我们做科普，不一定为了让娃娃们学到多么高深的方程式，而是为了在他们幼小的心灵里播下火种。科学探索就是种星星，总有一天，星光会点亮祖国高水平科技自立自强的星空。”

七. 参考文献

白春礼（纳米科技与扫描隧道显微学）院士｜研制我国首台扫描隧道显微镜并引领纳米科技发展的物理化学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

白春礼（纳米科技与扫描隧道显微学）院士｜研制我国首台扫描隧道显微镜并引领纳米科技发展的物理化学家

模块一：基础信息概览

姓名：白春礼（Chunli Bai） [1, 4]
生卒年月：1953年9月26日出生于辽宁省丹东市，目前健在。 [3, 4]
所属学部：中国科学院化学部 [1]
当选年份：1997年正式当选为中国科学院院士 [1]
主要研究领域：扫描探针显微技术（STM/AFM）、纳米材料与分子结构、表面物理化学、纳米生物医学 [4]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

白春礼长期聚焦于扫描探针显微学的基础与应用研究，以及纳米尺度下材料与生命物质的微观表征与调控问题 [4]。他在国内率先攻克了扫描探针仪器的设计制造技术，在纳米材料的分子自组装、微观机理表征及分子器件等领域开展了系统性研究，为我国纳米科学的发展奠定了科学和方法学基础 [4]。

2. 标志性成果

研制我国首台具有数据处理能力的数字化扫描隧道显微镜（CSTM-9000）：1987年11月，白春礼谢绝国外同行的极力挽留回到中国，随即组织团队开展显微仪器的国产自主研制。仅用4个多月时间，便在1988年初研制成功我国第一台计算机控制、有数据分析和图像处理系统的数字化扫描隧道显微镜（CSTM-9000） [1, 3]。此后，他陆续率领科研团队成功研制出我国第一台原子力显微镜（AFM）、第一台超高真空STM、第一台弹道电子发射显微镜以及激光原子力显微镜等一系列纳米级表征仪器，使我国在扫描探针技术硬件开发上迅速比肩国际先进水平 [1, 3]。
国际上首次直接观察到三链状脱氧核糖核酸（DNA）的新结构：1990年11月，白春礼领衔的科研团队利用自主研发的扫描隧道显微镜，在国际上首次直接观察到了三链状脱氧核糖核酸（DNA）的辫状结构 [1, 3]。这一突破性发现推翻了当时对于该结构的某些理论猜想，为人类认识生命遗传物质的构象多样性提供了直接、关键的微观形态学证据 [1, 3]。
分子自组装与二维超分子结构的构筑：在固体、液固界面分子自组装领域开展了系统工作，揭示了多核芳烃及其衍生物、配位化合物等在固体界面的组装动力学和平衡构象，发展了调控二维有序晶体结构的方法，推动了分子器件和表面纳米技术的发展 [4]。

3. 学术地位与影响

作为我国纳米科技和扫描隧道显微学领域的开拓者之一，白春礼的仪器研发工作打破了国外在高端科学仪器和纳米观测技术上的垄断地位 [3]。在他的系统推动下，我国纳米科学研究得以实现跨越式发展；2022年，其积极倡导并推动的“纳米科学与工程”正式被国务院学位委员会批准纳入交叉学科门类下的一级学科 [1]。他的工作不仅奠定了我国微观表征领域的国际学术地位，也为我国后来的纳米科技产业自主可控做出了杰出的战略性贡献 [1, 3]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1974.09 – 1978.01：北京大学化学系，本科毕业 [1]
1978.10 – 1981.12：中国科学院化学研究所，结构化学专业，获理学硕士学位 [1]
1981.12 – 1985.09：中国科学院化学研究所，结构化学专业，获理学博士学位 [1]

2. 工作履历

2020.12 至今：中国科学院化学研究所研究员，同时担任“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）主席、中国科学院学部主席团名誉主席，中国科学技术大学及中国科学院大学名誉校长 [1, 4]
2013 – 2018：发展中国家科学院（TWAS，现称为世界科学院）院长（为该组织历史上首位中国籍院长） [1, 4]
2011.02 – 2020.11：中国科学院院长、党组书记，中国科学院学部主席团执行主席 [1]
2012.10 – 2014.03：中国科学院大学校长（更名后首任校长） [1]
2004.12 – 2011.02：中国科学院常务副院长、党组副书记（正部长级） [1]
1996.03 – 2004.12：中国科学院副院长、党组成员 [1]
1992.07 – 1996.03：中国科学院化学研究所副所长、党委委员 [1]
1991.10 – 1992.04：日本东北大学金属材料研究所，客座教授 [1, 4]
1987.11 – 1991.10：中国科学院化学研究所助理研究员、副研究员、研究员、研究室主任 [1]
1985.09 – 1987.11：美国加州理工学院、美国喷气推进实验室，博士后、访问学者 [1]
1978.01 – 1978.10：中国科学院长春应用化学研究所，研究实习员 [1]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

1990年：国家科技进步奖二等奖（项目：“扫描隧道显微镜的研制”，排名第一） [1]
1992年：国家科技进步奖三等奖（项目：“原子力显微镜”，排名第一） [1]
1991年：中国科学院科技进步奖一等奖（项目：“原子力显微镜”，排名第一） [1]
1997年：中国科学院自然科学奖二等奖（项目：“扫描探针显微学及其在材料表面精细结构研究中的应用”，排名第一） [1]

2. 国际荣誉

2022年：荣获发展中国家科学院（TWAS）最高奖项“萨拉姆科技奖章”（TWAS-Abdus Salam Medal） [4]
2010年：荣获联合国教科文组织（UNESCO）首次颁发的“纳米科学和纳米技术发展贡献”奖章（首位获此殊荣的中国科学家） [3, 4]
2007年：当选英国皇家化学会（RSC）荣誉会士（Honorary Fellow，为获此称号的第一位中国人） [2, 3]
2001年：荣获国际化学工业协会（SCI）颁发的“国际奖章” [3]
多国院士荣誉：当选为美国国家科学院、美国艺术与科学院、英国皇家学会（外籍会员）、欧洲科学院、俄罗斯科学院、德国工程院、加拿大皇家学会、日本学术院等 $20$ 余个国家和地区科学院或工程院的外籍院士或荣誉院士 [4]。

3. 其他重要荣誉

1995年：荣获香港求是科技基金会“杰出青年学者奖” [1]
1994年：荣获第二届“中国青年科学家奖” [1]
1992年：当选“全国十大杰出青年” [1]
1989年：被国务院授予“全国先进工作者”称号 [1]
1989年：获第一届中国化学会青年化学奖 [1]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《National Science Review》（国家科学评论）：创刊主编 [2, 4]
《Nanoscale》：主编 [2, 4]
其他期刊：担任若干化学和纳米科技领域重要国际学术刊物的共同主编或国际顾问编委 [4]。

2. 重要社会与学术兼职

国际组织职务：“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）主席 [1, 4]
国家级纳米智库：国家纳米科技指导协调委员会首席科学家，国家纳米科学中心理事会理事长、创会会长 [3, 4]
国家级委员会职务：国务院学位委员会副主任委员、国家科技奖励委员会副主任委员、国家科技教育领导小组成员 [2, 4]
学术团体兼职：中国化学会理事长（第二十五、二十六、二十七届）、中国科学技术协会副主席（2001年 – 2011年）、中国微纳协会名誉理事长 [1, 4]

模块六：个人风格与格言

白春礼院士不仅在科学前沿深入探究，也高度重视科技界的青年人才队伍和科研软环境建设。他在担任中国科学院领导期间，力主推进了“百人计划”等高层次人才引进机制，并针对科研人才保障提出了著名的“$3\text{H}$计划”（Home-家、House-房子、Health-健康），有效解决了一批海外归国科研人员的后顾之忧 [3]。

治学格言：

“科学的探索是没有终点的。我们在纳米尺度上每迈出一小步，都可能意味着人类认识世界、改造世界的一大步。” [3]

模块七：参考文献

[1] 中国化学会会士百科（白春礼介绍）. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/31641.html [2] 香港大学名誉博士学位典礼赞词与简历（白春礼教授）. https://www4.hku.hk/hongrads/tc/graduates/honorary-degree-of-doctor-of-science-chunli-bai-chunli-bai-bai-chunli [3] 香港浸会大学名誉大学院士颁授赞词（白春礼院长简介）. https://www.hkbu.edu.hk/zh_cn/about/honorary-doctorates-and-honorary-university-fellows/bai-chunli.html [4] 中国科学院化学研究所研究员介绍（白春礼院士课题组主页）. http://mnn.iccas.ac.cn/kydw/yjy/201305/t20130510_650430.html

李静海（化学工程与多相流介科学）院士｜我国多相复杂系统多尺度理论与介科学的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李静海（化学工程与多相流介科学）院士｜我国多相复杂系统多尺度理论与介科学的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李静海（Jinghai Li）
生卒年月：$1956$ 年 $10$ 月 $25$ 日出生于山西静乐
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1999$ 年当选为中国科学院院士（$2003$ 年当选为发展中国家科学院院士；$2006$ 年当选为瑞士工程院外籍院士；$2011$ 年当选为英国皇家工程院外籍院士；$2012$ 年当选为澳大利亚工程院外籍院士；$2023$ 年当选为英国皇家学会外籍会士）
主要研究领域：能量最小多尺度（$EMMS$）模型、颗粒流体两相流、介科学（$Meso\text{-}science$）、多尺度计算与过程工程

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李静海院士长期致力于颗粒流体两相反应系统量化设计和工程放大研究。他聚焦于气固多相流系统中流体与颗粒群体在传递和化学反应过程中的时空非均匀结构和介尺度物理机制。他致力于攻克多相体系由于滑移速度大、非均匀聚团严重导致反应收率低下和工业反应器难以精准放大的科学瓶颈。他提出并发展了“能量最小多尺度（$EMMS$）”理论与方法，开创了基于多尺度结构和控制机制竞争妥协的“介科学”新领域，引领了多相流计算方法与复杂体系仿真范式的科学变革。

2. 标志性成果

气固两相系统能量最小多尺度（$EMMS$）模型：传统的化学反应工程中，多相湍流系统极易产生瞬态、非均匀的聚团结构（即介尺度结构），导致两相间传递系数呈数量级下降，常规模拟难以精确量化描述。李静海在 $20$ 世纪 $80$ 年代提出并建立了 $EMMS$ 模型。他创造性地揭示了两相流非均匀结构的形成源于“颗粒主导”与“流体主导”这两种不同物理机制在介尺度的“竞争与协调（$Compromise\ in\ competition$）”，建立了稳定性约束条件。该模型成功解析了流态化多相流中的非均匀介尺度结构难题，获得了国际多相流与流态化领域的一致公认。
$EMMS$ 计算范式与多尺度超级计算仿真：李静海将 $EMMS$ 多尺度理论推广应用到不同类型的复杂多相系统中，建立了“问题、模型、软件和硬件（计算机结构）”四者在时空非均匀结构上相似的多尺度计算模式（即 $EMMS$ 计算范式）。在此理论指导下，他带领团队研制了世界上首台多尺度架构相似的 $Pflops$（千万亿次）级高性能大型超级计算机系统，实现了对万吨级工业反应器由微观颗粒流、介尺度聚团至宏观设备流场的时空全景直接模拟，成果广泛应用于中石化、美孚等全球能源与化工巨头的反应器工业放大与优化运行。
介科学（$Meso\text{-}science$）理论的系统构建与推广：在多相流多尺度研究的基础上，李静海将“竞争中妥协（协调）产生结构”的普适性科学规律推广至物理、化学、生物乃至社会和复杂工程等多重学科，提出了超越传统化学工程研究范畴的“介科学”这一跨学科前沿概念。他致力于探讨不同层次介尺度非均匀不稳定性结构的共性控制规律，推动国家自然科学基金委员会设立了“介尺度科学重大研究计划”，并作为第一任首席科学家积极组织全球多国学者共同开展介科学交叉研究，推动了以系统科学为导向的多层次科学范式转型。

3. 学术地位与影响

李静海院士是国际流态化、多相流多尺度算法及介科学领域的奠基性领军学者。他提出的 $EMMS$ 理论突破了化学工程长期依赖宏观半经验关联式放大的模式，推动了多相体系量化分析与仿真步入物理机制驱动的理性轨道。他曾荣获国家自然科学二等奖、中国科学院技术发明一等奖，并荣获美国化学工程师学会（$AIChE$）颗粒技术论坛（$PTF$）讲座奖。他历任亚洲科学院与学会协会（$AASA$）主席、国际科学理事会（$ISC$）副主席等国际顶级学术职务，不仅显著提升了我国化工界在多尺度模拟领域的国际领先地位，更在国际科学治理体系中展现了极高的学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.09 - 1982.07$：哈尔滨工业大学热能工程专业，本科毕业获学士学位
$1982.09 - 1984.07$：哈尔滨工业大学热能工程专业，研究生毕业获工学硕士学位
$1984.09 - 1987.12$：中国科学院化工冶金研究所（现过程工程研究所）化学工程专业，研究生毕业获工学博士学位（导师：郭慕孙院士）

2. 工作履历

$1987.12 - 1990.04$：美国纽约城市大学（$CUNY$）、瑞士联邦理工学院（$ETH\ Zurich$），从事博士后/客座研究员工作
$1990.04 - 1999.12$：中国科学院化工冶金研究所（现过程工程研究所），历任助理研究员、副研究员、研究员、多相反应开放实验室副主任、副所长
$1999.12 - 2005.12$：中国科学院过程工程研究所，历任所长、党委书记（其中 $1999$ 年 $11$ 月当选为中国科学院院士）
$2004.02 - 2016.12$：中国科学院，副院长、党组成员
$2011.05 - 2021.05$：中国科学技术协会，副主席（兼）
$2018.02 - 2023.03$：国家自然科学基金委员会，主任、党组书记
$2023.03 - 至今$：第十四届全国人大常委会委员、教育科学文化卫生委员会副主任委员
$2024.01 - 至今$：北京市科学技术协会第十届委员会主席
$1990.04 - 至今$：中国科学院过程工程研究所，研究员、博士生导师、介科学与过程工程全国重点实验室学术顾问

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$1990$ 年，第五完成人，获奖项目：“《化工冶金中的散式流态化》”）
- 国家自然科学奖三等奖（$1995$ 年，第一完成人，获奖项目：“颗粒流体两相流型结构与区划模拟”）
中科院重大奖项：
- 中国科学院自然科学奖一等奖（$1993$ 年，第一完成人，获奖项目：“能量最小多尺度方法及应用”）
- 中国科学院技术发明奖一等奖（$2001$ 年，第一完成人）

2. 国际荣誉

外籍院士/外籍会士称号：
- 英国皇家学会外籍会士（$FRS$，$2023$ 年当选）
- 澳大利亚工程院外籍院士（$FTSE$，$2012$ 年当选）
- 英国皇家工程院外籍院士（$FREng$，$2011$ 年当选）
- 瑞士工程院外籍院士（$2006$ 年当选）
- 发展中国家科学院（$TWAS$）院士（$2003$ 年当选）
国际重大科学奖项：
- 美国化学工程师学会（$AIChE$）颗粒技术论坛讲座奖（$AIChE\ PTF\ Lectureship\ Award$）
- 第三世界科学院（$TWAS$）演讲奖（$TWAS\ Lectureship\ Award\ in\ Engineering\ Sciences$）

3. 其他重要荣誉

$1994$ 年：荣获首届国家杰出青年科学基金资助
$1996$ 年：荣获第三届中国青年科学家奖
$1997$ 年：荣获香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊主编：国际期刊 Particuology（《颗粒学报》）创刊主编
国际顾问/编委：曾任或现任 Chemical Engineering Science 等十余种国际化工与多相流权威学术期刊的顾问或编委

2. 重要社会与学术兼职

重要国际学术组织：
- 国际科学理事会（$ISC$）副主席（$2018 - 2021$ 年）
- 国际科学联合会（$ICSU$）副主席（$2014 - 2017$ 年）
- 国际介科学组织（$IPM$）理事长
- 亚洲科学院与学会协会（$AASA$）主席
国内主要兼职：
- 北京市科学技术协会主席
- 国家自然科学基金委员会原主任、党组书记
- 中国颗粒学会前理事长、中国化工学会副理事长

六. 个人风格与格言

李静海院士在科学探索中高度强调“颠覆性”与“原创性”。在评判科学研究的价值观与学术生态建设时，他多次指出科研应当回归学术初心，直面真问题、做真学问：

“如果有一天，人们向一位正在埋头做实验的科学家汇报获奖的消息，而这位科学家却回答：‘有这回事吗，你们没有搞错吧？’那时，我们离科技强国的目标就近在咫尺了！”

作为郭慕孙先生的追随者，李静海在科学研究中坚守“绝不盲从跟风”的学术品行。在谈到介科学这一全新跨学科领域的创建与未来时，他总结道：

“介科学不仅是解决化工系统工程放大的工具，更是连接微观与宏观、理解多层次复杂性科学的钥匙。科学研究的生命力，在于从多尺度复杂系统的现实规律中凝练深层次的共性科学问题，推动知识体系和科学方法论的根本性变革。”

七. 参考文献

陈凯先（药物化学与药物设计）中国科学院院士｜我国计算机辅助药物分子设计（CADD）奠基者与“张江药谷”建设的战略开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈凯先（药物化学与药物设计）中国科学院院士｜我国计算机辅助药物分子设计（CADD）奠基者与“张江药谷”建设的战略开拓者

一、基础信息概览

姓名：陈凯先（Chen Kaixian）
生卒年月：$1945$ 年 $8$ 月 $28$ 日生，籍贯江苏南京，生于重庆。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$1999$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：药物化学、计算机辅助药物设计（$\text{CADD}$）、计算化学与量子力学、中医药现代化与国际化。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈凯先院士长期致力于药物化学、药物分子设计以及计算化学的前沿与交叉研究。他是中国计算机辅助药物设计（$\text{CADD}$）领域的开拓者和重要奠基人之一。其研究聚焦于新药发现、药物构效关系（$\text{SAR}$）、生物活性小分子与受体/酶等靶标大分子的相互作用机制。他率先将量子化学和分子力学等计算物理化学方法引入药物合理设计。近年来，他积极投身于中医药的现代化和国际化研究，主攻中药活性成分的作用靶标挖掘、多靶点联合作用机制及基于系统生物学的药物发现。

2. 标志性成果

我国“计算机辅助药物分子设计（$\text{CADD}$）”学科领域的开拓与奠基：
- 在 $20$ 世纪 $80$ 年代国内药物分子设计学科处于空白的背景下，陈凯先率先将量子化学、分子力学和计算化学理论全面引入我国药物化学领域，系统发展并改进了多项药物分子设计方法和技术。
- 他的探索使我国新药发现逐步告别了长期依赖盲目或随机筛选（即“碰运气”）的传统模式，引领我国药物研发进入到基于结构与靶标作用“有的放矢”的理性设计时代。他主编的《计算机辅助药物设计—原理/方法及应用》、《高等药物化学》等多部经典专著，为我国这一学科的建立和人才培养作出了不可替代的奠基性贡献。
国家 $1.1$ 类新药“盐酸安妥沙星”的分子设计与成功研制：
- 协同杨玉社、嵇汝运等学者，基于合理药物设计和结构优化策略，历经 $16$ 年成功研制出我国首个具有新颖化学结构（$\text{NCE}$）和完全自主知识产权的 $1.1$ 类氟喹诺酮类（沙星类）抗菌新药——盐酸安妥沙星。
- 该新药在分子结构母核的 $5\text{-}$ 位创造性引入氨基，显著增强了抗菌活性，克服了同类药物常见的光毒性和心脏毒性副作用。该药填补了我国氟喹诺酮抗菌药物领域 $40$ 多年的自主创新空白，该成果荣获了 $2017$ 年度国家技术发明奖二等奖。
现代中药“丹参多酚酸盐”的产业化推动与中药现代化：
- 陈凯先院士深入开展中医药现代化研究，作为主要领导者之一，积极支持并推动了中国科学院上海药物研究所王逸平、宣利江等团队对现代中药“丹参多酚酸盐及其粉针剂”的协同攻关。
- 该药成为我国中药注射液现代化与规范化发展的标志性成果，在全国数千家医院临床应用，产生了巨大的社会与经济效益。该成果同样荣获国家技术发明奖二等奖等重磅荣誉。
推动上海“张江药谷”建设与国家医药创新强国战略规划：
- 在担任中科院上海药物研究所所长期间，陈凯先展现出战略科学家的前瞻眼光，于 $2001$ 年前后作出了全所整体向浦东张江东迁的重大决定，使其成为张江“药谷”建设的第一个核心科研引擎。
- 同时，他作为国家重大科技专项《重大新药创制》的技术副总师与总体专家组成员，为推动我国从“医药仿制大国”向“医药创新强国”的战略转型做出了深远的规划与统筹贡献。

3. 学术地位与影响

陈凯先院士是中国药物化学与计算化学领域的领军科学家与泰斗级学者，也是中国医药创新战略规划的主要推动者之一。他不仅在国际理论化学与药物设计领域占有举足轻重的地位，更是中国现代制药工业走向“自主可控、原始创新”的先驱。他的科研成果不仅打破了国外对喹诺酮类等广谱抗菌药核心技术的垄断，更为我国传统中医药的现代化、国际化提供了一条现代科学的药理学研究与循证路径。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1962$ 年 $09$ 月－$1967$ 年 $08$ 月：复旦大学物理二系放射化学专业，获理学学士学位。
$1978$ 年 $09$ 月－$1982$ 年 $02$ 月：中国科学院上海药物研究所，获理学硕士学位。
$1982$ 年 $02$ 月－$1985$ 年 $02$ 月：中国科学院上海药物研究所，获理学博士学位。
$1985$ 年 $03$ 月－$1988$ 年 $06$ 月：法国巴黎生物物理化学研究所（Institut de Biologie Physico-Chimique, $\text{IBPC}$），访问学者/博士后。

2. 工作履历

$2016$ 年 $11$ 月至今：国家重大科技专项《重大新药创制》技术副总师。
$2014$ 年 $06$ 月－$2019$ 年 $05$ 月：中国科学院上海药物研究所学位评定委员会主任。
$2005$ 年 $03$ 月－$2014$ 年 $02$ 月：上海中医药大学校长。
$2004$ 年 $08$ 月－$2008$ 年 $09$ 月：中国科学院上海生命科学研究院党委书记。
$2004$ 年 $03$ 月－$2014$ 年 $02$ 月：中国科学院上海药物研究所学术委员会主任。
$1996$ 年 $04$ 月－$2004$ 年 $12$ 月：中国科学院上海药物研究所所长。
$1988$ 年 $06$ 月－$1996$ 年 $04$ 月：中国科学院上海药物研究所工作，历任副研究员、研究员、博士生导师（$1993$ 年起）、副所长。
$1974$ 年 $03$ 月－$1978$ 年 $08$ 月：湖南医药工业研究所，技术员。
$1970$ 年 $05$ 月－$1974$ 年 $03$ 月：化工部中南制药厂（湖南邵阳），工人、技术员。
$1968$ 年 $10$ 月－$1970$ 年 $05$ 月：安徽省霍丘县城西湖军垦农场，劳动锻炼（班长）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2017$ 年度国家技术发明奖二等奖（获奖项目：“国家 $1.1$ 类新药盐酸安妥沙星”，个人排名第四）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

首届全国创新争先奖状（$2017$ 年）；
何梁何利基金科学与技术进步奖（$2001$ 年）；
上海市“十大科技精英”（$2001$ 年）；
中国药学会突出贡献奖。

3. 省部级及其他重要荣誉

$2024$ 年中国化学会生命化学奖“生命化学成就奖”；
$2018$ 年中国医药创新促进会“医药创新特殊贡献奖”；
$1997$ 年度中国科学院自然科学奖二等奖（主要完成人，排名第一）；
$1998$ 年度中国科学院自然科学奖二等奖（主要完成人）；
$1985$ 年度中国科学院科技进步奖二等奖（主要完成人）；
$1999$ 年度上海市科技进步奖三等奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《药学学报》、《中国新药杂志》、《中国药学杂志》、《中国药物化学杂志》、《分子科学学报》等 学术期刊编委/顾问编委；
中国化学会计算机化学专业委员会 主任委员（曾任）；
中国药学会药物化学专业委员会 主任委员（曾任）。

2. 重要社会与学术兼职

国家科技重大专项《重大新药创制》 技术副总师、总体专家组成员；
国家药典委员会 副主任委员；
中国药学会 副理事长、监事长；
中国中西医结合学会 会长、名誉会长；
中华中医药学会 副会长；
上海市科学技术协会 主席（$2011$ 年 $11$ 月－$2018$ 年 $9$ 月）；
国际标准化组织/中医药技术委员会（$\text{ISO/TC249}$）主席顾问团成员。

六、个人风格与格言

陈凯先院士为人谦和温良，被业内晚辈尊称为“温良敦厚”的战略型学者。在谦逊的外表下，陈凯先有着坚韧而敏锐的战略眼光。他的名字寓意深远：“始终努力为科学奏‘凯’，为创新争‘先’”。正是这种责任感，驱使他在二十世纪末张江高科技园区建设初期，毅然决策将药物所整体东迁，成就了今天的张江药谷。他坚决提倡多学科深度交叉在药学中的重要价值，多次勉励学生要想大事、谋大局，把科学研究深深植根于国家的战略和群众的健康需求中。其代表性治学格言如下：

“只有想大局、谋大事，急国家所急，才能高屋建瓴，主动发展，开创新局面。”
“科学研究不能仅仅是‘碰运气’，在计算机、理论化学与药学的交叉点上，我们要做到‘有的放矢’，这才是中国医药走向原始创新的生机所在。”

七、参考文献

黄乃正（非天然与天然有机分子合成）院士｜我国高张力有机分子合成化学与非苯芳香体系研究的开拓者之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

黄乃正（非天然与天然有机分子合成）院士｜我国高张力有机分子合成化学与非苯芳香体系研究的开拓者之一

一. 基础信息概览

姓名：黄乃正（Henry Nai Ching Wong / Henry N. C. Wong）
生卒年月：1950年11月25日生
出生地点：香港（籍贯：广东台山）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：1999年当选为中国科学院院士
主要研究领域：有机合成、高张力有机分子化学、非天然及天然分子合成、过渡金属催化与偶联反应

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

黄乃正院士长期致力于有机化学、合成方法学以及非天然和天然产物有机合成的前沿基础研究。他是非苯芳香体系和高张力非天然有机分子合成领域的国际领军学者。他的研究主要聚焦于两类体系：一类是具有理论化学兴趣、高度张力且通常被认为极难合成的非天然多环共轭化合物，旨在通过化学合成从实验上验证分子轨道理论与芳香性法则；另一类是具有重要药理活性的复杂天然产物全合成及环境友好型的催化合成方法学。

2. 标志性成果

高张力非天然分子的合成及休克尔规则的实验验证 在非苯芳香体系与张力分子的设计合成中，黄乃正院士取得了多项里程碑式的突破。他通过精密设计的有机锂试剂与多步偶联反应，合成出平面共轭的三苯并环辛三烯炔（其中含有的炔键创造了炔键弯曲度的世界纪录），以及三苯并环辛四烯等多环平面共轭分子，从实验上强有力地验证了休克尔（Hückel）的 $4n+2$ 芳香性规则。同时，他成功合成出的 $3,4\text{-去氢噻吩}$ 和 $3,4\text{-去氢吡咯}$，作为含有连续三个双键的最小环状五元杂环分子，被正式列入《化学世界纪录》（Chemical World Records）。此外，在经典的有机化学教科书中被列为“难以合成”的 $1,2;7,8\text{-二苯并}[2,2]\text{-环藩}$（在共轭体系中具有特殊轨道不共轭特性的分子），也在黄乃正课题组中得以成功创制。
新型手性大分子及四苯并环辛四烯基配体的开发 针对超分子化学与不对称催化领域，他首创并系统发展了基于四苯并环辛四烯等八元环高张力多环骨架的不对称手性砌块合成。利用该类具有独特扭曲和手性构象的刚性非苯芳香体系，课题组设计并合成出含 $\text{Pt}$、$\text{Ti}$、$\text{Si}$ 等金属中心离子的新型手性超分子大分子，并进一步发展了基于该三维骨架的新型手性配体。这为开发用于不对称催化的高效、高选择性催化体系开辟了全新的非天然分子构型通路。
生物活性天然产物全合成与“中药研究中心”建设 他深耕传统中药活性分子以及复杂海洋天然产物的全合成，自20世纪90年代起在香港中文大学创立“中药研究中心”，并完成了数十个结构极其复杂、合成难度极高的生物活性分子的全合成（如 $\text{pallambins C}$ 和 $\text{D}$、$\text{gracilioether F}$ 类似物等）。此外，他早期曾作为哈佛大学博士后，深度参与了诺贝尔奖得主伍德沃德（R. B. Woodward）教授主持的著名红霉素（$\text{Erythromycin}$）全合成研究，其扎实的经典合成化学功底系统地奠定了他后续独立开展方法学与天然产物合成的理论与实验基石。

3. 学术地位与影响

黄乃正院士在国际有机合成化学界拥有举足轻重的学术地位，是我国首位在香港本土成长并当选为中国科学院院士的有机化学家。他以博士导师 Sondheimer 及其本人姓氏共同命名的 “$\text{Sondheimer-Wong diyne}$”（二苯并环辛二炔）已成为有机化学、化学生物学及点击化学中被广泛采用的重要工具分子。他在推动内地与香港、台湾乃至全球华人化学家交流合作方面做出了无可替代的杰出贡献。1997年香港回归之际，他与麦松威院士、支志明院士等共同发起，联合中国科学院上海有机化学研究所、香港中文大学和香港大学，共同创建了“沪港化学合成联合实验室”，并长期担任管理委员会主任（后任管理委员会主席），这已成为两地化学高水平合作研究与青年人才培养的国家级典范窗口。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1969年09月 - 1973年07月：香港中文大学联合书院化学系，获理学学士学位（一等荣誉）。
1973年09月 - 1976年07月：英国伦敦大学学院（UCL）有机化学专业，获哲学博士（$\text{PhD}$）学位（导师：Franz Sondheimer 教授，其间获“壳牌留英奖学金”支持）。
1994年：获英国伦敦大学授予科学博士（$\text{DSc}$）学位（对其在有机合成及高张力体系研究所做出的学术累积贡献给予的最高学术认可）。

2. 工作履历

1976年07月 - 1978年09月：美国哈佛大学化学系，从事博士后研究（合作导师：诺贝尔化学奖得主 Robert Burns Woodward 教授）。
1978年09月 - 1980年09月：英国伦敦大学学院化学系，受聘担任英国 Ramsay 纪念研究员（Ramsay Memorial Fellow），开展独立研究。
1980年09月 - 1982年09月：中国科学院上海有机化学研究所，受聘担任副研究员。
1982年09月 - 1983年09月：香港理工学院（现香港理工大学），担任讲师。
1983年09月 - 1988年09月：香港中文大学化学系，担任讲师。
1988年09月 - 1992年09月：香港中文大学化学系，担任高级讲师。
1992年09月 - 1996年09月：香港中文大学化学系，晋升为教授。
1996年09月 - 2018年04月：香港中文大学化学系，担任化学讲座教授（期间历任化学系系主任、理学院院长、副校长等核心管理职务）。
2018年05月 - 至今：香港中文大学，荣休化学讲座教授、研究教授。
2018年 - 至今：南方科技大学，受聘担任长期访问杰出教授。
2021年 - 至今：香港中文大学（深圳）理工学院，受聘担任校长学勤讲座教授。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

1997年：项目“一些高张力分子的合成化学”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

2. 国际荣誉

2004年：当选为 世界科学院（TWAS，原第三世界科学院）院士。
2015年：当选为 香港科学院（ASHK）创院院士。
1991年：荣获德国洪堡基金会 “德国洪堡奖学金”（Alexander von Humboldt Fellowship）。
英国皇家化学学会会士（FRSC）、特许化学师（CChem）。

3. 其他重要荣誉

1999年：荣获香港裘槎基金会（Croucher Foundation）“杰出研究奖”。
1973年：获壳牌（Shell）研究生奖学金。
1978年：获英国拉姆齐纪念基金会授予“拉姆齐纪念奖学金”。

五. Social Service and Administrative Positions

1. 学术期刊任职

2016年 - 至今：国际权威化学期刊《Tetrahedron》及《Tetrahedron Letters》国际顾问委员会委员。
2003年 - 2016年：国际权威化学期刊《Tetrahedron》及《Tetrahedron Letters》上海（中国地区）编辑办公室高级评审委员。
2005年 - 至今：《Bulletin of the Chemical Society of Japan》顾问委员会委员。
2006年 - 至今：《Chemistry, An Asian Journal》《Heterocycles》国际顾问或编辑委员会委员。
2007年 - 至今：《Reaxys Database》顾问委员会委员。
曾任《Topics in Current Chemistry》系列丛书编委（Series Editor）及《Synlett》地区顾问副编辑。

2. 重要社会与学术兼职

中科院上海有机所沪港化学合成联合实验室管理委员会主席/主任。
香港中文大学副校长（2009年 - 2013年任）。
香港中文大学理学院院长（2012年 - 2018年任）。
香港中文大学新亚书院院长（2002年 - 2010年，2014年 - 2020年两度出任）。
香港科学工作者协会名誉会长、香港化学会学术顾问。

六. 个人风格与格言

黄乃正院士自幼在香港成长与接受高等教育，随后在英美最顶尖的学府与学术大师门下砥砺成长。他治学极为严谨，同时展现了香港学者特有的国际化视野和科学奉献精神。他在20世纪80年代国家改革开放初期便毅然回到上海有机所工作，并在之后的数十年间坚持不懈地架设大陆与港、台及海外华人化学界的高水平科研桥梁，被学术界传为佳话。

黄乃正对非天然张力分子和全合成的探索有着近乎艺术般的追求。在他看来，有机合成是一门兼具精密逻辑与空间构筑美学的宏伟艺术。他曾用生动的比喻来阐释合成化学家的使命：

“做有机合成，实际上就和建筑师一样。我们在分子的世界里规划图纸、打下地基、一层层把复杂的分子大厦构建起来。但这比建筑更奇妙的是，我们是在微观的尺度上去证明大自然规则的边界。”

对待教育，黄乃正院士倾注了极大热忱。在新亚书院任职期间，他不仅致力于学术规范与科学精神的传递，更深度关切学生的全面成长。他曾多次向青年学子和研究人员强调：

“科学研究没有捷径。尤其在基础有机化学中，每一次突破都来自几百、几千次不畏枯燥的实验。我们要学会从失败中寻找大自然给我们的暗示，因为最伟大的发现往往就隐藏在那些‘意想不到的杂质’和‘偏差’中。”

他门墙桃李，不仅为两岸三地培养了大量优秀的合成化学骨干人才，更以其宽厚豁达的人格魅力和谦逊求实的学者风范，系统地影响并启迪着一代代后辈学人。

七. 参考文献

中国科学院学部与院士. 化学部：黄乃正. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200906/t20090624_1802267.html
香港科学院. 创院院士介绍：黄乃正教授. https://ashk.org.hk/sc/member/%E9%BB%84%E4%B9%83%E6%AD%A3/
中国科学院上海有机化学研究所. 专家介绍：黄乃正. http://www.sioc.cas.cn/sourcedb/cn/expert/yjy/200912/t20091214_6806284.html
有机化学学报. 祝贺我国著名有机化学家、中国科学院院士黄乃正先生七十华诞. https://sioc-journal.cn/Jwk_yjhx/CN/Y2020/V40/I10/1
香港中文大学（深圳）. 师资力量：黄乃正教授. https://sse.cuhk.edu.cn/faculty/henryncwong

任詠华（无机化学与发光材料）院士｜全球过渡金属发光活性体设计与超分子自组装领域的领军先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

任詠华（无机化学与发光材料）院士｜全球过渡金属发光活性体设计与超分子自组装领域的领军先驱

一. 基础信息概览

姓名：任詠华（Vivian Wing-Wah Yam / 任咏华）
生卒年月：$1963$ 年 $2$ 月 $10$ 日出生于香港，祖籍广东鹤山
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2001$ 年当选为中国科学院院士（当年仅 $38$ 岁，为当时中国科学院最年轻的增选院士）
主要研究领域：无机化学、配位与金属有机化学、超分子光化学及光物理学、金属发光材料、分子化学传感器、太阳能光电转换材料

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

任詠华院士长期深耕于无机化学、配位及金属有机化学、超分子化学、光化学与分子基发光材料的交叉前沿领域。她聚焦于攻克传统发光多相分子系统量子效率低、溶液可控自组装微观机制模糊、以及高色纯度重金属发光体在固态状态下极易产生电荷转移淬灭等重大物理化学瓶颈。她围绕“过渡金属配合物分子结构设计与光电响应机制”这一科学主线，系统开展了具有 $d^8$ 和 $d^{10}$ 电子构型金属中心（如 $Au(I)$、$Pt(II)$、$Re(I)$、$Ru(II)$ 等）炔基和硫属簇配合物的理性设计与精准合成，阐明了弱金属-金属相互作用和超分子协同作用对激发态特性的调控规律，致力于构建高电光转换效率的有机发光二极管（$OLED$）分子芯片与自校准光化学传感。

2. 标志性成果

过渡金属炔基及硫属簇配合物分子设计与新型发光性质研究（国家自然科学奖二等奖成果）：炔基（$C\equiv C$）由于其独特的线性几何和高电荷密度，能与过渡金属轨道发生强烈的 $\pi$ 电子共轭作用。任詠华在国际上率先系统创制了大批含大 $\pi$ 共轭配体的高效多核过渡金属炔基配合物。她首次证实了通过控制炔基分子长短和电子效应，能调控过渡金属激发态的辐射跃迁寿命和波长，阐明了金属配体电荷转移（$MLCT$）和配体内部电荷转移（$ILCT$）跃迁的调控本质。该项基础研究成果“过渡金属炔基及硫属簇配合物的分子设计及其发光性能的研究”荣获了 $2005$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人），奠定了全球在此类分子体系设计上的底层规范。
弱金属-金属相互作用驱动的超分子自组装与发光性质微观调控：在超分子发光化学中，金属原子间的弱物理作用（如亲金/亲金属相互作用 $Au(I)\cdots Au(I)$）往往面临难以在大分子组装中被精密量化或原位捕捉的学术难题。任詠华系统揭示了非共价金属-金属弱相互作用可以作为一种强有力的辅助非共价键，驱动高有序自组装结构的形成。她带领团队通过调控分子亲水-亲油平衡、$\pi\text{-}\pi$ 堆积以及金属键合强度，研制出了首批具有发光特性的金属凝胶、水相球状胶束以及柱状柱形纳米超结构发光组件。这一系列独创工作证明了即使不改变分子的初始共价骨架，仅通过外界溶剂、温度或剪切诱导改变亲金属作用强度，即可将材料发射波长在宽谱带内进行超高选择性的微观重构。
高内量子效率极佳的 OLED 荧光/磷光受体创制（捕捉太阳能与前沿显示）：约有 $20%$ 的全球电能消耗用于照明，开发接近 $100%$ 内量子效率（$IQE$）的高效发光显示材料是国际物理化学界的终极追求。任詠华致力于探索如何利用过渡金属的重原子效应（$\text{Heavy Atom Effect}$）和强旋轨耦合作用，高效捕捉和利用原本无法发光的三线态激子。她开发的一系列高热稳定性、溶液可旋涂加工的铂（$Pt(II)$）、金（$Au(I)/Au(III)$）多维配位复合分子体系，展现出近乎完美的磷光转换速率和优良的色纯度。该项工作为高性能手机屏幕、高解析度便携式电脑显示、以及高导光系数的柔性聚合物太阳能薄膜材料研发提供了具有完全自主产权的原材料设计方案，其成果在国际上荣获了 $2011$ 年度联合国教科文组织“世界杰出女科学家成就奖”（L'Oréal-UNESCO Awards for Women in Science）。
特异性生物/化学传感配合物与核酸极微量定量分析：针对临床医学和环境化学中复杂分析物的高精度传感瓶颈，她巧妙利用配位超分子体系对外界生物大分子刺激发生晶格堆积坍塌或融合的微观物理特性，设计出了一系列“开-关（Turn-On / Turn-Off）”型光化学指示剂配合物。该传感器体系可通过分子空间识别与电荷诱导，在原子级精度下对单链、双链短序列 $DNA$ 以及生命特异性溶菌酶和有毒过渡金属离子实现极高选择性与极低背景噪声的定量探测，极大地拓宽了无机配位化学在临床液体诊断中的应用外延。

3. 学术地位与影响

任詠华院士是全球无机/有机金属发光材料、无机超分子化学及光物理学领域极具学术声誉的领军学者之一。她不仅以 $38$ 岁之龄打破了中国科学院最年轻院士的当选纪录，更凭借其对金属发光体跃迁物理模型的重构，在国际科学界牢固奠定了中国学者在多核超分子及发光自组装领域的核心引领性地位。她至今已发表高水平 $SCI$ 学术论文 $500$ 余篇，论文被他人引用超过 $3.3 \times 10^4$ 次，连续多年入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers）”目录，并担任了国际顶级化学期刊的创刊/联合主编，显著树立了我国多学科交叉发光新材料研制的国际治理与学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1982.09 - 1985.07$：香港大学化学系，本科毕业获理学士学位（一级荣誉毕业）
$1985.09 - 1988.07$：香港大学化学系，研究生毕业获理学博士学位（导师：支志明院士）
期间短期出访深造：博士及教职初期，曾先后在加州理工学院（Caltech，与 Harry B. Gray 开展激发态光谱学合作）、罗切斯特大学（与 David G. Whitten 开展光物理合作）、帝国理工学院（Imperial College London，与诺贝尔奖得主 Geoffrey Wilkinson 开展有机金属合成合作）等国际重镇研究室进行访问与博士后研究。

2. 工作履历

$1988.09 - 1990.07$：香港城市理工学院（现香港城市大学）应用科学系，讲师（为该系创办初期化学实验室的筹建作出了奠基性贡献）
$1990.09 - 1995.07$：香港大学化学系，讲师
$1995.07 - 1997.07$：香港大学化学系，高级讲师
$1997.07 - 1999.07$：香港大学化学系，教授（Reader）
$1999.07 - 至今$：香港大学化学系，讲座教授（Chair Professor）（已在香港大学化学系辛勤任教与从事基础科研三十余载）
$2000.09 - 2005.08$：香港大学化学系，系主任（首位女性系主任）
$2009.09 - 至今$：香港大学，黄乾亨黄乾利基金教授（化学与能源）
$2020.09 - 2021.11$：香港大学理学院，暂任院长（Interim Dean of Science）
$2024.05 - 至今$：香港大学，暂任副校长（国际创新中心）/ 暂任首席副校长（根据香港大学校委会通过之副校长暂任安排）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2005$ 年度，第一完成人，获奖项目：“过渡金属炔基及硫属簇配合物的分子设计及其发光性能的研究”）
省部级与区域荣誉：
- 荣获香港特区政府授予的“银紫荆星章”（SBS，$2022$ 年度，表彰其对香港科创发展的战略贡献）
- 荣获香港特区政府授予的“铜紫荆星章”（BBS，$2015$ 年度）
- 委任为香港特区政府非官守“太平绅士”（JP，$2019$ 年度）

2. 国际与行业重磅奖项

全球前沿大奖：
- 荣获第 $13$ 届“欧莱雅-教科文组织世界杰出女科学家成就奖”（L'Oréal-UNESCO Awards for Women in Science，$2011$ 年度，表彰其在发光材料设计以及捕捉太阳能方面的创新贡献）
- 荣获美国化学会“约瑟夫·米歇尔光化学奖”（Josef Michl ACS Award in Photochemistry，$2022$ 年度，全球光化学界殿堂级个人终身荣誉）
- 荣获国际光化学界最高个人大奖“波特奖章”（Porter Medal，$2020$ 年度）
- 荣获英国皇家化学会“路德维蒙德奖”（Ludwig Mond Award，$2015$ 年度）
- 荣获英国皇家化学会“百周年讲座奖及奖章”（Centenary Lectureship & Medal，$2005/06$ 年度，为全球首位获此殊荣的华人学者）
- 荣获日本光化学学会“亚洲及汎洋光化学科学家讲学奖（Eikohsha Award）”（$2006$ 年度）
- 荣获国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）“化学与化工杰出女性奖”（$2015$ 年度）
行业学术大奖：
- 荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖（化学奖）”（$2011$ 年度）
- 荣获中国化学会“黄耀曾金属有机化学奖”（$2018$ 年度）
- 荣获“中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖”（$2014$ 年度）
- 荣获香港“十大杰出青年”称号（$2002$ 年度）
小行星命名荣誉：
- $2011$ 年：经国际天文学联合会批准，小行星 $83363$ 被正式命名为“任詠华星（83363 Yamwingwah）”，以表彰其在国际配位与光化学领域的卓越科学贡献。

3. 多国/地区最高学术会士与院士称号

学术多国院士：
- 当选中国科学院院士（$2001$ 年度，当选时年仅 $38$ 岁，为当年全国化学部最年轻增选人）
- 当选美国国家科学院外籍院士（International Member of NAS，$2012$ 年度）
- 当选世界科学院（TWAS）院士（$2006$ 年度）
- 当选欧洲人文和自然科学院外籍院士（Foreign Member of Academia Europaea，$2015$ 年度）
- 当选香港科学院创院院士（ASHK，$2015$ 年度）
学术学会会士：
- 当选英国皇家化学会会士（FRSC，$1998$ 年度）
- 当选中国化学会首批会士（FCCS，$2020$ 年度）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊化学主编：
- 担任 Wiley 旗下、由欧洲及亚洲多国学界联合打造的旗舰前沿交叉期刊《自然科学》（Natural Sciences）化学领域创刊主编（Chief Editor for Chemistry，自 $2020$ 年起至今）
国际旗舰期刊副主编：
- 长期担任美国化学会无机化学旗舰期刊 Inorganic Chemistry 国际副主编（Associate Editor，自 $2008$ 年至 $2020$ 年）
核心学术顾问与编委：
- 担任国际无机、材料及综合学术顶尖期刊 Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Chemical Science、Chem、Accounts of Chemical Research、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、ACS Nano、ACS Central Science、ACS Materials Letters、Materials Horizons 等刊物的国际顾问编委或常务学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及粤港澳大湾区科研平台：
- 粤港澳大湾区院士联盟理事会理事
- 裘槎信託基金会董事、裘槎基金会理事（Croucher Foundation）
- 香港科学院董事会成员、秘书长（前）
- 曾担任中国科学院无机催化与光电功能材料重点实验室、金属有机化学国家重点实验室等多家内地国家重点实验室的学术委员会委员或顾问
特区及国际学术评审组：
- 香港特区政府研究资助局（RGC）物理科学小组成员
- 香港特区政府大学教育资助委员会（UGC）研究评审工作小组（物理科学）成员
- 曾多次应邀担任国际化学会议主席及国家级科学技术奖励评审专家组组长/成员

六. 个人风格与格言

任詠华院士治学严谨致密、为人谦逊率真。作为一名在香港土生土长并完全由香港高等教育体系自主培养出来的顶级国际女化学家，她对大自然和未知分子堆积产生的奥秘始终抱持着最纯粹的好奇与工匠般的探索定力。她常把在实验室研制新型发光体比作一种“超越时空、与分子对话”的创造性艺术，并多次用自己在中学时期打破水银温度计、惊叹于液态金属聚集相变的童年回忆，来勉励年轻一代学子不忘好奇初心：

“科学探索就像是一座充满了未知可能性的密林。我们做基础研究、创制全新的分子，最核心、最持久的引擎不是名誉和奖励，而是你对大自然最原初的好奇。当你夜以继日地守候在实验室，在漆黑的测试暗箱里，第一次亲眼看到自己合成的无机炔基分子散发出那抹世界上从未有过的、惊艳的深蓝偏光时，那种直击心灵的战栗和喜悦，就是科学给探索者最慷慨的褒奖。”

面对国际材料界对高端发光材料底座的激烈竞争，以及海峡两岸青年学子的成长，她时刻勉励年轻一代要常怀报国热忱，勇于在荒芜处建立完全自主的“绿色新标准”：

“科学研究没有投机。一个理论如果只能留在纸面上的高分文章里，那就成了空中楼阁。我衷心希望年轻一代的化学和高分子工作者，能够把我们在实验室里自主合成的、内量子效率逼近 $100%$ 的金属有机电光发光体，实打实地装配到老百姓每天使用的手机屏幕、电脑面板乃至国家重大型号的装备之上。将我们中国人的智慧和绿色自立刻在世界光电子和清洁能源的延长线上，这就是我们不可推卸的时代底气与时代担当。”

七. 参考文献

曹镛（光电高分子与有机电子学）院士｜突破导电高分子加工瓶颈并研制出首片可弯曲塑料发光二极管的物理化学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

曹镛（光电高分子与有机电子学）院士｜突破导电高分子加工瓶颈并研制出首片可弯曲塑料发光二极管的物理化学家

模块一：基础信息概览

姓名：曹镛（Yong Cao） [1]
生卒年月：$1941$年$10$月$14$日出生于湖南省长沙市，目前健在。 [1, 2]
所属学部：中国科学院化学部 [1]
当选年份：$2001$年正式当选为中国科学院院士 [1]
主要研究领域：导电高分子、有机/聚合物光电功能材料与器件（如聚合物发光二极管 $\text{PLED}$、高效率聚合物太阳电池 $\text{PSC}$）、有机电子学 [2]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

曹镛长期致力于导电高分子、有机高分子光电功能材料与器件的基础及应用研究 [2]。他聚焦于共轭高分子的物理化学本质，致力于解决导电高分子高导电性与可加工性不可调和的传统学科难题 [2]。他在聚合物电致发光器件（$\text{PLED}$）、高效率聚合物太阳电池（$\text{PSC}$）及印刷柔性电子学等前沿领域取得了一系列奠基性成果，实现了从基础物理化学理论到器件构筑和产业化示范的完整闭合 [2, 5]。

2. 标志性成果

提出并建立“对阴离子诱导加工性”新概念：在用有机质子酸掺杂聚苯胺制备可溶性导电高分子的基础上，曹镛在国际上首次提出“对阴离子诱导加工性”新理论 [2, 5]。该理论打破了“导电高分子不溶不熔、无法加工”的传统思想，成功实现了高导电聚苯胺在非极性有机溶剂或通用高分子熔体中的共混加工，彻底攻克了导电高分子高导电性与加工性能不兼容的百年瓶颈，相关方法在抗静电、电磁屏蔽等领域获得实际应用 [2, 5]。
国际上首次研制成功可弯曲的大面积塑料发光二极管（柔性 $\text{PLED}$）：在加州大学圣巴巴拉分校及美国 $\text{UNIAX}$ 公司工作期间，曹镛作为主要研究者，在国际上首次成功研制出基于塑料片基、可任意弯曲的大面积高效率柔性聚合物发光二极管（$\text{PLED}$） [2, 5]。相关成果于$1992$年发表在国际顶级期刊《Nature》上，并被美国科学信息研究所（$\text{ISI}$）统计为导电聚合物领域近十年来被引频次极高的经典文献，这被认为是柔性有机光电子学发展的关键里程碑 [2, 5]。
提出大幅提升聚合物发光效率的新途径：曹镛于$1998$年在国际上首次报道高分子电致发光（$\text{EL}$）量子效率与光致发光（$\text{PL}$）效率之比可高达 $50%$，有力地挑战了学术界公认的“有机电致发光单重态激子形成率不超过 $25%$”的自旋统计理论极限 [2, 5]。该发现于$1998$年发表在《Nature》上，为研发超高效率聚合物电致发光材料与器件指明了全新的物理路径 [2]。
引领高效聚合物太阳电池（$\text{PSC}$）与界面调控研究：回国任教后，曹镛带领团队设计合成了一系列新型窄带隙光电共轭聚合物及三线态发光聚合物材料，首创用水/醇溶性共轭聚合物电解质作为器件电子注入/传输界面的方法，显著提升了器件效率，实现了单节聚合物太阳电池光电转换效率从约 $5%$ 到突破 $10%$、乃至更高效能的跨越，主持的相关成果“实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构”荣获$2015$年度国家自然科学奖二等奖（排名第一） [1, 3]。

3. 学术地位与影响

曹镛是我国高分子光电功能材料与器件研究领域的奠基人与学术带头人之一 [2]。他在国际顶尖期刊发表学术论文 $600$ 余篇，论文被他人引用超过 $20,000$ 次（根据 $\text{ISI}$ 统计，其论文引用频次居世界同行前列） [2]。他组建了华南理工大学高分子光电材料与器件研究所，并创建了“发光材料与器件国家重点实验室”，成功使我国在有机/聚合物光电领域处于国际领先梯队，他本人连续多年入选全球高被引科学家名录 [2, 3]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1987.05：日本东京大学理学部，获理学博士学位 [2, 5]
1979.10 – 1981.10：日本东京大学化学系，研究生/进修 [2, 5]
1960.09 – 1965.07：原苏联列宁格勒大学（现俄罗斯圣彼得堡国立大学）化学系，获理学学士学位 [2]
1959.09 – 1960.08：北京外语学院留苏预备部，俄语专业学习 [2]

2. 工作履历

2011.11 – 2013.11：发光材料与器件国家重点实验室（华南理工大学），首任实验室建设期主任 [2, 3]
1999.10 至今：华南理工大学高分子光电材料与器件研究所，所长、教授、博士生导师 [2]
1998.10 – 1999.10：华南理工大学材料科学与工程学院，教授、博士生导师 [2]
1990.10 – 1998.10：美国加州圣巴巴拉 $\text{UNIAX}$ 公司（由诺贝尔物理学奖得主 $\text{Alan J. Heeger}$ 联合创立），资深研究员 [2, 5]
1988.10 – 1990.10：美国加州大学圣巴巴拉分校高分子及有机固体研究所，访问教授、资深研究员 [2]
1966.01 – 1988.10：中国科学院化学研究所，历任助理研究员、副研究员（$1983$）、研究员（$1986$）（其间于$1967$年至$1968$年在山西军垦农场劳动） [2]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2015年：国家自然科学奖二等奖（项目：“实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构”，排名第一） [1, 3]
2010年：国家自然科学奖二等奖（项目：“新型高分子光电功能材料及发光器件”，排名第一） [2, 3]
1988年：国家自然科学奖二等奖（项目：“有机导体的研究”，中国科学院化学研究所共同完成人） [2]

2. 省部级与国际荣誉

2015年：广东省科学技术突出贡献奖（广东省最高科技奖） [4]
2014年：教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖 [2]
2009年：广东省科学技术进步奖一等奖 [2]
2008年：当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士 [2]
2008年：当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$） [2]

3. 其他重要荣誉

2014 – 2018年：连续五年入选汤森路透（$\text{Thomson Reuters}$ / 现科睿唯安 $\text{Clarivate}$）全球高被引科学家名录 [2]
1988年：获国家科委授予“有突出贡献的中青年科学家”称号 [2]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《Synthetic Metals》（合成金属）、《Solar Energy Materials and Solar Cells》：国际编委/顾问编委 [2]
《中国科学：化学》、《高分子学报》：编委 [2]

2. 重要社会与学术兼职

国家级科技规划：曾任国家重点基础研究发展计划（“$973$”计划）“有机/高分子发光材料的重大基础问题研究”项目首席科学家（$2002$–$2008$） [2]
重点实验室/学术社团职务：发光材料与器件国家重点实验室（华南理工大学）学术带头人，曾任中国化学会理事、中国材料研究学会理事 [2, 3]

模块六：个人风格与格言

曹镛院士治学低调谦逊，科学视野开阔敏锐，始终坚持“材料与器件并重、基础与应用并重”的研究方针 [2]。在 $20$ 世纪 $90$ 年代末，他放弃了国外优渥的科研和生活条件，重返祖国并扎根广州华南理工大学，在一片空白中建立起高分子光电研究所，培养出包括多位国家杰出青年科学基金获得者在内的一大批中青年骨干学术人才 [2]。他常勉励团队和学生要甘于在科研中做铺路石，在面对技术难题时，不仅要注重“知其然”，更要注重“知其所以然” [2]。

治学格言：

“科学研究既要有仰望星空的开阔视界，更要靠脚踏实地、日积月累的实干。只有把基础物理化学机理吃透，把材料设计与器件加工有机结合，才能在国际学术前沿做出真正顶天立地的原创成果。” [2]

模块七：参考文献

[1] 中国科学院学部与院士（化学部-曹镛简介）. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200906/t20090624_1802360.html [2] 中国化学会会士百科（曹镛介绍）. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/137773.html [3] 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室学术人员主页-曹镛. https://www2.scut.edu.cn/skllmd/2020/0307/c25002a365145/page.htm [4] 广东省科学技术奖优秀科技成果及突出贡献奖报道. http://www.polymer.cn/sci/kjxw11280.html [5] 华南理工大学材料科学与工程学院曹镛院士主页. https://www2.scut.edu.cn/_upload/article/files/9f/33/2750a19e49b19ced1deaaf03db44/41ede370-f148-4cd2-aae7-910a992c2dd8.pdf

林国强（有机化学与手性化学）院士｜我国手性合成与不对称催化领域的奠基者与开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

林国强（有机化学与手性化学）院士｜我国手性合成与不对称催化领域的奠基者与开拓者

一. 基础信息概览

姓名：林国强（Guo-Qiang Lin）
生卒年月：$1943$ 年 $3$ 月 $7$ 日出生于上海市，籍贯福建省福清市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2001$ 年当选为中国科学院院士（$2022$ 年当选为中国中医科学院首批学部委员）
主要研究领域：手性合成、不对称催化反应、昆虫激素与信息素化学、生物催化与手性药物小分子合成

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

林国强院士长期致力于手性化学、不对称合成、天然产物全合成及生物催化等交叉前沿领域的基础与应用研究。他聚焦于攻克如何高效、高立体选择性地构筑具有生理活性的手性异构体分子这一关键科学难题。通过将金属催化的化学合成与酶促生物催化深度结合，他开辟了构筑手性碳-碳（$C\text{-}C$）、碳-氮（$C\text{-}N$）、碳-氧（$C\text{-}O$）及硫-氧（$S\text{-}O$）键的不对称合成新路径，系统性地破译了自然界中的“手性密码”，并极力推动基础手性研究成果向造福大众的廉价高效手性药物产业化方向转化。

2. 标志性成果

高选择性手性双烯配体的创制与不对称合成方法学突破：在金属催化的不对称反应中，如何设计出高效、高立体选择性且通用的手性配体是该领域的国际竞争焦点。林国强在国际上率先设计并发展了一系列结构独特的“新手性双烯配体（$\text{Chiral Diene Ligands}$）”。这些配体在铑（$Rh$）或钯（$Pd$）催化的不对称加成反应中展现出极佳的催化活性与接近完美的对映选择性（部分对映体过量值 $\text{ee}$ 高达 $99%$ 以上）。新手性双烯配体由于极高的高效性，被跨国化学试剂巨头 $\text{Sigma-Aldrich}$ 公司商业化，并收录于有机合成试剂大全 $\text{Wiley (EROS)}$ 中，被国际同行赞誉为“理想的配体”。此外，他还利用单电子转移试剂二碘化钐（$SmI_2$）成功实现了首例不同亚胺分子间的交叉偶联，为构建多类结构复杂的活性手性胺提供了简捷路径。该方向成果“高效不对称碳-碳键构筑若干新方法的研究”荣获 $2016$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
昆虫保幼激素、蜕皮激素与极微量手性信息素的破译（“昆虫化学语言”的建立）：在 $20$ 世纪 $60\text{ - }80$ 年代，林国强率先投入国家农业及丝绸工业重点研究，开展昆虫保幼激素、蜕皮激素的提取与全合成研究，直接服务于家蚕生长调节和增丝工艺。此后，他聚焦于难度极大的“昆虫信息素”结构测定。由于虫体产生的信息素极其微量（单只昆虫的腺体中通常仅含约 $1\text{ 纳克}$，即 $1 \times 10^{-9}\text{ g}$ 级别），极其难以收集与鉴定，他带领团队深入田间地头收集样本，通过精密的微量化学剥离与手性识别手段，成功确定并合成了 $12$ 种昆虫信息素结构（其中 $5$ 种具有手性）。该成果为我国害虫的生态监测与绿色物理防治提供了关键的科学原理。
生氰植物粗酶催化机制创新与手性药物吉西他滨的廉价产业化：林国强积极将绿色化学思想引入手性药物合成。他发现杏仁、桃子、苹果籽等生氰植物的粗酶（无需昂贵的纯化步骤）在有机溶剂微水相体系中能够高效催化不对称羟腈化反应。基于此，他团队开发出了苹果籽粗酶一步合成天然红景天苷的方法。更重要的是，他致力于打破跨国药企对高端手性抗癌药的技术与价格垄断。他领衔开发了高效且低成本的抗肿瘤新药吉西他滨（$\text{Gemcitabine}$）全套合成工艺，通过成果转化实现了工业规模生产，使得原本昂贵的抗癌药价格降至原进口药的 $1/3$ 以下，吉西他滨等药物在产业化实施后创造了累计超过 $80\text{ 亿元}$ 的市场销售额，挽救了无数患者。

3. 学术地位与影响

林国强院士是我国手性化学与不对称合成反应领域的领军人物。他的系列原创配体与合成方法学打破了国外垄断，多项成果被国际学术界直接以其名字或实验组命名并广泛采用。他曾获得每两年评选一次的陈嘉庚化学科学奖（$2014$ 年），并于 $2017$ 年荣获上海市科学技术最高奖“上海市科技功臣奖”。他至今已发表学术论文 $240$ 余篇，授权中国专利 $40$ 项、美国专利 $1$ 项，并撰写了《手性合成》等 $4$ 部在国内外产生深远影响的经典手性化学专著，奠定了我国在国际不对称化学合成领域的崇高学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1960.09 - 1964.07$：上海科学技术大学（现上海大学）化学系，本科毕业获学士学位
$1964.09 - 1968.07$：中国科学院上海有机化学研究所，研究生毕业（导师：周维善院士，开展天然产物与手性合成研究）

2. 工作履历

$1968.08 - 1991.11$：中国科学院上海有机化学研究所，历任助理研究员、副研究员
$1981.12 - 1982.12$：瑞典皇家理工学院（$\text{KTH}$）有机化学系，访问学者
$1986.02 - 1987.11$：美国匹兹堡大学化学系及美国史克药业（$\text{SmithKline & French}$）研发部，访问科学家
$1990.04 - 1993.04$：中国科学院上海有机化学研究所，副所长、常务副所长
$1993.04 - 1999.04$：中国科学院上海有机化学研究所，所长、党委书记（其中 $1991$ 年正式晋升为研究员）
$2001.12 - 至今$：中国科学院上海有机化学研究所，研究员、博士生导师、学术委员会主任、重点实验室学术委员会主任（于 $2001$ 年当选为中国科学院院士）
$2005.10 - 至今$：复旦大学，化学系/药学院双聘院士、教授
$2006.04 - 2014.07$：国家自然科学基金委员会，化学科学部主任（兼）
$2018.11 - 至今$：上海中医药大学，创新中药研究院院长（兼）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2016$ 年度，第一完成人，获奖项目：“高效不对称碳-碳键构筑若干新方法的研究”）
- 国家科学技术进步奖二等奖（$2013$ 年度，主要完成人，获奖项目涉及吉西他滨等手性药物的工程化转化）
- 国家科学技术进步奖二等奖（$1987$ 年度，主要完成人，获奖项目涉及昆虫保幼和蜕皮激素增丝技术）
省部级科技最高奖：
- 上海市科技功臣奖（$2017$ 年度，上海市科学技术奖最高个人荣誉）
- 上海市自然科学奖一等奖（$2014$ 年度，第一完成人）
- 中国科学院科技进步奖一等奖（$1986$ 年度，主要完成人）

2. 国际与民间重磅科学奖项

陈嘉庚科学奖：陈嘉庚化学科学奖（$2014$ 年度，获奖项目：“手性化学中的几个创新性研究”）
何梁何利基金奖：何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖，$2006$ 年度）
行业学术大奖：
- 中国化学会“手性化学成就奖”（$2014$ 年）
- 第八届“中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖”（$2023$ 年度）
- 第十六届“中国专利金奖”（获奖项目为手性抗肿瘤药关键工艺发明专利）

3. 其他重要荣誉

$1992$ 年：荣获国务院授予的“国家级有突出贡献中青年专家”称号，并享受政府特殊津贴
$2012$ 年：荣获中国科协授予的“第五届全国优秀科技工作者”称号
$2018$ 年：荣获“上海市十佳劳模年度人物”称号
$2020$ 年：荣获“上海教育年度新闻人物”称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际著名期刊：国际顶尖有机化学期刊 Tetrahedron（《四面体》）与 Tetrahedron Letters（《四面体通讯》）中国地区执行编辑、出版物理事（$1992 - 2019$ 年，长达 $27$ 年）
国内主流期刊：现任《中国科学：化学》副主编、曾任《化学学报》副主编、《有机化学》副主编

2. 重要社会与学术兼职

国家级重点平台：中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室学术委员会主任、天然产物有机合成化学重点实验室学术委员会主任
重要国际学术组织：国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）有机与生物化学部委员、资深委员（$1997 - 2006$ 年）、世界华人有机化学家协会理事
国家科研管理与决策机构：国家自然科学基金委员会化学科学部第一至三届主任
校内创新平台：上海中医药大学创新中药研究院院长

六. 个人风格与格言

林国强院士在学术探索中极其强调“科学家的责任”以及“基础研究为人民服务的实用价值”。对于自己一生投身于手性化学的世界，他常把科学探索比作与大自然的手性密码进行“无声的对话”。面对荣誉与科学使命，他抱持极其朴素的家国情怀：

“老百姓能够用上质量更好、价格更便宜的药，这是让我作为一个化学工作者最有成就感的事情。我们基础研究的成果不应该只停留在论文里，要把科学家的智慧和对社会的责任紧密咬合在一起，为百姓造出中国自己的好药。”

林国强院士对青年学子的培养倾注了巨大心血，他将陈嘉庚奖及上海市科技功臣奖的部分奖金捐出，在母校设立了“国秀”等奖学金，以此勉励年轻一代要常怀“智者心”，独立思考，勇于创新：

“科研人员应该有一颗‘智者心’。大自然中的手性对称无处不在，却又妙不可言。在探索未知的道路上没有捷径可走，你必须到实验室第一线去，到田野第一线去。只要我们在选定的位置上花气力、下真功、勤勉积累，终能打破瓶颈，为科学的发展留下痕迹。”

七. 参考文献

程津培（物理有机化学与有机能量学）中国科学院院士｜我国定量化学键能研究的开拓者与“iBonD”全球权威键能数据库奠基人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

程津培（物理有机化学与有机能量学）中国科学院院士｜我国定量化学键能研究的开拓者与“iBonD”全球权威键能数据库奠基人

一、基础信息概览

姓名：程津培（Jin-Pei Cheng）
生卒年月：$1948$ 年 $6$ 月 $1$ 日生，籍贯江苏灌云（出生于天津）。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2001$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2001$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：物理有机化学、有机能量学、化学键能的测定与理论计算、过渡金属有机催化及机理、智能型化学键能数据库。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

程津培院士长期致力于物理有机化学及有机能量学的前沿与交叉研究，是我国在该领域的杰出领军人。他的研究深度聚焦于两个核心科学问题：一是如何通过实验与计算的交叉方法，精确测量、定量标定复杂化学体系中的基本能量学参数——化学键断裂能（$\text{Bond Dissociation Energy, BDE}$）与溶液酸碱度参数（$\text{p}K_{\text{a}}$）；二是如何利用这些基础物理化学数据构建定量热力学模型，从而解析化学反应的深层分子机理，指导新型绿色催化剂和新反应的理性设计。他打破了传统合成化学中依赖“试错”的经验范式，倡导并推动了基于能量学标度的理性化学转化研究。

2. 标志性成果

创建国际首个及迄今最完整权威的智能型化学键能数据库 $\text{iBonD}$ (Internet Bond-energy Databank)：
- 在国际化学界，键能作为分子性质的“度量衡”，其数据长期散落于海量文献中，且测定标准不一，质量参差不齐。这严重制约了化学研究的理性设计与计算化学的智能化演进。
- 针对此痛点，程津培院士带领团队历经十余年“坚守与垦荒”，通过对经典文献的系统收集、严密校准，并结合自主的高精度实验测定，于 $2016$ 年成功建立并发布了国际上首个网络版化学键能数据库 $\text{iBonD}$。
- $\text{iBonD}$ 数据库收录了各类溶剂中的 $\text{p}K_{\text{a}}$ 数据两万余条，涵盖数万个有机、无机及金属有机化合物，是目前全球键能领域数据最全、使用最便捷、最受学术界认可的大型基础科学数据库。它的建立极大地提升了我国在国际物理有机化学领域的话语权，同时为当前人工智能和机器学习应用于分子创制奠定了不可替代的底层数据底座。
系统发展了 $\text{NADH}$ 辅酶模型反应热力学理论体系：
- $\text{NADH}$（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）是生命体内能量转化的关键辅酶。在其氧化还原反应中，究竟是发生“氢负离子直接转移”还是包含“质子与电子分步转移（$\text{PCET}$）”，这一直是物理有机化学和生物化学界长期争论不休的核心课题。
- 程津培团队在国际上首次通过精准实验测定了数十种经典 $\text{NADH}$ 辅酶模型的键能及热力学参数，从多角度系统建立了 $\text{NADH}$ 模型氧化还原的反应能量学网络，计算出氢负离子、质子以及单电子转移的绝对热力学驱动力，并一举澄清了该类反应发生的精细路径及调控规律，奠定了辅酶热力学研究在国际上的领先地位。
定量一氧化氮（$\text{NO}$）亲合势、开发叶立德（$\text{Ylide}$）稳定性全球统一标度：
- 他系统拓展了生物活性小分子一氧化氮（$\text{NO}$）与各类有机及生物受体的 $\text{N-NO}$ 键能测定，定量解析了 $\text{NO}$ 的体内转运、释放与热力学稳定性规律。
- 在合成方法学领域，他的团队测定了一系列叶立德（$\text{Ylide}$）前驱体盐类化合物在不同介质中的绝对 $\text{p}K_{\text{a}}$ 范围，构建了首个叶立德热力学稳定性的统一标度。他深入揭示了离子液体等新型绿色溶剂中特殊的“溶剂化解离效应”，为离子液体作用机制的分子本质提供了扎实的物理有机热力学物证。

3. 学术地位与影响

程津培院士是国际物理有机化学领域的战略科学家。他提出的“组合式使用多键能参数解析复杂反应机理”的新策略，被广泛应用于多类过渡金属催化（如钯催化活化苯胺等）、碳氢键活化（$\text{C-H}$ Activation）和光电催化反应的研究。他于 $2012$ 年受聘至清华大学建立基础分子科学中心，实现了将经验物理有机化学提升至定量、智能能量学高度的跨越。其科研成果填补了我国乃至世界在化学键能系统数据库领域的空白，并在国际著名期刊（包括《$\text{Science}$》、《$\text{Chem. Rev.}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》等）发表论文 $300$ 余篇，被国际同行列为测量与计算化学键能的全球黄金标杆。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1972$ 年 $03$ 月－$1975$ 年 $07$ 月：天津师范学院（现天津师范大学）化学系，获理学学士学位。
$1978$ 年 $09$ 月－$1981$ 年 $07$ 月：南开大学化学系有机化学专业，获理学硕士学位（导师：何炳林院士等）。
$1982$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $06$ 月：美国西北大学（Northwestern University）有机化学专业，获理学博士学位（师从世界著名物理有机化学家 $F.\text{ }G.\text{ }Bordwell$ 教授）。
$1987$ 年 $07$ 月－$1988$ 年 $06$ 月：美国杜克大学（Duke University），开展博士后研究工作。

2. 工作履历

$2012$ 年 $12$ 月至今：清华大学基础分子科学中心主任、化学系教授、博士生导师。
$2000$ 年 $04$ 月－$2008$ 年 $03$ 月：中华人民共和国科学技术部（科技部）副部长、党组成员。
$1995$ 年 $11$ 月－$2000$ 年 $04$ 月：南开大学副校长、化学学院教授（兼任南开大学元素有机化学国家重点实验室学术委员会副主任）。
$1988$ 年 $07$ 月－$1995$ 年 $11$ 月：南开大学化学系，先后担任副教授、教授、物理有机化学研究室主任、博士生导师。
$1975$ 年 $08$ 月－$1978$ 年 $08$ 月：天津塘沽师范专科学校（塘沽师范学院），任教。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖奖项

中国化学会物理有机化学成就奖（$2013$ 年）；
何梁何利基金科学与技术进步奖（$2005$ 年）；
中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（$2012$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$1994$ 年，作为我国首届“杰青”获得者之一）。

2. 国际荣誉与行业重要表彰

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士（$2001$ 年当选）；
复旦大学“吴征铠化学奖”（表彰其在化学转化能量学标度及研究范式变革方面的杰出贡献）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

清华大学基础分子科学中心 主任；
国家科技图书文献中心（$\text{NSTL}$）理事长（曾任）；
国家教育咨询委员会 委员。

2. 重要社会与学术兼职

中华人民共和国科学技术部 原副部长、党组成员；
第十一届全国人大常委会 委员、全国人大教育科学文化卫生委员会副主任委员；
中国致公党中央委员会 原副主席；
欧美同学会·中国留学人员联谊会 副会长（曾任）；
国家科技奖励委员会 委员；
中国化学会 顾问、常务理事（曾任）。

六、个人风格与格言

程津培院士不仅在学术上高屋建瓴，在科技管理和教书育人中更展现出战略科学家的前瞻眼光与人格魅力。他在担任科技部副部长期间，大力推进我国科技体制改革和自主创新战略布局，尤其重视国家基础研究与“重大项目公平、公开评审机制”的建设。在科研工作里，他对待青年学者与助手要求极其严苛，坚决反对急功近利的学术浮躁行为，告诫学生不能指望靠其“做官”来便利地获取课题，要始终凭借科学实力立足。他多次强调：“化学键能是化学数据的‘关键少数’，值得我们花数十年甚至一辈子去坚守和垦荒。”

其代表性科学治学格言如下：

“键能是基础研究里的‘度量衡’。只有把这些事关化学转化本质的、最基础的物理热力学数据测深、测准、集成好，我们才能使化学研究从盲目的‘碰运气’合成，跨越到可以‘理性计算和预测’的新高度。”
“科学探索最忌讳浮躁与投机。当官不代表可以拿到学术资源，在科学真理面前，一切都要靠严密论证和硬实力说话。科研人要能耐得住寂寞，在少有人关注的底层基础数据中开辟出属于中国人自己的天地。”

七、参考文献

陈新滋（有机化学与手性制药化学）中国科学院院士｜我国手性催化与不对称合成领域的开拓者及医药产业转化先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈新滋（有机化学与手性制药化学）中国科学院院士｜我国手性催化与不对称合成领域的开拓者及医药产业转化先驱

一、基础信息概览

姓名：陈新滋（Albert Sun-Chi Chan）
生卒年月：$1950$ 年 $10$ 月 $30$ 日生，籍贯广东台山汶村。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2001$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2015$ 年当选为香港科学院创院院士，于 $2019$ 年当选为中国医学科学院学部委员）
主要研究领域：不对称合成与均相催化、手性催化配体的设计与合成、手性医药中间体绿色工艺开发、中药分子药理学与抗癌新药研发。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈新滋院士长期致力于有机化学、不对称合成及手性制药化学的交叉前沿研究。他的科学探索立足于手性配体和手性催化剂的高效设计、均相催化反应机理的深入探明，以及不对称催化反应在制药工业和精细化工中的绿色化应用。近年来，陈新滋团队积极投身于中药活性成分药理学机制解析、基于系统生物学的新型抗癌药开发、以及利用绿色工艺实现高附加值手性原料药的大规模产业化转化。

2. 标志性成果

均相不对称催化氢化反应历程及关键机理探明：
- 陈新滋深入开展了均相不对称催化氢化反应的机理研究。在国际上首次捕获并系统表征了反应过程中转瞬即逝的过渡态中间体，阐明了手性催化剂与底物结合过程中的对映选择性控制机制。
- 他所提出并揭示的高选择性反应路径纠正了文献中长期存在的错误推论，为设计合成新一代具有高空间阻碍和特定立体取向的手性配体奠定了夯实的过渡金属理论基石。
新型高效手性膦配体的发明与国际商品化：
- 针对高效手性配体合成步骤繁琐、成本高昂等行业瓶颈，陈新滋团队设计并合成了系列具有自主知识产权的新型高效手性配体，包括螺环亚膦酸酯配体（$\text{Spir-OP}$）、亚膦酰胺配体及联吡啶双膦配体（$\text{P-phos}$）等。
- 这些手性配体在烯烃、酮和亚胺的不对称催化氢化等反应中展现出极为优异的催化活性与对映选择性（部分反应的对映体过量值 $\text{ee}$ 可达 $99%$ 以上）。该系列配体及对应催化剂目前已被数家国际知名试剂巨头商品化销售。其主持完成的“新型手性配体的设计、制备及其在不对称催化反应中的应用”项目荣获 $2005$ 年度国家自然科学奖二等奖（个人排名第一）。
经典非甾体抗炎药“萘普生”的实用不对称催化工艺开发：
- 陈新滋积极推动基础化学理论向工业应用延伸。他利用电化学技术与手性催化技术相结合的路线，开发出了具有高可行性的手性药物萘普生（$\text{Naproxen}$）不对称催化工业合成新工艺，规避了高污染的分离拆分过程。该成果在 $1991$ 年被国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）和美国化学会（$\text{ACS}$）评为当年国际化学界的重要进展，极大推动了手性药物工业制备的整体技术迭代。
抗癌先导药物研发与中药现代化创新：
- 陈新滋作为主要领导者之一，筹建了深圳市中药药学与分子药理学国家重点实验室培育基地等高水平科研平台，为中药的活性物质和质量控制标准化注入了现代分子药理学动力。
- 在新药研发领域，他带领团队针对原癌基因 $\text{C-Met}$ 靶点，成功筛选并优化出高活性的候选抗癌新药小分子。该系列化合物目前已顺利进入临床前研究，并取得了 $1$ 项候选药物的人体临床试验批件。

3. 学术地位与影响

陈新滋院士是国际手性催化与不对称合成领域的重要学术领军人。他提出的手性双膦配体设计理念（如 $\text{P-phos}$ 配体）打破了西方在手性工业催化剂领域的专利壁垒。他在跨国化工企业（如孟山都）及国内一流学府累积了逾 $40$ 年的科研经验，实现了高水平学术论文与产业化转化的深度闭环。他长期活跃于粤港澳两地，极大拉近了香港与内地在高端化学与制药领域的科研合作，为国家大湾区建设生物医药科技创新枢纽作出了历史性贡献。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1971$ 年 $09$ 月－$1975$ 年 $06$ 月：日本东京国际基督教大学化学系，获理学学士学位。
$1975$ 年 $09$ 月－$1979$ 年 $06$ 月：美国芝加哥大学化学系，获理学硕士、哲学博士学位（导师：杰克·哈尔彭 $\text{Jack Halpern}$ 教授）。

2. 工作履历

$2018$ 年 $11$ 月至今：广州华商学院（原广东财经大学华商学院）校长。
$2015$ 年 $07$ 月至今：中山大学药学院教授、学术委员会主任、荣誉创院院长。
$2010$ 年 $03$ 月－$2015$ 年 $06$ 月：香港浸会大学第四任校长、讲座教授（现为荣休校长）。
$2007$ 年 $09$ 月－$2010$ 年 $02$ 月：香港理工大学副校长（科研发展）、应用科学及纺织学院院长。
$2003$ 年 $01$ 月－$2011$ 年 $12$ 月：兼任中山大学药学院首任院长（创院院长）。
$1994$ 年 $01$ 月－$2007$ 年 $08$ 月：香港理工大学应用生物及化学科技学系，讲座教授、系主任。
$1992$ 年 $07$ 月－$1993$ 年 $12$ 月：台湾大学化学系，客座专家。
$1979$ 年 $06$ 月－$1992$ 年 $06$ 月：美国孟山都（$\text{Monsanto}$）公司中心研究室，历任高级化学研究员、研究专家、高级研究专家、孟山都院士（$\text{Monsanto Fellow}$）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2005$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“新型手性配体的设计、制备及其在不对称催化反应中的应用”，个人排名第一）；
第二届全国创新争先奖状（$2020$ 年）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

中国医学科学院学部委员（$2019$ 年当选）；
香港科学院创院院士（$2015$ 年）；
委任为香港特区政府非官守太平绅士（$\text{JP}$）（$2012$ 年）；
日本科学振兴会邀请学人奖（$\text{JSPS Invitation Fellowship}$）（$2006/2007$ 年度）；
日本有机合成化学会“$\text{Lectureship}$”奖（$1999$ 年）。

3. 省部级及其他重要荣誉

广州市荣誉市民（$2021$ 年）；
香港中文大学荣誉院士；
入选斯坦福大学“终身科学影响力排行榜”及“年度全球前 2% 顶尖科学家”榜单。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{Accounts of Chemical Research}$》编委及顾问编辑（$1999$ 年－$2005$ 年）；
《$\text{Inorganic Chemistry Communications}$》亚太地区主编；
《$\text{Advanced Synthesis and Catalysis}$》编委；
《$\text{Journal of Organic Chemistry}$》编委及顾问编辑；
深圳市中药药学与分子药理学重点实验室（国家重点实验室培育基地） 创办主任。

2. 重要社会与学术兼职

中国人民政治协商会议第十二、十三届全国委员会 委员；
中国科学院化学部 常委；
国家自然科学基金委员会、国家重大科技专项 评审专家；
前香港特区化学会 会长；
中国绕月探测工程 专家委员会委员；
北京大学、清华大学、南开大学等高校 兼职/客座教授。

六、个人风格与格言

陈新滋院士生活作风简单朴素，但在推动科学发展和文化交流方面具有远大的情怀。他长期致力于两地科技人才的联合培养，并将自己薪水的大部分用以资助和孵化年轻科研团队进行新药开发，力图将学术成果转化为大众能够用得起的实用药物。在治学上，他特别看重“持之以恒、扎实实干”的作风，并常以“科学研究需要对偶然规律具有极佳的敏锐度”来启发和培养青年一代。其代表性治学格言如下：

“在人生和科学的追求里，要有从每天都发生的偶然里洞悉机遇的意识，更重要的是要有锲而不舍、孜孜以求的精神。只有努力攀登的人，才有机会抵达高峰。”
“研究应当经世致用。我们的科学首先求真，其次为善，第三求美。对人类生活和健康真正有所改善、有切实帮助的科研，才是有深远价值的科研。”

七、参考文献

陈洪渊（生命分析化学与电化学）中国科学院院士｜我国生命分析化学学科奠基人与单细胞精密测量仪器开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈洪渊（生命分析化学与电化学）中国科学院院士｜我国生命分析化学学科奠基人与单细胞精密测量仪器开拓者

一、基础信息概览

姓名：陈洪渊（Chen Hongyuan）
生卒年月：$1937$ 年 $12$ 月 $24$ 日生，浙江三门人。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2001$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：电分析化学、生命分析化学、生物传感、微纳流控芯片、生命分析仪器创制。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈洪渊院士长期致力于分析化学的基础理论、方法学及高灵敏检测仪器的系统研发。他的科学探索从早期的极谱基础理论与电分析化学方法学出发，逐步向纳米生物电化学、仿生催化、生物传感和微纳流控芯片等前沿领域拓宽。进入 $21$ 世纪后，陈洪渊率先将物理学、纳米技术与生物技术引入电分析化学，聚焦于“生命分析化学”这一新兴交叉方向，致力于攻克在单细胞及单分子尺度上实现高时空分辨、超灵敏分子动态精准测量的科学难题。

2. 标志性成果

我国“生命分析化学”学科的开拓与国家重点实验室的建立：陈洪渊院士作为我国生命分析化学领域的先驱者，率先确立了以生命物质为主要对象的分析化学方法学基础体系。他主持筹建并创立了南京大学“生命分析化学国家重点实验室”，系统性地开辟了从微观测量向生命科学机理深度跨界的研究范式，极大提升了我国在该交叉前沿领域的国际地位。
极谱理论与功能界面电化学分析体系的系统性奠基：
- 协助高鸿院士开展电化学理论研究，其合作成果“近代极谱分析基础理论研究”解决了极谱电流计算等经典基础物理化学难题，获得 $1978$ 年全国科学大会奖，并于 $1982$ 年获国家自然科学三等奖。
- 作为第一完成人主导了“功能界面修饰与电化学分析方法研究”项目。该成果历经十五年系统积累，率先将纳米粒子作为电子导线桥联在电极表面，实现了酶和蛋白质的高效仿生界面反应，并研制出国际首支纳米粒子修饰的场效应生物传感器。该系列成果荣获 $2007$ 年度国家自然科学奖二等奖。
主持研制国家重大科研仪器“单细胞高时空分辨分子动态分析系统”：针对复杂微观生命系统测量中背景干扰强、极弱信号难以捕捉的技术瓶颈，陈洪渊院士作为项目负责人，主持完成了国家自然科学基金委重大科研仪器研制专项（资助经费 $6400$ 万元）。该项目在纳米量级（$50\text{ nm}$ 级）空间尺度与微秒级时间尺度上，实现了单细胞内生物分子相互作用及含量的精准测量，为癌症等重大疾病的极早期识别与精准诊疗提供了关键的技术手段与核心仪器支撑。

3. 学术地位与影响

陈洪渊院士是中国分析化学从传统成分测定走向现代测量科学、生命分析化学及精密仪器创制的核心引领者。他提出的多项微电极理论体系已被写入国际经典电化学教科书，微电极技术成果被国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）电化学委员会专门收录。他打破了国外在高端生物测量仪器领域的垄断，带领团队攻克了生命活性物质现场、实时、精准测量的瓶颈，对推动我国分析测量科学在生命及健康科学领域的跨越式发展作出了不可替代的贡献。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1956$ 年 $09$ 月－$1961$ 年 $07$ 月：南京大学化学系放射化学专业，获理学学士学位。
$1981$ 年 $10$ 月－$1984$ 年 $01$ 月：联邦德国美因茨大学（University of Mainz）化学系，访问学者，获德国阿登纳基金会、$\text{DFG}$、$\text{DAAD}$ 等奖学金资助。

2. 工作履历

$1988$ 年 $11$ 月至今：南京大学化学化工学院分析化学专业教授、博士生导师（历任化学化工学院分析化学教研室主任、南京大学分析科学研究所所长、生命分析化学国家重点实验室学术委员会主任、南京大学学位委员会副主任等职务）。
$1985$ 年 $10$ 月－$1988$ 年 $10$ 月：南京大学化学系分析化学专业副教授。
$1978$ 年 $10$ 月－$1985$ 年 $09$ 月：南京大学化学系分析化学专业讲师。
$1961$ 年 $09$ 月－$1978$ 年 $09$ 月：南京大学化学系分析化学专业助教（留校任教，开始从事电分析化学的教学与科研工作）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2007$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“功能界面修饰与电化学分析方法研究”，个人排名第一）。
$1982$ 年度国家自然科学奖三等奖（获奖项目：“近代极谱分析基础理论研究”，主要完成人）。
$1978$ 年度全国科学大会奖（获奖项目：“近代极谱分析基础理论”，主要完成人之一）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

$2017$ 年当选美国化学会会士（$\text{ACS Fellow}$）；
$2016$ 年度国际 $\text{Nature}$ 集团杰出导师终身成就奖（$\text{Nature Award for Mentoring in Science}$）；
中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（$2016$ 年）；
何梁何利基金科学与技术进步奖（$2006$ 年）；
全国先进工作者（获国家“五一”劳动奖章）（$2005$ 年）；
全国模范教师（$2001$ 年）；
国务院政府特殊津贴专家（$1992$ 年）。

3. 省部级及其他重要荣誉

教育部自然科学奖一等奖（共 $2$ 项）；
中国侨联科技进步带头人。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{ACS Sensors}$》编委；
《质谱学报》 主编；
《分析科学学报》 主编；
生命分析化学国家重点实验室 学术委员会主任；
南京大学分析科学研究所 所长。

2. 重要社会与学术兼职

中国质谱学会 理事长；
国家最高科学技术奖奖励委员会 委员；
教育部科学技术委员会 委员、化学化工学部主任、学风建设委员会副主任；
中国科学院化学部 常委会常委；
北京大学、清华大学、上海交通大学、南开大学等高校 兼职/名誉教授。

六、个人风格与格言

陈洪渊院士在长达六十余年的教学与科研生涯中，始终秉持求真务实的治学风格。他极为重视高等教育与基础课堂教学，提倡以深厚的学科功底与启发性的教育方法培育创新人才。其代表性科学治学格言如下：

“教学如刀背，科研似刀锋；教学为基地，科研为大厦。”
“科学研究是本职工作。做科研必须能‘嚼得菜根’，因为‘嚼得菜根，百事可做’。只有耐得住寂寞、守得住坚持，方能探寻客观世界的真理。”

七、参考文献

黄春辉（稀土配位化学与分子光电材料）院士｜我国稀土配位化学及分子功能膜材料研究的奠基人之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

黄春辉（稀土配位化学与分子光电材料）院士｜我国稀土配位化学及分子功能膜材料研究的奠基人之一

一. 基础信息概览

姓名：黄春辉（Huang Chunhui）
生卒年月：1933年5月4日生
出生地点：河北邢台
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2001年当选为中国科学院院士
主要研究领域：无机化学、稀土配位化学、分子功能薄膜材料、有机电致发光

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

黄春辉院士长期致力于稀土化学和分子基功能薄膜材料的基础与应用研究，是我国该领域的重要学术开拓者。她的研究方向涵盖了稀土元素的萃取分离、稀土配合物的分子设计、合成、晶体结构及发光性质调控。同时，她创新性地将无机配位化学与现代有机材料学相融合，在分子功能超薄膜（L-B膜）、超分子自组装、高效有机电致发光（OLED）材料以及染料敏化太阳能电池等多个前沿交叉方向上开展了系统而深入的探索。

2. 标志性成果

稀土功能配合物合成与光学介观物理现象的突破 在稀土功能配合物的光致及电致发光研究中，她首次在稀土配合物的光学微腔内同时观察到了“荧光增强”和“寿命缩短”这两个重要的介观物理现象，用实验有力地证实了原子的自发辐射可以通过改变其所处外界环境进行人工调控。她从改善材料的发光效率、热稳定性、成膜性及载流子传输性入手，设计合成了系列新型稀土配合物，并成功将其应用于电致发光器件中，多次刷新了国际文献中稀土配合物电致发光效率的最高纪录。
分子基光电功能超薄膜与界面构效关系研究 她将二阶非线性光学材料分子设计的原理成功引入到光电转换材料的设计中，并在具有二阶非线性的半菁染料体系中，阐明了两者在分子结构与器件光电转化效率（构效关系）上的本质相关性，以此为依据开发出一类新型的光电转化功能材料。该项有关“光电功能膜材料基础研究”的成果极大地推动了超分子超薄膜化学的发展，获得了2003年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
染料敏化纳米晶太阳能电池的表面修饰调控 针对新型太阳能电池材料，她带领团队利用化学修饰手段对二氧化钛（$\text{TiO}_2$）纳米晶薄膜表面进行了精细的微观物理化学结构调控。此举有效削弱了界面电荷复合，大幅提升了染料敏化太阳能电池的光电转换效率和高湿、高热等苛刻环境下的稳定性，为我国低成本太阳能光伏材料的发展提供了理论基础与核心工艺支持。

3. 学术地位与影响

黄春辉院士是我国无机化学和光电功能超薄膜领域的战略领军学者。她的工作成功将我国经典的“稀土无机工艺学”研究范畴，引领和拓展到了国际前沿的“稀土配位化学及分子基光电器件”研究领域，使得我国在该交叉科学分支上占有了不可忽视的国际一席之地。她撰写的《稀土配位化学》（1997年）与《光电功能超薄膜》（2001年）等多部学术专著，已成为国内多所高校与科研院所培养研究生的经典教材与参考指南，系统地夯实了我国在这一研究方向的人才基石。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1951年09月 - 1955年07月：北京大学化学系，获理学学士学位。

2. 工作履历

1955年07月 - 1978年：北京大学化学系，担任助教。
1978年 - 1980年：北京大学化学系，担任讲师。
1980年 - 1988年：北京大学化学系，担任副教授（其间于1981年09月 - 1982年10月受美国能源部资助在Ames国家实验室担任访问学者；1982年10月 - 1983年09月于美国亚利桑那大学化学系担任访问学者）。
1988年 - 至今：北京大学化学与分子工程学院，担任教授、博士生导师。
2001年11月 - 至今：当选为中国科学院院士，隶属于化学部。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2003年：项目“光电功能膜材料基础研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
项目“稀土配合物及萃取剂的结构研究”或相关工作获 国家自然科学奖三等奖 1项（第四完成人）。

2. 国际荣誉

暂无。

3. 其他重要荣誉

2005年：获 “何梁何利基金科学与技术进步奖”（化学奖）。
1990年代：获国家教委科技进步二等奖 2项（均为第一完成人）。
获评北京大学“优秀教学成果奖” 及多项教书育人专项奖。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

曾任《无机化学学报》《化学学报》《高等学校化学学报》等多个国内核心化学学术期刊编委。

2. 重要社会与学术兼职

曾任北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室副主任、学术委员会委员。
曾任中国化学会无机化学学科委员会委员。
国家自然科学基金委员会化学科学部评审专家。

六. 个人风格与格言

黄春辉院士几十年来始终扎根教学与科研一线，是一位治学极为严谨、同时充满人文关怀的化学家。她强调基础研究切忌盲目和“束之高阁”，必须通过关联实际应用来展现其真正的生命力。

她在谈到学术研究与学科发展时，始终坚守这一信条：

“基础研究应该紧密联系实际，为实际服务，这样基础研究才能常做常新，越做越高，有无穷的动力。如果基础研究与实际脱离，那就会成为无源之水，无本之木。”

作为一辈子深耕讲坛的教育者，她曾多次真挚地表示：

“我一生都在从事教育工作，教书育人是我最大的乐趣。”

在人才培养上，黄春辉院士提倡严谨求真与科研宽容并重。她尊重每个学生的兴趣与独立思考空间，极少对研究生施加生硬的条框限制，而是习惯给予方向上的科学引导，这一培养模式为我国输送了多名国家杰出青年基金获得者等行业学术中坚。

七. 参考文献

北京大学. 黄春辉院士个人主页. https://www.pku.edu.cn/detail/459.html
中国科学院学部与院士. 化学部：黄春辉. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200906/t20090624_1802273.html
北京大学新闻网. 科技奖励大会获奖人员风采录（一）：黄春辉院士. https://news.pku.edu.cn/xwzh/129-72330.htm
北京大学科学研究部. 黄春辉院士荣获2005年度何梁何利科技进步奖. https://www.research.pku.edu.cn/bdkyjz/1201829kxyjb1213721.htm

侯建国（单分子物理与化学）院士｜我国单分子物理化学领域的开拓者与奠基人之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

侯建国（单分子物理与化学）院士｜我国单分子物理化学领域的开拓者与奠基人之一

一. 基础信息概览

姓名：侯建国（Hou Jianguo）
生卒年月：1959年10月29日生
出生地点：福建平潭（籍贯：福建福清）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2003年当选为中国科学院院士
主要研究领域：单分子物理与化学、纳米材料与结构、扫描隧道显微学、表面物理化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

侯建国院士长期致力于物理化学与凝聚态物理的前沿交叉研究，是我国单分子物理化学领域的开拓者之一。他主要围绕“单分子的几何结构、电子结构、化学反应及量子态调控”这一核心科学问题，发展了实验与理论相结合的单分子表征与操纵方法。其研究领域涵盖利用高分辨率扫描隧道显微镜（STM）开展表面分子自组装、单分子自旋态调控（近藤效应）、低维纳米材料的可控制备与物性表征。

2. 标志性成果

首次直接观测单分子内部化学键结构 如何实现对单个分子内部空间结构的直接观测与化学键识别，是长期受限于仪器分辨率极限的科学难题。侯建国院士与合作者利用分子自组装技术，有效削弱了金属衬底对单个 $\text{C}{60}$ 分子的电学屏蔽效应，在国际上首次获得了具有化学键分辨率的 $\text{C}{60}$ 单分子高分辨扫描隧道显微镜（STM）图像。该成果发表于英国《自然》（Nature）杂志，审稿人评价其为“构思巧妙，实验严谨的研究工作”。该成果亦被两院院士评选为2001年“中国十大科技进展”。
单分子选键化学与自旋态的控制 侯建国院士在单分子尺度上探索了如何通过原位化学操纵来控制其量子态。通过高精度扫描隧道显微镜的探针，对吸附于金属表面的酞菁铜（$\text{PcCu}$）分子进行“分子手术”（局部选择性断键），成功实现了对单个分子电子态和自旋态的精密调控，并观测到了明显的近藤（Kondo）效应。相关研究成果发表于美国《科学》（Science）杂志，为未来单分子器件的研发与微纳米尺度量子操控开辟了新途径，被两院院士评选为2005年度“中国十大科技进展”。
非晶薄膜晶化的分形研究与分子吸附取向确定 在学术生涯早期，他对非晶半导体/金属膜中的晶化行为开展了系统的实验观测与计算机模拟，提出了一种新型的分形晶化自组织生长模型，该成果荣获1997年中国科学院自然科学奖一等奖。此外，他发展了将扫描隧道谱（STS）测量与第一性原理计算相结合的方法，首次确定了 $\text{C}_{60}$ 单分子在硅（$\text{Si}$）表面的具体吸附取向，被科技部评选为1999年“中国十大基础研究进展新闻”。

3. 学术地位与影响

侯建国院士系统地推动了我国在单分子和纳米科学领域的国际学术地位。他提出的基于STM的分子自旋调控及化学键表征技术，属于国际纳米物理化学领域的奠基性工作。作为国家杰出青年科学基金获得者及“单分子结构与电子态的理论和实验研究”项目的第一完成人，他于2005年荣获国家自然科学奖二等奖。他是国际真空联盟（IUVSTA）执委、国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）名誉委员，在推动我国纳米技术研发体系的建立和国际多边科学合作中发挥了关键作用。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1978年10月 - 1982年07月：中国科学技术大学物理系晶体专业，获学士学位。
1982年09月 - 1989年07月：中国科学技术大学固体物理专业（硕士阶段）、基础物理中心固体物理专业（博士阶段），获凝聚态物理专业理学博士学位。

2. 工作履历

1989年07月 - 1991年07月：中国科学院福建物质结构研究所，从事博士后研究。
1991年07月 - 1993年04月：美国加利福尼亚大学伯克利分校物理系，从事博士后研究。
1993年04月 - 1995年01月：美国俄勒冈州立大学，高级访问学者。
1995年01月 - 2000年12月：中国科学技术大学教授，历任基础物理中心副主任、结构成分分析中心主任、理化科学中心主任、中国科学院结构分析重点实验室主任。
2000年12月 - 2005年09月：中国科学技术大学副校长（其间于2003年当选中国科学院院士，2004年兼任合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）常务副主任）。
2005年09月 - 2008年09月：中国科学技术大学常务副校长（正局级）。
2008年09月 - 2015年01月：中国科学技术大学校长（副部长级）。
2015年01月 - 2016年10月：中华人民共和国科学技术部副部长、党组成员。
2016年10月 - 2017年05月：广西壮族自治区党委副书记，兼任自治区党委党校校长。
2017年05月 - 2018年03月：国家质量监督检验检疫总局党组书记、副局长。
2018年03月 - 2020年11月：中国科学院党组副书记、副院长（正部长级），兼任中科院直属机关党委书记、党校校长。
2020年11月 - 至今：中国科学院院长、党组书记，中国科学院学部主席团执行主席。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2005年：主持项目“单分子结构与电子态的理论和实验研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

2. 国际荣誉

2004年：当选为 世界科学院（TWAS，原第三世界科学院）院士。

3. 其他重要荣誉

1997年：获中国科学院自然科学奖一等奖（第一完成人）。
1999年：研究成果入选科学技术部“中国十大基础研究进展新闻”。
2001年、2005年：研究成果两次入选中国科学院、中国工程院两院院士评选的“中国十大科技进展”。
2003年：获安徽省科学技术奖一等奖。
2007年：获 “何梁何利基金科学与技术进步奖”（化学奖）。
2008年：获第三届 “陈嘉庚科学奖”（化学科学奖）。
2008年：获安徽省重大科技成就奖。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

曾任《纳米科学与技术》（Journal of Nanoscience and Nanotechnology）、《国际纳米技术》（International Journal of Nanotechnology）、《国际纳米科学》（International Journal of Nanoscience）等国际期刊编委。
曾任《中国科学：化学》等国内核心期刊编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国共产党第十九届、二十届中央委员会委员。
第十一届、十四届全国人大常委会委员。
第十四届全国人大教育科学文化卫生委员会副主任委员。
国际真空科学、技术与应用联盟（IUVSTA）执行委员。
中国真空学会理事长、中国物理学会常务理事、中国化学会会士。
合肥微尺度物质科学国家研究中心（原合肥微尺度物质科学国家实验室）名誉主任。

六. 个人风格与格言

侯建国院士是新学位制度建立后我国自主培养的优秀学者代表。他一向保持严谨扎实、求真务实的治学风范。在从事微观科学表征的多年实践中，他极度重视实验数据的客观性与精确性，并将其视为科研探索的生命线。

在谈到我国基础研究以及拔尖人才培养时，他强调：

“做科学研究，尤其是原创性基础研究，容不得半点虚假，必须能够经受住时间和同行的检验。这需要研究人员有‘十年磨一剑’的专注和定力。” “创新人才的培养不是‘拔苗助长’，而是要提供一片肥沃、宽松的土壤。我们要鼓励青年学者敢于挑战国际前沿和‘无人区’，在长期的科研攻关中磨砺出真正的科学精神。”

无论是在高校担任校长，还是在国家战略科技力量机构担任主要负责人，他都始终秉持“严谨治学、唯实求真”的理念，并积极推动国家重大科技任务的组织实施，为实现高水平科技自立自强做出不懈努力。

七. 参考文献

中国科学院. 侯建国个人简历. https://www.cas.cn/houjianguo/jl/
中国科学技术大学. 侯建国院士个人主页与导师介绍. https://hr.ustc.edu.cn/cn/shizi.aspx?infoid=635467245820625309
陈嘉庚科学奖基金会. 2008年度陈嘉庚化学科学奖获奖人介绍：侯建国. http://www.tsaf.ac.cn/ljhjqk/cjgkxj/ajx/hxkxj/201903/t20190316_4954917.html
中国化学会. 侯建国会士简历与成果展示. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/58718.html

李灿（物理化学与催化化学）院士｜我国人工光合成与太阳能液态阳光催化转化的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李灿（物理化学与催化化学）院士｜我国人工光合成与太阳能液态阳光催化转化的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李灿（Can Li）
生卒年月：$1960$ 年 $1$ 月 $23$ 日出生于甘肃永昌
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2003$ 年当选为中国科学院院士（$2005$ 年当选为发展中国家科学院院士；$2008$ 年当选为欧洲人文和自然科学院外籍院士；$2026$ 年当选为英国皇家学会外籍院士）
主要研究领域：太阳能人工光合成（光/电催化分解水制氢、二氧化碳转化）、催化表征与催化光谱（原位及时空分辨成像光谱技术）、绿色催化、多相手性催化

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李灿院士长期致力于物理化学、催化化学与光散射光谱学的交叉前沿研究。他特别聚焦于绿色催化、多相手性催化、超快光谱表征，并从 $2001$ 年起专注于太阳能向化学能的科学转化（即人工光合成），旨在攻克太阳能科学利用中高转换效率与分子活化的瓶颈问题。他致力于通过构筑新型催化体系与开发原位/时空分辨光谱表征，实现光催化分解水制氢和 $CO_2$ 加氢制甲醇（“液态阳光”）等人工光合成过程，为我国“双碳”战略与绿色可再生能源发展提供关键的微观科学基石。

2. 标志性成果

紫外拉曼光谱催化表征技术及短波长手性拉曼光谱：多相催化反应主要发生在固体催化剂表面的活性中心，但传统可见光拉曼光谱仪常因荧光干扰严重、表面物种敏感度低而难以有效表征。李灿院士是国际上最早将紫外拉曼光谱（$UV\text{ Raman}$）引入催化研究的学者之一。他带领团队成功研制出我国第一台用于催化研究的紫外共振拉曼光谱仪，并在国际上率先实现了紫外拉曼光谱在催化反应中的原位表征。该技术成功揭示了沸石分子筛合成过程中的过渡态物种结构以及过渡金属分子筛催化剂表面的骨架活性中心，大幅推动了光谱学在多相催化领域的应用深度。
光催化异相结、晶面间电荷分离效应与时空分辨成像：在太阳能光催化转化中，光生电子与空穴的高效分离和传输是提升能量转换效率的关键难题。李灿在国际上首次提出了“异相结”（Phase Junction，如锐钛矿/金红石型 $TiO_2$ 相结）促进光生电荷分离的新概念。他还发现了半导体微纳晶体不同晶面（如 ${010}$ 和 ${110}$ 晶面）间的光生电荷空间分离效应，打破了传统上认为光生电荷在微纳半导体催化剂表面随机复合的认知。此后，他利用自主开发的时空分辨光生电荷成像技术（Spatiotemporal Imaging of Charge Transfer），在国际上首次直接观测到了光生电荷在单个催化剂颗粒上的转移与分布全过程。
“液态阳光”（Liquid Sunshine）绿色甲醇合成工业示范：李灿积极将实验室基础科研成果转化为国家重大应用技术。他提出并主导了“液态阳光”路径：利用太阳能等可再生能源发电电解水制取“绿氢”，再利用绿氢和捕集的 $CO_2$ 反应合成甲醇（反应式为 $CO_2 + 3H_2 \rightarrow CH_3OH + H_2O$）。他带领团队开发出高活性、高选择性的 $CO_2$ 加氢催化材料，并于 $2020$ 年在甘肃兰州新区成功落成并运行了全球首个千吨级“液态阳光”甲醇合成工业化示范工程。该项目成功证明了将间歇性太阳能等清洁能源以稳定化学能（绿色甲醇）形式存储的技术可行性，为工业规模级的碳中和提供了示范。

3. 学术地位与影响

李灿院士是国际上在太阳能人工光合成和催化光谱表征领域公认的领军学者。因其在催化和人工光合成领域的卓越科学建树，他于 $2004$ 年荣获每四年仅授予一人的“国际催化奖”（International Catalysis Award，首位获此殊荣的中国科学家），并先后于 $2017$ 年获日本光化学奖（Elsevier 讲座奖）、$2019$ 年获亚太催化成就奖。他是国际催化学会理事会（IACS）成立以来首位当选主席的中国科学家（$2008 - 2012$ 年）。他至今已发表正式学术论文 $1000$ 余篇，总他引次数超过 $7 \times 10^4$ 次，获得发明专利授权近百件。他先后当选为第三世界科学院院士（$2005$ 年）、欧洲人文和自然科学院外籍院士（$2008$ 年）以及英国皇家学会外籍院士（$2026$ 年），极大地提升了中国催化科学与人工光合成研究在国际学术界的崇高声誉。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.09 - 1980.07$：河西学院（原张掖师专）化学系，大专毕业（毕业后留校任教）
$1982.02 - 1983.08$：陕西师范大学化学系，进修学习
$1983.09 - 1985.07$：中国科学院大连化学物理研究所，物理化学专业，硕士毕业
$1985.09 - 1988.10$：中国科学院大连化学物理研究所与日本东京工业大学，物理化学/催化化学专业联合培养，博士毕业（导师：秦欣研究员、郭燮贤院士等）

2. 工作履历

$1980.07 - 1983.08$：河西学院化学系，助教
$1988.11 - 1993.08$：中国科学院大连化学物理研究所，历任助理研究员、副研究员
$1993.09 - 至今$：中国科学院大连化学物理研究所，研究员、博士生导师、课题组长（其间 $2007$ 年至 $2012$ 年任副所长）
$1994.01 - 1996.01$：美国西北大学化学系，博士后/访问教授
$1998.01 - 2015.03$：催化基础国家重点实验室，主任
$2000.01 - 至今$：中法催化联合实验室，中方主任
$2007.01 - 至今$：DICP-BP 能源创新实验室，中方主任
$2011.01 - 至今$：中国科学院大连化学物理研究所，太阳能研究部部长、大连洁净能源国家实验室（现能源催化转化全国重点实验室）主任
$2018.01 - 至今$：中国科学技术大学，化学与材料科学学院院长（兼任）
$2021.01 - 至今$：国家自然科学基金委员会“人工光合成”基础科学中心（后转为卓越研究群体）主任

(在此期间，他曾先后在比利时新鲁汶大学、英国利物浦大学、日本东京大学、澳洲昆士兰大学和美国里海大学等机构进行短期访问教授或客座教授的工作)

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2011$ 年，第一完成人，获奖项目：“过渡金属杂原子分子筛催化材料的设计合成及其催化性能研究”）
- 国家技术发明奖二等奖（$1999$ 年，第一完成人，获奖项目：“在万吨/年催化裂化工业装置上实现烟气超低 $\text{NO}_x$ 排放的催化技术”等）
省部级与行业重大奖项：
- 中国可再生能源学会技术发明一等奖（$2021$ 年）
- 辽宁省自然科学一等奖（$2015$ 年）
- 中国科学院自然科学二等奖（$1993$ 年）
- 中国科学院杰出科技成就奖（$2005$ 年，作为“太阳能光催化制氢研究集体”领衔人）

2. 国际荣誉

学术院士/会士称号：
- 英国皇家学会外籍院士（FRS, $2026$ 年）
- 欧洲人文和自然科学院外籍院士（MAE, $2008$ 年）
- 发展中国家科学院（TWAS）院士（$2005$ 年）
- 英国皇家化学会会士（FRSC, $2005$ 年）
- 中国化学会创始会士（FCCS, $2020$ 年）
- 中国可再生能源学会首批会士（FCRES, $2022$ 年）
国际重大科学奖项：
- 国际催化奖（International Catalysis Award, $2004$ 年）
- 亚太催化成就奖（APACS Advance of Catalysis Award, $2019$ 年）
- 日本光化学奖（Elsevier Lectureship Award of the Japanese Photochemistry Association, $2017$ 年）
- 中法化学讲座奖（$2021$ 年）
- 国际清洁能源“创新使命领军者”称号（Champion of Mission Innovation, $2020$ 年）

3. 其他重要荣誉

$1996$ 年：获得国家杰出青年科学基金资助
$1997$ 年：荣获香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”
$1998$ 年：荣获“中国青年科学家奖”
$2005$ 年：荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖”
$2014$ 年：荣获中国化学会催化专业委员会“中国催化成就奖”
$2016$ 年：荣获“全国杰出科技人才”奖
$2018$ 年：荣获“中国光谱成就奖”

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

主编职务：现任《催化学报》（Chinese Journal of Catalysis）主编
副主编职务：曾任英国皇家化学会 Chemical Communications 副主编（$2010 - 2020$ 年）
国际顾问与编委：现任或曾任 Journal of Catalysis、ACS Catalysis 等 $12$ 种重要国际学术期刊的编委及国际顾问

2. 重要社会与学术兼职

国际学术组织职务：
- 国际催化学会理事会（IACS）主席（$2008 - 2012$ 年，首位中国学者）
- 国际催化学会理事会（IACS）副主席（$2004 - 2008$ 年）
- 亚太催化协会（APACS）主席（$2013 - 2017$ 年）
国内主要学术兼职：
- 中国化学会催化专业委员会主任（$2005 - 2012$ 年及 $2017$ 年至今）
- 中国物理学会光散射专业委员会主任（$2005 - 2009$ 年）
- 中国分子光谱学会主任（$2008 - 2012$ 年）
- 中国化学会常务理事

六. 个人风格与格言

李灿院士治学求真务实，高度重视科研中的“原创性”与“国家重大战略需求”。面对新兴的科学探索，他倡导大胆打破思维定势、不盲从既有结论。在阐述科学家的创新追求时，他指出：

“科学研究只有第一，没有第二。中国催化研究必须从‘中国制造’走向‘中国创造’，在基础研究上提出我们自己的核心理论，在工业应用中解决制约国家发展的卡脖子难题。”

作为我国太阳能人工光合成领域的奠基者与“液态阳光”方案的力推者，他对于生态文明建设与绿色发展寄托了深厚期望：

“人类生存的终极能源来自太阳，而人工光合成则是实现‘零碳循环’的终极梦想。我们的责任，就是要把实验室里那一束微弱的光，变成工业规模上普照大地、造福子孙的‘绿色阳光’。”

七. 参考文献

洪茂椿（无机化学与结构化学）院士｜我国结构化学与纳米材料领域开拓者之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

洪茂椿（无机化学与结构化学）院士｜我国结构化学与纳米材料领域开拓者之一

一. 基础信息概览

姓名：洪茂椿（Hong Maochun）
生卒年月：1953年9月17日生
出生地点：福建莆田
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2003年当选为中国科学院院士
主要研究领域：结构化学、无机功能材料、纳米材料、无机-有机杂化材料

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

洪茂椿院士长期从事无机化学与结构化学领域的基础与应用研究。他重点聚焦于配位型晶态材料、纳米材料以及无机-有机杂化材料的合成设计、结构规律与光电性能关系。研究范畴涵盖多核金属过渡簇合物自组装、金属-有机框架（MOFs）发光材料、仿酶晶态配位多孔材料和纳米器件的制备等。此外，他注重将前沿结构化学认识向服务国家重大战略转化，在透明发光陶瓷、绿色大功率 LED 以及大宗化工催化等产业化技术领域深耕多年。

2. 标志性成果

新型无机聚合物的设计合成、结构规律与性能研究 在国际上率先提出功能导向自组装法，用以设计合成纳米团簇分子、金属-有机纳米笼、纳米管和纳米线，建立并发展了多种纳米有序阵列体系制备方法，成功创制出系列一维、二维及三维金属-有机聚合物材料。曾设计并合成了对称性高、尺寸大的新型纳米笼，为金属纳米团簇与器件的研发开辟了全新途径，相关成果荣获2002年度国家自然科学奖二等奖。
高功率荧光陶瓷 LED 照明关键材料与技术集成 针对高功率 LED 照明散热难、大功率封装易失效等行业瓶颈，洪茂椿团队开展了高功率透明发光陶瓷材料与器件的自主研发。该项目攻克了荧光陶瓷配方设计、高致密度烧结、界面传热调控等关键科学技术问题，突破了国外专利封锁。团队成功研制出全球首款千瓦级 KCOB 光源模组，并打通了从基础荧光材料、先进陶瓷晶体到高端光电集成光源的“最后一公里”产业化链条，支撑大功率高亮照明的国产替代。
推进“煤制乙二醇”万吨级工业试验与产业化攻关 在担任中国科学院福建物质结构研究所所长期间，为了将物构所长期积累的结构化学理论转化为国家能源需求的战略支撑，洪茂椿积极倡导、统筹部署并推动了“万吨级煤制乙二醇成套技术”的联合攻关。该项目利用先进的贵金属催化剂设计技术，攻克了 $\text{CO}$ 气相催化合成草酸酯以及草酸酯催化加氢制乙二醇等多个核心催化与工程化难题，于2009年实现了世界首创的万吨级煤制乙二醇工业化运行，对我国煤炭清洁高效利用及国家能源安全做出了重大贡献。

3. 学术地位与影响

洪茂椿院士是我国无机纳米材料及器件、晶体结构化学领域的领军学者，也是发展中国家科学院（TWAS）院士、亚太材料科学院（APAM）院士。他系统地发展了功能导向过渡金属簇合物和多孔材料的化学组装方法学，所得成果广泛应用于现代光电晶体、固态激光以及精准生物放药载体中。作为中科院福建物构所的长期学术与行政领导，他带领团队推动了国内高质量晶体材料研发及万吨级煤制乙二醇工艺的广泛实施，提升了我国在该领域的自主创新和产业竞争能力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1974年09月 - 1978年06月：福州大学化学系，获学士学位。
1978年09月 - 1981年06月：中国科学院福建物质结构研究所物理化学专业，获硕士学位（导师：卢嘉锡院士）。
1996年09月 - 1998年06月：日本名古屋大学化学系，获博士学位。

2. 工作履历

1981年06月 - 至今：中国科学院福建物质结构研究所，历任助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师。
1985年 - 1987年：美国密歇根大学化学系、美国伊利诺伊大学化学系，访问学者。
1992年02月 - 1993年04月：英国纽卡斯尔大学化学系，访问学者。
1995年：香港中文大学化学系，访问教授。
1996年：日本名古屋大学化学系，日本学术振兴会（JSPS）访问教授。
1997年：香港理工大学化学系，访问教授。
1998年：日本名古屋大学化学系，JSPS访问教授。
1999年：香港裘氏基金会，访问教授。
2000年06月 - 2013年09月：中国科学院福建物质结构研究所，历任党委副书记（主持工作）、所长。
2003年11月 - 至今：中国科学技术大学化学系，兼任主任。
2013年09月 - 至今：中国科学院福建物质结构研究所，学术委员会主任。
曾任：中国科学院海西研究院筹建组组长。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2002年：主持项目“新型无机聚合物的设计合成、结构规律与性能研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
2011年：合作项目“高质量晶体元器件和模块与全固态激光技术”获 国家科学技术进步奖二等奖（第二完成人）。

2. 国际荣誉

2005年：当选为 世界科学院（TWAS，原第三世界科学院）院士。
曾任：亚太材料科学院（APAM）院士。

3. 其他重要荣誉

1998年：获得国家杰出青年科学基金资助。
2001年：获中国科学院自然科学奖一等奖（第一完成人）。
2001年：获国家人事部和中国科学院联合授予的“先进工作者”称号。
2004年：获福建省杰出科技人员奖。
2006年：获国务院人事部、科技部、教育部等部委联合颁发“全国杰出专业技术人才”称号。
2006年：获福建省科学技术特别贡献奖。
2010年：获“何梁何利基金科学与技术进步奖”（化学奖）。
2010年：获国务院授予的“全国先进工作者”称号。
2011年：获科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖。
2013年：获福建省自然科学奖一等奖。
2017年：获福建省科学技术重大贡献奖。
2025年：获第十三届福建省紫金科技创新奖特别贡献奖。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

2007年 - 2019年：曾任美国化学会（ACS）国际核心期刊《Crystal Growth & Design》副主编。
现任：国内核心期刊《结构化学》（Chinese Journal of Structural Chemistry）主编及多本国内外学术期刊编委。

2. 重要社会与学术兼职

国家“重点新材料研发及应用”重大项目总体专家组成员。
国家新型显示及其关键材料专家组组长。
国家自然科学基金重大研究计划“功能导向晶态材料结构设计和可控制备”专家组组长。
国家纳米评估中心副主任、国家纳米中心学术委员。
国家自然科学基金委无机化学学科评审组组长。
结构化学国家重点实验室主任（曾任）。
中国共产党福建省委员会委员（曾任）。

六. 个人风格与格言

洪茂椿院士出身于福建莆田的农村家庭，少年时代曾历经“辍学放牛、回乡务农”的艰苦考验。这段求学逆境锤炼了他不畏艰难的治学韧劲，因此在当选为中国科学院院士后，他仍时常自谦为“放牛娃出身的科学家”。

在科学研究中，他提倡基础研究和工业转化要有机统一，极力主张科研工作必须面向国家现实生产力。面对研究成果从实验室迈向产业界中存在的诸多脱节问题，他强调：

“做研究不能仅仅满足于写文章、报个奖，要主动面向国家重大需求，把研究与国家发展结合起来。” “我们在源头创新上是强项，但后面的产业化工作必须与企业紧密联合。我们要探索出一种机制，让科研成果走出实验室并为地方经济、为企业发挥切实的效益。”

对待青年学者与学生，洪茂椿始终坚持真诚鼓励与科研宽容。即使在实验屡次遭遇瓶颈时，他也会以敏锐的科学眼光引导弟子发现问题的实质，给予团队充分的自主摸索空间，在化学与纳米科学前沿建立起了一支有战斗力的科研生力军。

三. 参考文献

中国科学院学部与院士. 洪茂椿（化学部）. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200906/t20090624_1802288.html
中国科学院福建物质结构研究所. 洪茂椿院士研究组个人主页. http://www.fjirsm.cas.cn/hmc/hmc_prof/
福州大学校友会. 洪茂椿院士：从放牛娃到纳米科学家. https://xyzh.fzu.edu.cn/info/1039/1941.htm
福建日报. 第十三届紫金科技创新奖特别贡献奖. https://fjrb.fjdaily.com/pad/con/202511/26/content_493685.html
中国科学院. 2011年度国家科学技术进步奖获奖项目. https://www.cas.cn/zt/hyzt/2011gjkxjldh/zyxw/201202/t20120216_3441266.shtml

费维扬（化工分离科学与技术）中国科学院院士｜我国现代工业萃取技术开拓者与低碳节能绿色化工倡导者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

费维扬（化工分离科学与技术）中国科学院院士｜我国现代工业萃取技术开拓者与低碳节能绿色化工倡导者

一、基础信息概览

姓名：费维扬（Fei Weiyang）
生卒年月：$1939$ 年 $7$ 日 $3$ 日生，籍贯浙江宁波，生于上海。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2003$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：化工分离科学与技术、液-液萃取、传质设备数学模型、温室气体控制与二氧化碳（$\text{CO}_2$）捕集、循环经济及化工过程强化。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

费维扬院士长期致力于化工分离科学和技术的研究与教学工作。他的科学探索立足于国家在能源、资源、国防和环境保护领域的重大需求，重点聚焦于液-液萃取、传质分离设备的数学模型设计、流动与传质物理规律以及分离设备的设计放大与性能强化。近年来，面对全球气候变化的严峻挑战，他带领团队全力投身于 $\text{CO}_2$ 捕集（CCUS）先进技术、化工过程强化（包括轻同位素多级物化分离）以及循环经济科技基础的研究与应用开发，积极倡导以科技创新与标准升级推动我国石化行业实现高质量的绿色低碳转型。

2. 标志性成果

液-液两相流动返混理论模型与萃取设备设计放大方法的系统构建：
- 在化工萃取设备的设计放大中，两相在设备中的非理想流动（即返混）会严重降低传质推动力，导致实际传质效率显著低于理论极限，这是化工工程中阻碍设备按比例平稳放大的经典难题。
- 针对此技术瓶颈，费维扬院士系统深入地开展了液-液两相流动和传质的机理规律研究，首次提出了“从浓度测量数据中可靠地推算出可表征返混程度的返混系数”的精密计算方法。
- 他深入探究了多种传质及萃取设备的多维流动返混规律，建立了系统的萃取设备数学模型与先进的工程放大计算方法，为我国大型石化、环保、冶金装置的自主设计与消化吸收引进了可靠、定量的理论计算底座。
“内弯弧形筋片扁环填料”（$\text{QH-1}$ 型扁环填料）发明与多相传质强化突破：
- 针对国内外传统散装填料在液-液萃取或强气流、大喷淋液传质过程中传质阻力高、返混严重等本征缺陷，费维扬院士团队独辟蹊径，研制成功具有自主知识产权的“内弯弧形筋片扁环填料”（商品名：$\text{QH-1}$ 型扁环填料）。
- 该填料在结构设计上取消了传统填料易引起液滴不均匀聚结或物料结焦的翻边，采用极低的高径比（$0.2$ 至 $0.4$），并在填料内部引入内弯弧形筋片。这不仅大幅提升了填料整体的力学强度，还使其在乱堆装填时呈现一定程度的有序排列，显著降低了两相流动阻力。
- 研究表明，该型填料能有效控制两相流动的轴向混合，促进液滴群在流动过程中进行“分散-聚合-再分散”的良性循环。填料在大界面张力与低界面张力体系中的传质效率均明显优于国外引进的 Pall 环、Intalox 鞍等代表性填料。该成果荣获 $1995$ 年度中国专利创造发明金奖，并在第 $44$ 届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会上斩获特别金奖，于 $1996$ 年获得国家技术发明奖。该型填料目前在全国石化、环保、湿法冶金及医药等行业中得到了极其广泛的推广应用。
“新型转盘萃取塔”（$\text{NRDC}$）的创制与日内瓦发明展金奖斩获：
- 转盘萃取塔（$\text{RDC}$）在大型工业化应用过程中极易遇到严重的级间返混和效率衰减，且两相强烈碰撞时容易产生大量微小乳化液滴，进而造成溶剂随废水二次夹带而污染环境。
- 针对此缺陷，费维扬团队协同王运东教授，发明了“一种装有级间转动挡板的新型转盘萃取塔”（$\text{NRDC}$），成功实现了转盘旋转增加接触面积的同时消除级间严重返混的目标。
- 此后，团队通过不断引入先进的计算流体力学（$\text{CFD}$）和双流体两相流多参数分段优化算法，开发了高度自动化、能耗低的数字化 $\text{NRDC}$ 流程装备。该成果在 $2025$ 年第 $50$ 届日内瓦国际发明展上取得了亮眼成绩，获得 $1$ 项大会金奖和由泰国国家研究委员会颁发的“国际优秀发明奖”，在工程实践中有效缩短了传质设备的结构尺寸。
轻同位素工业化高纯分离及宽温域高效低成本捕集 $\text{CO}_2$ 工艺：
- 在轻同位素制备这一涉及国防和高端制药的卡脖子领域，费维扬指导并参与了基于先进多孔介质材料（如金属有机框架 $\text{MOFs}$）在极低能耗、温和条件下的甲烷等多类轻同位素多级吸附分离技术。
- 同时，面对双碳国家战略，他积极推动化工分离与低碳减排的深度跨界。他的团队开展了新型绿色化学吸收剂、膜分离器、热集成与高效再生解吸相结合的一体化 CCUS 工艺研发，在工业试验及示范应用中，实现了相比传统纯胺吸收工艺约 $30%$ 的能源消耗和生产成本降低。

3. 学术地位与影响

费维扬院士是我国化工分离科学与技术、现代液-液萃取工程及化工过程强化领域的标志性领军人物之一。他首次将传质相界面流体力学行为、返混物理计算模型同国家大型工业吸收及萃取塔设计制造深度融合。他的“基础理论探究-塔器内构件自主设计-全过程多相流场仿真-超大型工业应用”全链条技术闭环，使我国散装传质填料和高效萃取塔的技术水平跃居国际前列。他发表学术论文 $300$ 余篇，授权发明专利 $14$ 项。此外，他作为国际溶剂萃取会议（$\text{ISEC}$）常设委员会的中国委员，多年来显著提升了我国在化工过程强化及绿色分离工程领域的国际话语权。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1957$ 年 $09$ 月－$1963$ 年 $07$ 月：清华大学工程化学系无机物工学专业，获学士学位（毕业）。
$1981$ 年 $10$ 月－$1983$ 年 $10$ 月：英国布拉德福德大学（University of Bradford）化学工程系，作为进修学者/访问学者开展液-液萃取工程合作研究。

2. 工作履历

$2020$ 年起：清华大学化学工程系，退休教授（受聘为清华大学化学工程系发展顾问）。
$2003$ 年 $11$ 月起：正式当选中国科学院院士（化学部）。
$1988$ 年 $08$ 月－$2020$ 年 $11$ 月：清华大学化学工程系，教授、博士生导师（其间曾长期担任化学工程联合国家重点实验室副主任、学术委员会副主任）。
$1985$ 年 $05$ 月－$1988$ 年 $08$ 月：清华大学化学工程系，副教授。
$1983$ 年 $10$ 月－$1985$ 年 $05$ 月：清华大学化学工程系，讲师。
$1963$ 年 $07$ 月－$1981$ 年 $10$ 月：清华大学工程化学系/化学工程系，助教（留校任教，投身于《化工原理》等核心本科生课程的建设和工业萃取实验装置研发）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级重磅科技奖项

国家技术发明奖四等奖（$1996$ 年，获奖项目：“内弯弧形扁环填料”，作为项目第一完成人）；
国家科技进步奖（共 $1$ 项，作为项目主要完成人）；
中国专利创造发明金奖（$1995$ 年，由国家知识产权局与世界知识产权组织联合颁发）；
教育部自然科学奖 / 技术发明奖及各省部委科技进步奖 十余项（先后获得多项省部级一等奖、二等奖）。

2. 国际发明与行业顶尖荣誉

第 $50$ 届日内瓦国际发明展金奖（$2025$ 年，获奖项目：“一种多参数分段优化的新型转盘萃取塔”）；
第 $44$ 届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会特别金奖（$1995$ 年）；
泰国国家研究委员会“国际优秀发明奖”（$2025$ 年，$\textit{Thailand Award for Best International Invention & Innovation}$）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；
国家人事部“中青年有突出贡献专家”称号（$1996$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

化学工程联合国家重点实验室 原副主任、学术委员会副主任；
《$\text{Chinese Journal of Chemical Engineering}$》（中国化学工程学报） 主编；
《化学工程》 副主编 / 编委会副主任委员；
清华大学化学工程系萃取分离实验室 负责人。

2. 重要社会与学术兼职

国际溶剂萃取会议（$\text{ISEC}$）国际委员会（常设）中国委员；
中国生态经济学会 原副理事长、循环经济专业委员会主任；
中国低碳经济发展促进会 执行理事长；
中国化工学会 荣誉理事。

六、个人风格与格言

费维扬院士学风严谨、求真务实。尽管步入耄耋之年，他依旧在科研和低碳标准的普及推广道路上孜孜以求。他习惯将自己的科研工作比作一棒跑向终点的“接力赛”，强调分离工程的优化不可能一步登天，需要长年累月的实干来夯实理论底子。他极为看重大学教育中“顶天立地树人”的融合理念，注重引导青年一辈在严密的工程数据计算之下寻找推动我国绿色转型、实现自主创新的真实温度。

其代表性治学与科学格言如下：

“成长的道路没有捷径。理论和计算研究必须与国家重大需求紧密结合。只有把基础工业传质过程的一张张图纸、一个个物理规律吃透了，走出去的学生才能在国际化工的讲台上靠硬实力与西方对话，我国的分离材料与低碳绿色工业才能行稳致远。”
“科技创新就像是一场永不停歇的接力赛，我们要跑好自己这一棒。把冷冰冰的填料与塔器，熔铸成支撑我国千万吨级绿色石化和碳减排安全的温情铠甲，才不负我们作为化工传质和分离人、作为教师的终身一职。”

七、参考文献

冯守华（无机化学与材料化学）中国科学院院士｜我国无机水热合成化学开拓者与新概念半导体微纳器件研究先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

冯守华（无机化学与材料化学）中国科学院院士｜我国无机水热合成化学开拓者与新概念半导体微纳器件研究先驱

一、基础信息概览

姓名：冯守华（Feng Shouhua）
生卒年月：$1956$ 年 $3$ 月 $14$ 日生，籍贯吉林磐石。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2005$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：无机合成与制备化学、水热与溶剂热合成、无机固体功能材料、新概念半导体、生物水热化学。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

冯守华院士长期从事无机合成与材料化学领域的基础和应用前沿研究，致力于建立高效率、低能耗、多尺度的无机功能材料水热与溶剂热化学合成新路线。其科学研究主要聚焦于三大核心科学难题：一是如何突破四面体配位限制，创制新型过渡金属微孔晶体材料；二是如何在温和水热条件下合成具备磁性、光学、电磁和催化活性的非平衡态复合固体功能体（如钙钛矿过渡金属氧化物和复合氟化物等），调控其形貌、缺陷及微观相变；三是通过精确的多相组装，在原子与分子尺度上构建新概念半导体器件（如原子级 $\text{p-n}$ 结等），同时模拟原始地球环境进行非生物自催化有机合成探索，推动生物水热化学和人工模拟水氧化催化等交叉前沿研究。

2. 标志性成果

新型多功能微孔晶体系统的开拓与命名：
- 传统的微孔材料（如经典的沸石分子筛）其骨架化学多局限于四面体配位。冯守华院士打破了这一经典的结构界限，系统开发出了全新的 $3$ 个系列 $20$ 余种全新微孔晶体化合物。
- 他率先实现了微孔骨架基本配位单元的多样化（不仅引入了四面体，还成功引入了五配位与六配位过渡金属多面体等），实现了骨架原子的多元化。为彰显国家的科研贡献，他将这些全新微孔晶体化合物以中国的英文字头 $\text{C}$ 命名（如 $\text{C-1}$ 等系列），在国际上拓展了微孔固体结构化学的新范式。
温和水热化学理论的建立与多功能复合固体创制：
- 他率先将温和水热合成方法学大范围推广至先进无机固体材料制备中。通过深入研究水热条件下多金属体系的核化、生长及缺陷控制机理，在具有代表性的功能复合氧化物（如钙钛矿结构 $\text{La}_{1-x}\text{Sr}_x\text{MnO}_3$ 等）和复合氟化物中取得了系统突破。
- 其团队在国际上开发了多项控制水热反应中纳米颗粒缺陷及混合价态的新路径，系统揭示了功能无机材料的水热生成规律，构建了新型全天候多级中空微球等高比表面积固相催化剂，该系列成果使他荣获了教育部科技进步一等奖。
原子级 $\text{p-n}$ 结与新概念半导体器件创制：
- 冯守华院士在半导体物理与化学的交叉前沿取得了一系列标志性成果。他利用高选择性水热歧化反应路径，成功制备了具有复杂三重混合价态的一维、二维无机微纳结构。
- 基于该方法，他首次观测并原位证实了具有理想整流效应的原子尺度（$\text{atom-scale}$） $\text{p-n}$ 结。通过多维电学、磁学探测，阐明了利用局域复合界面处的杂化轨道重组改变复合固体整体电子态，进而实现电荷及自旋高度定向传输的物理机制，极大地拓展了新型半导体器件在原子尺度的物理外延。
生物水热化学与人工光合水氧化催化剂构建：
- 他积极推动“水热合成”与“生命起源”的跨界研究，通过模拟原始地球环境的极端温压水热条件，从水、二氧化碳（$\text{CO}_2$）等最基础的无机小分子出发，成功实现向甲烷（$\text{CH}_4$）等有机生物小分子的非生物自催化高效转化，为早期生命起源进程中的化学进化提供了强有力的物证。
- 同时，在储能与催化材料方向，他通过人工模拟天然水氧化体系（如光合作用 $\text{PSII}$ 中的 $\text{Mn}_4\text{CaO}_5$ 活性簇结构单元），利用水热路径精密构筑了类似 $\text{Mn}_4\text{CaO}_5$ 结构单元的仿生异质界相催化剂，成功解析了微观晶格氧的活化机理，制备出了高活性、长循环性能的新型析氧（$\text{OER}$）电催化材料。

3. 学术地位与影响

冯守华院士是我国无机合成与制备化学、固体水热/溶剂热合成化学的开拓者与杰出领军科学家。他历任吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室首任主任，成功将该实验室建设成为具有卓越国际影响力的国家级多学科交叉研究基地，实验室于 $2005$ 年荣获科技部颁发的国家重点实验室集体“金牛奖”，他个人亦荣获“个人金牛奖”。他在《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Adv. Mater.}$》、《$\text{Acc. Chem. Res.}$》等顶尖学术期刊发表论文 $300$ 余篇。他曾任国际溶剂热与水热化学协会（$\text{ISHA}$）主席，多次主持召开固体化学与水热化学顶尖国际会议，显著提升了我国在无机固体功能材料制备领域的国际领航地位。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1975$ 年 $08$ 月－$1978$ 年 $08$ 月：吉林大学化学系无机化学本科，获学士学位。
$1980$ 年 $09$ 月－$1983$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系无机化学硕士研究生，获理学硕士学位（导师：中国无机化学先驱、中国科学院院士徐如人教授）。
$1984$ 年 $08$ 月－$1986$ 年 $12$ 月：吉林大学化学系无机化学博士研究生，获理学博士学位（导师：徐如人院士，是新中国早期自主培养的优秀博士）。
$1989$ 年 $08$ 月－$1992$ 年 $05$ 月：美国新泽西州立大学（Rutgers University）化学系，开展博士后研究工作。

2. 工作履历

$2015$ 年 $01$ 月至今：吉林大学学术委员会主任、讲席教授、博士生导师。
$2017$ 年 $02$ 月至今：吉林省科学技术协会主席（第九届委员会主席）。
$2016$ 年 $06$ 月起：青岛科技大学双聘院士、生态化工国家重点实验室培育基地学术委员会主任（兼）。
$2001$ 年 $05$ 月－$2008$ 年：无机合成与制备化学国家重点实验室，首任实验室主任。
$1993$ 年 $10$ 月－$2001$ 年 $05$ 月：无机水热合成国家教育部重点实验室，副主任。
$1992$ 年 $10$ 月至今：吉林大学化学学院教授、博士生导师（其间：$2001$ 年至 $2004$ 年受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，是首届国家杰出青年科学基金获得者）。
$1987$ 年 $10$ 月－$1989$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系，副教授。
$1983$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $09$ 月：吉林大学化学系，讲师（其间：$1978$ 年至 $1983$ 年留校担任化学系助教，并攻读硕士、博士学位）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖奖项

国家自然科学三等奖（$1$ 项）；
教育部科技进步一等奖（共 $3$ 项，作为项目第一完成人）；
国家级教学成果二等奖（$1$ 项）；
科技部国家重点实验室“个人金牛奖”（$2005$ 年）。

2. 国际荣誉与行业顶尖称号

香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”；
首届国家杰出青年科学基金获得者（$1994$ 年，作为首届“杰青”之一）；
国家有突出贡献的中青年专家；
教育部跨世纪优秀人才支持计划 入选者；
中国化学会会士。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

无机合成与制备化学国家重点实验室 创办主任、学术委员会委员；
《$\text{Materials Research Bulletin}$》（材料研究通报） 国际副主编 / 编委；
《$\text{Journal of Solid State Chemistry}$》（固体化学杂志） 国际编委；
《$\text{Journal of Nanoscience and Nanotechnology}$》（纳米科学与纳米技术杂志） 国际编委；
《中国科学：化学》、《无机化学学报》 等国内顶尖学术期刊编委 / 副主编。

2. 重要社会与学术兼职

第十一、十二、十三届全国政协 委员；
国务院学位委员会第六、七届化学学科评议组 成员；
中国化学会 理事、常务理事、原副秘书长；
吉林省科学技术协会 主席；
吉林省化学会 理事长；
国际溶剂热与水热化学协会（$\text{ISHA}$）国际主席（曾任）。

六、个人风格与格言

冯守华院士治学严谨、务实求真，具有极强的学术定力和战略眼光。他在徐如人院士等老一代大师的指引下，开启了我国无机固体水热合成学科在荒芜中的探索。冯守华极为推崇团队实干作风，他提出的“埋头苦干，不图虚名；奉献科学，端正学风；相互配合，形成团队；不断积累，锐意创新”的 $32$ 字科学方针，成为了吉林大学无机重点实验室长盛不衰的文化基石。他倡导在显微级的原子尺度上操纵、组装具有“温度与温情”的新材料，坚决反对急功近利的学术投机，为我国培养了大批活跃于无机合成前沿的优秀中青年学者。

其代表性治学与科学格言如下：

“无机合成和材料化学的研究，就像是在微观的原子和分子世界中用‘水热之手’去编织多姿多彩的晶格。做学问要耐得住清冷，不能总盯着当下的热点，唯有在千百次的材料缺陷和晶体演变中积累坚韧，才能开辟出属于我们自己的无机晶体范式。”
“科技创新是一代代人的接力，要想跑好我们这一棒，就必须踏踏实实地在祖国大地上打深地基。把冷冰冰的晶格、无机纳米链，熔铸成支撑我国半导体器件与新能源安全的硬核装备，才不负一个科研人、一个教师的终身本职。”

七、参考文献

李洪钟（化学工程与流态化）院士｜我国气固流态化散式化理论与介科学的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李洪钟（化学工程与流态化）院士｜我国气固流态化散式化理论与介科学的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李洪钟（Hongzhong Li）
生卒年月：$1941$ 年 $1$ 月 $21$ 日出生于山西昔阳
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2005$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：气固流态化、非流态化气固两相流、介尺度结构与传递理论、过程工程、粘性粉体流态化强化

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李洪钟院士长期致力于化学工程和多相流流态化基础理论与工业应用研究。他聚焦于气固流化床反应器中气体与固体颗粒接触的微观和介尺度物理机制，致力于攻克气固流态化过程中由于颗粒聚团、气泡生成带来的流动不均匀性及反应效率低下等关键工程科学瓶颈。他提出并发展了非流态化气固两相流理论、气固流态化的散式化理论与方法，并在介尺度结构预测、气固流化床结构传递关系以及高性能流化床工业放大等领域开展了系统性的奠基性工作。

2. 标志性成果

气固流态化的散式化理论与物理化学调控方法：在传统的工业流化床反应器中，颗粒物料由于受到分子间引力和静电力作用，容易聚集成团，进而诱发气泡的生成（即“聚式流态化”），这会导致气固接触质量恶化和催化效率大幅下降。李洪钟在国际上率先系统阐明并发展了气固流态化的“散式化”理论，提出了通过调控颗粒间作用力来抑制气泡和聚团生长的物理化学调控机制。他设计了颗粒与添加组分设计、流体设计、外力场设计以及新型反应器内构件等多种手段，促使流态化系统由非均匀聚式向均匀的散式转变。李洪钟主持完成的“气固流态化的散式化理论与方法”项目荣获 $1999$ 年中国科学院自然科学奖一等奖。
非流态化气固两相流与移动床传递理论：在工业重质催化裂化等移动床反应器中，高密相的非流态化气固两相流动常常存在架拱、串气以及流率波动等不稳定现象。李洪钟将多相流基本原理与颗粒介质散料力学深度融合，率先提出“气固相互作用中，颗粒群体内的气固间曳力与重力相似，具有体积力特性”这一全新物理假说。他据此推导并构建了非流态化移动床等体系的气固两相流动方程组，完美解析了移动床内部的压力分布与固体流动阻力。该研究成果“移动床气固两相流理论及应用”项目荣获 $1997$ 年中国科学院自然科学院二等奖。
粘性粉体流态化强化技术与多项工业应用：李洪钟积极推动国家重大工业示范，攻克了粘性微纳粉体流态化难、放大效应显著的工程瓶颈。他不仅利用自主研发的光纤微观摄像探头在国际上首次直观证实了快速流化床中“颗粒聚团”的客观存在，还建立了多种气动排料阀（如溢流管、$L$ 阀等）的动力学方程。这些成果被成功应用于与中信钛业、云南锰业等企业的合作中，开发并运行了“$20$ 万吨/年软锰矿低温高效流态化还原技术示范工程”，成功解决了冶金、石油化工领域核心反应器的工程工艺难题。其联合申报的项目“粘性粉体流态化过程强化与放大技术”荣获 $2019$ 年度国家技术发明奖二等奖。

3. 学术地位与影响

李洪钟院士是我国化学工程与气固流态化研究的领军学者之一。他秉承并系统发展了我国流态化科学奠基人郭慕孙院士的学术思想，将流态化理论从传统的定性宏观工程学深入发展至具有微观、介尺度量化预测能力的物理化学和过程工程学。他是英国皇家化学会会士、中国化学会首批会士，多次应邀在国际流态化会议上做重要报告。他主导的一系列理论与应用成果，使我国在散式流态化调控与微细粉体工业化流化装备设计等前沿领域占有了极具代表性的国际学术地位。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1960.09 - 1965.07$：太原理工大学（原太原工学院）化学工程系基本有机合成专业，本科毕业获学士学位
$1978.10 - 1981.06$：中国科学技术大学研究生院（中科院化工冶金研究所联合培养），化学工程专业，获工学硕士学位（导师：郭慕孙院士等）
$1982.02 - 1986.06$：中国科学院化工冶金研究所（现过程工程研究所），化学工程专业，在职博士研究生毕业获工学博士学位（导师：郭慕孙院士）

2. 工作履历

$1965.08 - 1978.10$：中国科学院山西煤炭化学研究所，历任研究实习员、助理研究员
$1986.06 - 1986.11$：中国科学院化工冶金研究所，助理研究员
$1986.11 - 1988.11$：加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）化学工程系，博士后/客座研究员
$1988.11 - 2019$：中国科学院过程工程研究所（原化工冶金研究所），历任助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师、课题组组长、所学术委员会主任、多相反应实验室副主任、副所长、党委书记
$2019 - 至今$：中国科学院过程工程研究所，退休教授（仍坚持指导研究生与企业一线科研服务）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：
- 国家技术发明奖二等奖（$2019$ 年度，第二完成人，获奖项目：“粘性粉体流态化过程强化与放大技术”）
- 国家发明三等奖（$1979$ 年，主要完成人，获奖项目：“气控式多层流态化床及其在净化气体中的应用”）
- 全国科学大会奖（$1978$ 年，主要完成人，获奖项目：“固体粒子密相输送小型流态化双反应器”）
中科院与部委级重大奖项：
- 中国科学院自然科学奖一等奖（$1999$ 年，第一完成人，获奖项目：“气固流态化的散式化理论与方法”）
- 中国科学院自然科学奖二等奖（$1997$ 年，第一完成人，获奖项目：“移动床气固两相流理论及应用”）
- 中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖（共 $3$ 项，主要完成人）
- 中国颗粒学会技术发明奖一等奖（$2018$ 年度，第二完成人）

2. 国际荣誉

学术会士称号：
- 英国皇家化学会会士（FRSC）
- 中国化学会首批会士（FCCS）
国际会议奖项：
- 获第十届国际流态化床燃烧会议（SFBC）最佳论文奖（$1989$ 年，旧金山）

3. 其他重要荣誉

$1992$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

副主编职务：曾任《化工冶金》（现《过程工程学报》）副主编
编委与编委会主任：曾任《中国粉体技术》编委会主任，《燃料化学学报》编委

2. 重要社会与学术兼职

学术团体职务：
- 中国颗粒学会前副理事长、对外工作委员会主任
- 中国化工学会常务理事、流态化专业委员会主任
- 中国力学学会多相流专业组成员
重点平台与评审机构：
- 中国科学院过程工程研究所学术委员会主任、多相复杂系统国家重点实验室（现介科学与工程全国重点实验室）学术委员会副主任
- 国家自然科学基金委员会化学科学部专家评审组成员、国家杰出青年科学基金评审委员会委员、国家科学技术奖评审专家

六. 个人风格与格言

李洪钟院士始终坚持老一辈科学家的“实践出真知”学术作风。面对科研生涯中的挑战和后辈的成长，他常用十六字人生信条勉励自己与学生：

“聪明出自勤奋，真知源于实践。”

面对国家对高层次人才和技术卡脖子问题的需求，他时刻叮嘱科研工作者，做研究必须下真功夫、到一线去解决真问题：

“担国家之任，则尽为国之力；处队伍之前，则登险峻之峰。要把学问写在祖国的大地上，流态化科研人员只有多跑钢厂、化工厂和矿山一线，把实验室里抽象的介尺度模型转化为工业装置中的安全生产效率，才不辜负国家与人民的重托。”

七. 参考文献

中国科学院学部与院士 - 院士信息（李洪钟）
中国化学会会士介绍页 - 李洪钟
中国科学院过程工程研究所院士专家栏目 - 李洪钟简介
邹正, 闫冬, 古爱学, 刘伟. 颗粒间的智慧：化学工程专家李洪钟院士的流态化人生

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. 工程研究, 2024, 16(4): 451-461.
科学网新闻报道 - 什么时候起步都不晚，他37岁才决定考研（李洪钟院士专访）

江明（高分子物理化学与大分子自组装）院士｜我国大分子自组装领域的开拓者之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

江明（高分子物理化学与大分子自组装）院士｜我国大分子自组装领域的开拓者之一

一. 基础信息概览

姓名：江明（Ming Jiang）
生卒年月：1938年8月生
出生地点：江苏扬州
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2005年当选为中国科学院院士
主要研究领域：高分子物理化学、大分子自组装、多组分聚合物、高分子间相互作用与多尺度相结构

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

江明院士长期致力于高分子物理化学、多组分聚合物以及大分子自组装的前沿基础研究。他聚焦高分子体系中的特殊相互作用（如氢键、主客体识别、静电作用等），深入探索高分子链在稀溶液中的折叠规律、聚合物共混体系的相容性与络合行为，以及由此驱动的自组装机制。他是大分子自组装领域的国际领军学者，系统构建并丰富了大分子可控自组装的理论与方法体系。

2. 标志性成果

首创大分子自组装的“非嵌段共聚物路线” 针对国际上长期局限于利用嵌段共聚物进行自组装、且过程难以控制和效率低下的科学难题，江明院士在国际上率先提出了非嵌段共聚物组装形成非共价键连接的聚合物胶束（NCCM，$\text{Non-Covalently}\ \text{Connected}\ \text{Micelles}$）和空心球的新概念。该体系将相互作用局域化驱动自组装的原理推广到均聚物、无规共聚物以及生物大分子领域，打破了传统高分子胶束化必须依赖特定嵌段共聚物合成的局限，形成了极具原创性的“非嵌段共聚物路线”（被国际同行誉为“江路线”，其早期论文被称为这一领域的“种子”）。这一标志性成果荣获2011年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
聚合物链在稀溶液中的折叠和组装规律阐明 与合作者深入探索了超稀溶液中单根聚合物链的构象及其折叠、组装的基本物理化学规律。该项研究从微观上揭示了大分子链在特定外界物理化学信号诱导下发生构象转变的动力学及热力学本质，为构筑具有多尺度空腔的聚合物纳米结构提供了关键的物理基础，相关项目荣获2003年度国家自然科学奖二等奖。
高分子共混物“不相容－相容－络合转变”理论的提出 在高分子间可控氢键相互作用导致的增容和络合方面，江明院士提出并证实了通过可控引入分子间特定非共价作用，可实现高分子体系在“不相容－相容－络合”状态之间转变的核心概念。他系统研究了嵌段共聚物/均聚物相容性的链构造效应，并建立了高分子共混物的密度梯度模型，显著拓宽了高分子合金物理化学的学术边界。

3. 学术地位与影响

江明院士是我国高分子物理化学和大分子自组装研究方向的重要奠基人。他主编了国内该领域第一本全面系统介绍最新成果的专著《大分子自组装》，系统夯实了我国高分子科学研究的人才和理论基石。江明院士在国际学术期刊上发表学术论文 $280$ 余篇。2010年，他在第43届IUPAC世界高分子大会上就“大分子自组装的新路线”做大会报告。鉴于其在高分子基础研究领域的突出贡献，他于2009年当选为 英国皇家化学会会士（FRSC），并荣获中国化学会高分子基础研究王葆仁奖以及中国化学会化学贡献奖等顶尖行业荣誉。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1955年09月 - 1960年07月：复旦大学化学系高分子专业，学习并毕业（期间于1958年起提前留校并协助创建复旦大学高分子学科，后于1960年正式毕业）。
1979年04月 - 1981年04月：英国利物浦大学（University of Liverpool）化学系，作为改革开放后首批派出的访问学者赴英进修，从事多组分聚合物研究。

2. 工作履历

1958年 - 1983年：复旦大学化学系，历任助教、讲师、副教授。
1983年 - 1993年：复旦大学材料科学系，担任副教授、教授。
1993年 - 2018年11月：复旦大学高分子科学系，担任教授、博士生导师（历任高分子科学研究所所长，聚合物分子工程教育部重点实验室第一届学术委员会主任）。
1990年代：代表中国化学会参与国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）高分子委员会。
2018年11月：从复旦大学正式退休。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2011年：项目“大分子自组装的新路线及其运用”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人，于2012年颁发）。
2003年：项目“聚合物链在稀溶液中的折叠和组装”获 国家自然科学奖二等奖（第二完成人）。

2. 国际荣誉

2009年：当选为 英国皇家化学会会士（FRSC）。

3. 其他重要荣誉

2016年：荣获第五届 “中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖”。
1987年：荣获第一届 “中国化学会高分子基础研究王葆仁奖”。
2011年：荣获第八届 “复旦大学校长奖”。
1996年：项目“大分子间特定相互作用、相容性及大分子络合物的研究”获国家教委科技进步奖一等奖（第一完成人）。
1989年：获国家教委科技进步奖二等奖。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

曾任《高等学校化学学报》副主编。
曾任《高分子学报》《功能高分子学报》《应用化学》编委。
长期担任《Polymer Journal》及《Macromolecular Research》等国际知名学术期刊顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

曾任中国化学会高分子委员会副主任、中国化学会理事。
曾任教育部聚合物分子工程重点实验室学术委员会主任。
1990年代曾担任中国化学会代表派驻IUPAC高分子委员会。

六. 个人风格与格言

江明院士治学严谨、崇尚独立思考与科学诚信。他常对学生强调，研究数据是科研的生命线，绝不可有半点虚假。他多次自豪地指出，他的核心科研工作全是在国内自主完成，是真正带有中国标记的“中国制造”原创科学。

在谈到科学选题与学术诚信时，他坚持以下信条：

“科学研究没有国界，但科学成果是有国籍的。我始终感到欣慰的是，我们的‘非嵌段共聚物路线’和NCCM相关的创新工作，都是在国内建立的实验室内独立完成并推向世界的。” “我做科研不赶时髦，潜下心来做研究，不断在已有基础上与时俱进。做学问首先要有严谨诚实的态度，在实验记录里哪怕记错了一个数据，也不可以直接用橡皮擦掉，而应该斜线划去在旁边写上正确的，这才是最基础、也是最神圣的科研自律。”

他极为重视对青年后昆的培养，将“继承前贤，激励后昆”作为毕生的精神寄托。他提倡平等讨论和严苛的学术质量关，培养了大批活跃在国际大分子及超分子材料前沿的领军中坚。

七. 参考文献

中国科学院学部与院士. 化学部：江明. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200906/t20090624_1802277.html
中国化学会会士名录. 会士介绍：江明. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/83554.html
复旦大学高分子科学系. 江明陈道勇姚萍教授研究成果获2011年国家自然科学奖二等奖. https://meplab.fudan.edu.cn/ef/73/c24109a257907/page.htm
国家科学技术奖励工作办公室. 2011年度国家自然科学奖获奖项目公示. https://www.most.gov.cn/cxfw/kjjlcx/kjjl2011/201202/t20120228_92735.html
复旦大学陈国颂-江明课题组. 祝贺江明院士80华诞专辑出版. https://chenjiang.fudan.edu.cn/02/8b/c48366a721547/page.htm

陈懿（物理化学与多相催化）中国科学院院士｜我国金属氧化物催化剂“嵌入模型”奠基人与介观催化学科倡导者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈懿（物理化学与多相催化）中国科学院院士｜我国金属氧化物催化剂“嵌入模型”奠基人与介观催化学科倡导者

一、基础信息概览

姓名：陈懿（Chen Yi）
生卒年月：$1933$ 年 $4$ 月 $11$ 日生，籍贯福建福州。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2005$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：物理化学、多相催化、介观化学、纳米多孔材料与多维超细非晶态合金。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈懿院士长期致力于物理化学、多相催化和介观化学等领域的基础和应用前沿研究。他的科学探索立足于金属氧化物催化剂与载体之间的界面物理化学相互作用、超细非晶态合金催化剂的液相和固相制备机理，以及介观尺度多相催化体系的构筑。他最早系统探明了过渡金属氧化物在 $\gamma\text{-Al}_2\text{O}_3$、$\text{TiO}_2$、$\text{ZrO}_2$ 等主流无机氧化物载体表面的高度分散行为。作为我国“介观化学”概念的重要倡导者，他于南京大学牵头建立了我国高校首个介观化学重点实验室（现为教育部重点实验室），引领多相催化研究从宏观过渡到微观及介观多级尺度。

2. 标志性成果

金属氧化物催化剂“嵌入模型”（Incorporation Model）的提出与定量描述：
- 在多相催化领域，活性组元在载体表面的一单层分散规律是一项关键课题。陈懿院士系统探究了不同价型过渡金属氧化物（如 $\text{MoO}_3$、$\text{CuO}$、$\text{NiO}$ 等）在常见氧化物载体上的分散状态。
- 他创造性地提出了“嵌入模型”（$\text{Incorporation Model}$），定量且准确地描述了被分散物种的本征物理化学性质与载体表面特殊晶面结构的内在关联。该模型打破了传统唯象模型的局限，成功解决了多晶固体表面上由于晶格空位以及特定阴离子所产生屏蔽效应的定量计算难题，为工业催化剂的理性设计和精密调控提供了坚实的理论指导。
超细非晶态合金催化剂反应机理阐明与制备工艺革新：
- 非晶态合金由于其长程无序、短程有序的原子排列和极高的活性配位数，是优异的催化剂材料。陈懿院士团队深入阐明了在溶液反应中，化学还原法合成非晶态 $\text{Ni-B}$ 合金超细粒子的微纳动力学与形成机理。
- 团队首次发现了液相反应中制备 $\text{Ni-P}$ 合金粒子的“自催化”本质。以此为依据改进了溶液沸点附近的传统回流加热制备方法，极大提升了非晶态催化剂的结构均匀性与比表面积。
- 针对极易水解而难以在水溶液中高纯合成的铁基类金属非晶合金体系，他提出了“室温固相化学反应”合成路线。该路线成功避开了剧烈的水解反应，成功获得了类金属（$\text{Metalloid}$）元素含量高的 $\text{Fe-B}$ 超细非晶合金。
纳米复合氧化物制备与低维金属氮化物研究：
- 纳米尺度催化体系的核心在于探明活性晶格氧的流动性。陈懿团队系统制备了系列高度可控的纳米复合氧化物，并定量关联了粒子尺寸（$\text{Particle Size}$）、晶格氧活动性与催化选择性之间的规律。
- 此外，他在多维低维纳米金属氮化物的可控制备及其场发射（$\text{Field Emission}$）物理性能领域取得了一系列进展，极大拓宽了催化材料在多功能光电领域应用的外延。
物理化学教材经典建设与学科体系编撰：
- 在教书育人与教材编写方面，陈懿院士做出了不可磨灭的贡献。他与傅献彩教授等共同主编的《物理化学》及《物理化学简明教程》（自 $1961$ 年起出版第一版，后续修订版一直沿用至今），是我国高校化学专业使用最广泛、影响力最深远的物理化学“国家级规划教材”，哺育了我国几代化学科研与教学骨干人才。
- 此外，他系统主持编纂了《中国大百科全书·化学卷》中“穆斯堡尔谱学（$\text{M\ddot{o}ssbauer Spectroscopy}$）”等核心基础条目，为我国近代结构物理化学的理论框架建设奠定了基础。

3. 学术地位与影响

陈懿院士是我国物理化学和多相催化领域的泰斗级学者之一，同时也是推动高校科研服务于石油化工产业应用的先驱者。他提出的催化剂嵌入模型在国际表面催化学术界享有盛誉，其发表的 $400$ 余篇学术论文及专利成果在国际化学界被广泛引用。他在 $2001$ 年牵头组建的南京大学介观化学教育部重点实验室，首次将介观科学理念贯彻到多相催化、软物质及先进无机材料中，并于 $2007$ 年组建“南京大学-上海石油化工研究院联合实验室”，开创了高水平研究型大学与国家石化支柱企业合作研发的新范式。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1951$ 年 $01$ 月－$1955$ 年 $08$ 月：南京大学化学系胶体化学专业，获理学学士学位（毕业）。
$1979$ 年 $08$ 月－$1981$ 年 $01$ 月：美国威斯康星大学（$\text{University of Wisconsin}$）化工系，开展访问学者与讲师工作。

2. 工作履历

$2018$ 年 $08$ 月：从南京大学化学化工学院退休，后受聘为南京大学校务委员会顾问、校发展委员会顾问。
$2001$ 年 $11$ 月至今：南京大学介观化学教育部重点实验室学术委员会主任（曾任实验室主任）。
$1996$ 年 $02$ 月－$1997$ 年 $04$ 月：南京大学代校长。
$1988$ 年 $10$ 月－$1996$ 年 $02$ 月：南京大学副校长、常务副校长，化学化工学院教授。
$1985$ 年 $05$ 月－$1988$ 年 $10$ 月：南京大学化学系系主任、教授。
$1981$ 年 $01$ 月－$1985$ 年 $05$ 月：南京大学化学系，副教授、教授。
$1955$ 年 $09$ 月－$1979$ 年 $07$ 月：南京大学化学系，助教、讲师（毕业后长期留校任教）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与行业顶尖奖项

中国化学会催化委员会“中国催化成就奖”（$2014$ 年，我国催化领域的最高学术荣誉）；
全国科学大会奖（$1978$ 年，作为主要完成人）；
中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖（$2017$ 年）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

全国优秀科技工作者（$1997$ 年）；
中国化学会会士；
省部级科技成果奖及科技进步奖九项。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

介观化学教育部重点实验室 学术委员会主任；
《$\text{Journal of Catalysis}$》编委（$2000$ 年－$2005$ 年）；
《催化学报》、《物理化学学报》 等国内重要学术期刊编委及顾问。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会 理事长（$1995$ 年－$1998$ 年）；
国际催化协会（$\text{IACS}$）理事（$1988$ 年－$1996$ 年）；
教育部高等学校化学教学指导委员会 主任（$1995$ 年－$2000$ 年）；
国务院学位委员会第三、四届化学学科评议组 成员、召集人（$1992$ 年－$2002$ 年）；
“固体表面物理化学”等四个国家重点实验室 学术委员会委员。

六、个人风格与格言

陈懿院士温润谦和，在南京大学乃至全国化学教育界素有“严谨求实、立德树人”的崇高声誉。作为长期执掌南大行政与教学的战略管理者，他不仅在基础教育中倾注了大量心血，主讲多届《物理化学》本科生课程，更极为看重科教融合。他坚持“教学与科研并重”，主张在教材编写中融入最新的科学前沿。对待学生，他温雅宽仁，反对急功近利的短期行为，提倡在介观尺度上探求大千世界的变幻本质，为我国培养了一大批活跃在催化及功能材料前沿的优秀青年学者。

其代表性科学治学格言如下：

“教学没有科研做背景，教学就没有深度，成不了高水平的大学教师；而科研如果没有教学来延伸，科学的探索就无法传承，无法形成生生不息的学术学派。”
“在介观这个奇妙的尺度上，我们不仅要保持显微级别的细致探洞，更需要有一种统摄宏微的宏大视野。不管是做人还是做学问，都要能在多变和纷繁中坚守那份最本真的坚韧与求实。”

七、参考文献

麻生明（有机化学与联烯化学）院士｜我国金属参与联烯化学研究的开拓者与领跑者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

麻生明（有机化学与联烯化学）院士｜我国金属参与联烯化学研究的开拓者与领跑者

一. 基础信息概览

姓名：麻生明（Shengming Ma）
生卒年月：$1965$ 年 $5$ 日出生于浙江省东阳市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2005$ 年当选为中国科学院院士（$2008$ 年当选为世界科学院院士）
主要研究领域：有机合成化学、金属有机化学、联烯及其类似物化学、不对称催化与合成、有氧氧化反应

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

麻生明院士长期致力于金属参与不饱和烃（特别是联烯、炔烃和烯烃）的选择性反应和过渡金属催化的交叉前沿研究，是我国和国际金属参与联烯化学领域的奠基人与学术带头人。他聚焦于攻克传统不饱和烃分子在多活性位点及多反应路径下活性难控、立体化学和区域选择性不明确的经典科学瓶颈。他通过创新的过渡金属配位催化策略、微观配体定向调控及多组分协同反应，系统性阐明了联烯上三个碳原子的差异化反应模式与电子转移规律，打通了手性联烯高效构建与功能分子定向合成的反应链条。

2. 标志性成果

金属参与的联烯化学中的选择性调控（联烯反应性的重构与突破）：在有机化学中，联烯是一类具有累积双键特殊结构的活性不饱和烃。长期以来，因其极易在金属催化下产生复杂的副反应、聚合反应而具有活性难以控制的特点，阻碍了其作为基础原料的应用。麻生明系统性开展了金属参与的联烯选择性反应研究，发明了缺电子联烯的氢卤化反应，成功建立了高效制备 $\beta$-卤代-$\beta,\gamma$-不饱和酮、酯和砜类化合物的立体选择性合成路径。通过官能团化联烯的多组分偶联关环反应，成功实现了两种不同联烯的交叉偶联与手征性的高比例转移，突破了学术界公认的“选择性控制”死角。该成果“金属参与的联烯化学中的选择性调控”荣获 $2006$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
手性联烯的不对称合成及轴手性诱导控制（手性膦配体的创制）：针对具有三碳轴手性的多取代联烯在不对称构建中面临的极高立体化学调控挑战，麻生明在国际上率先设计出了一系列高立体选择性的过渡金属催化偶联及环化反应。他通过创制和开发高效的手性膦配体（如 $\text{ECNUPhos}$、$\text{Ming-Phos}$ 等），在钯（$\text{Pd}$）、铜（$\text{Cu}$）、金（$\text{Au}$）等过渡金属催化剂下，实现了炔丙醇衍生物、烯炔及多取代不饱和底物的不对称胺化、膦化及芳基化。这些方法实现了大于 $95%$ 的对映体过量值（$\text{ee}$ 值），为轴手性、面手性以及复杂杂环天然产物的不对称分子库构建奠定了普适的方法学。
以不饱和烃为基础的原子经济性反应与过渡金属催化的有氧氧化：韩布兴院士与麻生明等人在绿色化学领域共同积极倡导原子经济性反应设计。他团队设计出温和且具有高度普适性的无机/有机有氧氧化催化体系（如新型铁/$\text{TEMPO}$ 催化体系，创造性使用食盐作为关键添加剂），成功在室温温和条件下实现了醇类、胺类底物分子的高效催化转化，生成对应的醛、酮或羧酸。此外，他在过渡金属（镍 $\text{Ni}$、钯 $\text{Pd}$）的 $1,4$-迁移以及新型活性金属卡宾的温和生成方法学领域也取得了诸多原创立论，显著拓宽了过渡金属催化绿色合成反应的外延。

3. 学术地位与影响

麻生明院士是国际联烯化学领域的领军学者，也是使我国金属有机和不对称催化走向世界一流前沿的核心力量。因其在联烯化学及不对称合成领域的突破，他先后受邀在十余次国际学术大会（如 $\text{IUPAC}$，$\text{OMCOS}$ 等）上作邀请报告，并于 $2005$ 年荣获每两年在国际金属有机领域评选一次的 “$\text{OMCOS Springer Award}$”（即金属有机领域青年科学家奖）。他至今在国内外主流期刊（如 JACS, Angew. Chem., Nat. Commun., Chem. Rev., Acc. Chem. Res. 等）公开发表正式学术论文 $400$ 余篇，被引次数达 $2 \times 10^4$ 次。他当选为世界科学院（$\text{TWAS}$）院士，确立了我国科学家在国际不对称轴手性控制和过渡金属绿色过程强化领域的学术地位与话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1982.09 - 1986.07$：杭州大学（现浙江大学）化学系化学专业，本科毕业获学士学位（导师：黄宪院士）
$1986.09 - 1988.12$：中国科学院上海有机化学研究所，研究生毕业获理学硕士学位（导师：陆熙炎院士）
$1988.12 - 1990.12$：中国科学院上海有机化学研究所，研究生毕业获理学博士学位（导师：陆熙炎院士，重点开展过渡金属催化的烯、炔反应研究）

2. 工作履历

$1990.12 - 1992.06$：中国科学院上海有机化学研究所，助理研究员
$1992.06 - 1992.09$：中国科学院上海有机化学研究所，副研究员（破格晋升）
$1992.09 - 1993.10$：瑞士苏黎世联邦理工大学（$\text{ETH Zurich}$）无机化学实验室，博士后研究员（导师：$\text{L. M. Venanzi}$ 教授）
$1993.10 - 1997.03$：美国普渡大学（$\text{Purdue University}$）化学系，博士后研究员（导师：根岸英一 $\text{Ei-ichi Negishi}$ 教授，$\text{2010}$ 年诺贝尔化学奖得主）
$1997.03 - 1997.09$：中国科学院上海有机化学研究所，副研究员
$1997.09 - 至今$：中国科学院上海有机化学研究所，研究员、博士生导师（其间曾长期担任金属有机化学国家重点实验室主任、学术委员会主任、特聘研究员）
$2003.02 - 2007.09$：浙江大学化学系，“长江学者奖励计划”特聘教授、博士生导师（双聘）
$2007.10 - 2014.08$：华东师范大学化学系，教授、博士生导师
$2014.09 - 至今$：复旦大学化学系，教授、博士生导师（在北大、复旦和上海有机所等一线高校科研平台持续耕耘至今）
$2006.01 - 至今$：香港中文大学化学系，兼职教授
$2005.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部，其当选时年仅 $40$ 岁，为当时我国化学部最年轻的院士之一）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2006$ 年度，第一完成人，获奖项目：“金属参与的联烯化学中的选择性调控”）
- 国家自然科学奖二等奖（$1999$ 年度，第二完成人，获奖项目：“以烯烃或炔烃衍生物为原料的合成方法学研究”，第一完成人为陆熙炎）
省部级科技最高奖：
- 上海市自然科学奖一等奖（$2010$ 年度，第一完成人）
- 上海市科技进步奖一等奖（$2004$ 年度，第一完成人）
- 第五届上海市自然科学牡丹奖（$2004$ 年度）
- 中国科学院自然科学奖一等奖（$1997$ 年度，第二完成人，项目涉及不饱和烃偶联方法学）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿大奖：
- 获 $\text{IUPAC}$ 金属有机化学会议“$\text{OMCOS Springer Award}$”（$2005$ 年度，该奖项由 Springer 赞助，授予金属有机领域的青年杰出学者）
- 获陈氏有机化学杰出青年奖（$\text{Mr. & Mrs. Sun Chan Memorial Award in Organic Chemistry}$，$2004$ 年度）
行业学术大奖：
- 中国化学会“黄耀曾金属有机化学奖”（$2008$ 年度，金属有机化学领域的国内顶级个人奖）
- 中国化学会“有机合成创造奖”（$2004$ 年度）

3. 其他重要荣誉

$1997$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$1999$ 年：荣获香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”
$1999$ 年：荣获中国科学院“青年科学家奖”一等奖
$1999$ 年：荣获“中国化学会青年化学奖”
$1999$ 年：荣获“中国科学院十大杰出青年”称号
$2007$ 年：荣获“上海市劳动模范”称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊与联合主编：
- 国际化学权威期刊《有机化学前沿》（Organic Chemistry Frontiers, RSC 旗下）创刊主编（Editor-in-Chief）
- 国内重要核心期刊《中国化学》（Chinese Journal of Chemistry）主编
学术顾问与编委：
- 曾任或现任国际一流化学期刊 Organometallics、Synthesis、Chemical Communications、European Journal of Organic Chemistry 等期刊的编委、顾问编委或国际学术顾问。

六. 个人风格与格言

麻生明院士治学严谨刚毅，对学术生态和原创性成果具有极其纯粹的坚持。面对科研生涯的选择与荣誉，他以“甘坐冷板凳”的求实品格见长。上世纪 $90$ 年代回国之初，在国际上几乎无人问津“联烯”这一反应极度难以预测和调控的“活性雷区”时，他毅然选择迎难而上。回首这段在分子迷宫中反复求索、将“冷门”捂热的二十载治学时光，他冷静且坚定地总结道：

“在学术研究上，我们不能一味地‘跟风’。如果别人做什么你也做什么，即便做出了一两篇文章，也没有给世界增加新的本质性知识。科研工作者应当有一种寻找‘禁区’的勇气和毅力，在别人不曾涉足或畏惧探索的‘禁区’里潜心耕耘。通过十年、二十年如一日的自律和坚守，你终能打破偏见、把冷板凳捂热，在世界科学的版图上留下我们中国人自己独一无二的规则和痕迹。”

面对年轻一代学子和实验室人才培养，他极力提倡动手实践、回归实验第一线：

“化学是一门在实验室里通过真刀真枪拼出来的实验科学。一个理论如果无法被成百上千次的实验反复重复、无法真正合成出实实在在的新物质，那就是空中楼阁。我希望年轻一代的化学工作者，在纷繁的名利面前能保持定力，专注属于你自己的‘研究舒适区’，努力将基础化学的合成价值，写在造福人类、绿色发展的现实中。”

七. 参考文献

宋礼成（金属有机与原子簇化学）院士｜我国铁硫属原子簇与氢化酶仿生化学的开拓者与奠基人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

宋礼成（金属有机与原子簇化学）院士｜我国铁硫属原子簇与氢化酶仿生化学的开拓者与奠基人

一. 基础信息概览

姓名：宋礼成 (Licheng Song / Li-Cheng Song)
生卒年月：$1937$ 年 $7$ 月出生于山东济南
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2007$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：金属有机化学、原子簇化学、氢化酶仿生化学、富勒烯化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

宋礼成院士长期致力于金属有机化学、原子簇化学、富勒烯化学以及天然氢化酶仿生化学的基础和应用研究。他聚焦于过渡金属原子簇化合物在微观分子结构设计、定向合成方法学，以及反应活性控制上的经典科学难题。他特别围绕多金属多硫属原子簇的电子结构和成键规律展开深入探索，在国际上较早地将原子簇化学与高效生物能量转换体系融合，致力于通过人工设计和构筑低成本、高选择性的氢化酶仿生分子模型，阐明其在光/电化学条件下催化质子还原产氢的物理化学特征，为推动清洁氢能发展与人工光合成提供了系统的微观反应机制。

2. 标志性成果

铁硫属原子簇合成新反应与“双等瓣/环化等瓣置换”理论突破（重构金属原子簇构筑范式）：在金属有机原子簇化学方向，宋礼成系统提出了合成铁硫（$\text{Fe-S}$）、铁硒（$\text{Fe-Se}$）、铁碲（$\text{Fe-Te}$）原子簇化合物的多种新试剂、新反应和新合成方法。他率先发现了“双蝶状铁硫络盐”的形成反应。在此基础上，他在国际上系统研究并提出了“双等瓣置换（$\text{double isolobal substitution}$）”及“环化等瓣置换（$\text{cyclization isolobal substitution}$）”反应，展示了合成桥连及大环四面体簇合物的新方法。这些方法的建立打破了多金属簇合物传统定向构筑在空间骨架上的物理瓶颈，为在分子水平设计复杂多核活性中心提供了全新的理论模型。
$\text{[FeFe]}\text{-}$、$\text{[NiFe]}\text{-}$ 和 $\text{[Fe]}\text{-}$氢化酶活性分子模型与高效光/电催化产氢（探索未来清洁氢能底座）：天然氢化酶（$\text{Hydrogenases}$）能够利用非贵金属铁、镍作为活性中心，在温和条件下高效催化质子还原产生氢气。宋礼成院士课题组在国际上系统开展了各类氢化酶仿生模型的化学合成。他们设计合成了一系列包含 $\text{[FeFe]}\text{-}$、$\text{[NiFe]}\text{-}$ 和 $\text{[Fe]}\text{-}$氢化酶活性中心的仿生分子模型，其中最具代表性的是成功制备出唯铁氢化酶的 “三铁三硫”（$\text{triiron trisulfur}$）分子模型物，以及含光敏剂卟啉环系的模型物。课题组系统探究了这些模型物在光/电化学条件下将质子（$\text{H}^+$）高效、低能耗还原成氢气（$\text{H}_2$）的催化动力学和热力学性质，为开发具有完全自主产权的新一代低成本、非贵金属仿生催化产氢剂奠定了扎实的物理化学基础。
富勒烯金属有机化合物的“松散”配体交换合成法（提升单一异构体产率）：富勒烯（如 $\text{C}_{60}$）由于具有独特的立体多面体大 $\pi$ 共轭结构，其官能团化以及与过渡金属配位往往面临异构体多、选择性差、纯化工艺繁琐的共性瓶颈。宋礼成在国际上率先提出了适于合成富勒烯金属有机化合物单一导构体的“松散（$\text{loose}$）配体交换法”。该方法通过调控过渡金属前驱体上弱配位（松散）配体的离去与富勒烯配位的动态热力学与动力学平衡，实现了对特定、单一构型富勒烯过渡金属配合物的高选择性、高收率合成，显著提升了这一复杂大分子有机金属体系的合成质控水平。

3. 学术地位与影响

宋礼成院士是我国金属有机化学与原子簇化学领域极具国际声誉的领军学者和重要奠基人。他于 $1989$ 年编写并出版了我国第一部《金属有机化学》教科书，该书荣获 $1999$ 年度国家级优秀图书奖，极大地推动了该学科在我国的体系化建设和青年人才培养。他至今在国内外顶级学术期刊（如 J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Organometallics、*Acc. Chem. Res.*等）上公开发表学术论文 $300$ 余篇。在上世纪末（$1998 - 1999$ 年），他连续两年在《$\text{SCI}$》系统收录论文数全国个人排名中位列第 $2$ 和第 $4$；按国际论文被他人引用次数统计，连续三年（$1998 - 2000$ 年）全国排名第 $1$ 和第 $2$。他的开创性工作在国际上显著确立了中国在过渡金属硫属原子簇和氢化酶仿生化学领域的学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1957.09 - 1962.07$：南开大学化学系，本科毕业获理学学士学位（其间在基础化学方向展现出卓越的领悟力，毕业后直接留校投身教学科研工作）

2. 工作履历

$1962.07 - 1986.04$：南开大学化学系，历任助教、讲师（甘坐冷板凳，在教学与基础科研第一线潜心耕耘达 $24$ 年之久）
$1979.10 - 1981.10$：美国麻省理工学院（$\text{MIT}$）化学系，访问学者（导师为著名有机金属化学家 $\text{D. Seyferth}$ 教授，期间系统接触了世界最前沿的金属有机和原子簇化学体系）
$1986.04 - 1988.11$：南开大学化学系，副教授
$1988.11 - 至今$：南开大学化学学院，教授（于 $1990$ 年起正式受聘为博士生导师，其中 $1995$ 年曾应邀赴美国哈佛大学化学系担任访问教授）
重点平台学术兼职：南开大学元素有机化学全国重点实验室学术委员会委员、中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室学术委员会委员（长期担任）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级优秀图书与教学奖项：
- 国家级优秀图书奖（$1999$ 年度，获奖专著：《金属有机化学》）
- 国家级优秀教学成果奖二等奖（$1993$ 年度，第一完成人，获奖项目：“金属有机化学课程建设和教材编写”）
省部部委级科技奖项：
- 天津市自然科学一等奖（$2013$ 年度，第一完成人，获奖项目：“氢化酶活性中心模型物及相关过渡金属簇合物化学研究”）
- 天津市自然科学一等奖（$2005$ 年度，第一完成人，获奖项目：“蝶状铁硫（硒、碲）簇合物及富勒烯金属有机化学研究”）
- 教育部科技进步（自然科学类）二等奖（$1999$ 年度，第一完成人，获奖项目：“铁、硒、碲金属有机及原子簇化学研究”）
- 国家教委科技进步（自然科学类）二等奖（$1993$ 年度，第一完成人）
- 国家教委科技进步（自然科学类）二等奖（$1989$ 年度，第一完成人，获奖项目：“过渡金属原子簇及金属有机化学”）
- 天津市优秀教学成果一等奖（$1993$ 年度，第一完成人）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术大奖：
- 荣获中国化学会第一届“黄耀曾金属有机化学奖”（$2004$ 年度，中国金属有机化学领域最高个人学术奖）
- 荣获中国化学会有机化学委员会“有机合成创造奖”（$2005$ 年度）

3. 其他重要荣誉

$1992$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家
$1998$ 年：荣获“天津市劳动模范”称号
$2007$ 年：正式当选为中国科学院院士（化学部）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际旗舰期刊国际编委：
- 曾担任美国化学会（$\text{ACS}$）金属有机化学旗舰期刊 Organometallics 国际编委（$1992 - 1997$ 年，为极少数担任该期刊早期编委的中国学者之一）
国内主流期刊编委：
- 长期担任《中国化学》（Chinese Journal of Chemistry）、《化学学报》（Acta Chimica Sinica）等多家物理化学和有机合成核心期刊的常务编委、顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 元素有机化学全国重点实验室（南开大学）学术委员会委员
- 金属有机化学国家重点实验室（中科院上海有机化学研究所）学术委员会委员
- 南开大学化学学院学术委员会常务委员

六. 个人风格与格言

宋礼成院士治学严谨执着、甘于寂寞、宠辱不惊。在 $42$ 岁远赴美国麻省理工学院（$\text{MIT}$）做访问学者之前，他曾担任了长达 $24$ 年的助教和讲师。这段在极其匮乏的物质和实验条件下默默打牢底座、厚积薄发的长跑岁月，塑就了他极其朴素、注重实验一线的纯粹学者品格。面对荣誉和新时期的研究方向，他常用极度平实理性的态度要求自己，不图虚名：

“院士是一个人在学术上的最高荣誉，但绝不是成就的最高点。我们做实验科学的，一辈子都不能脱离实验室的‘油盐酱醋’。科学研究是一项需要极高定力的事业。做学问要甘于寂寞，在别人看不见的等叶轨道和铁硫、铁硒微观原子簇结构里，去寻找最真实的成键规律和反应选择性。我虽然已过古稀之年，但感觉自己脑子还不迟钝，做科研的条件真正好起来也就这几年，能为国家在仿生能源上探出一条新路，我就应当多尽一份本分。”

在人才培养和南开化学的科学薪火传承上，他始终抱持着高度的热枕和教育家情怀：

“我是一个地地道道的南开人，在南开园里生活和工作了半个多世纪，最幸福的事就是乐见桃李天下。科学探索没有捷径。我们研究氢化酶仿生化学、设计并构筑‘三铁三硫’分子模型，不是为了单纯地在纸面上发表一两篇好看的文章，更重要的是要把我们的基础研究推向人类未来理想、绿色、廉价能源的延长线上。激发年轻一代的科学胆识和想象力，才是实现我国高水平科技自立自强的真正动力。”

七. 参考文献

柴之芳（放射化学与核技术交叉应用）院士｜首位获乔治·冯·赫维西奖并创建金属组学体系的放射化学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

柴之芳（放射化学与核技术交叉应用）院士｜首位获乔治·冯·赫维西奖并创建金属组学体系的放射化学家

模块一：基础信息概览

姓名：柴之芳（Zhifang Chai） [1]
生卒年月：$1942$年$9$月出生于上海，籍贯浙江鄞县，目前健在。 [2, 3]
所属学部：中国科学院化学部 [1]
当选年份：$2007$年正式当选为中国科学院院士 [1, 2]
主要研究领域：放射分析化学、核化学、金属组学、环境毒理与纳米安全性、放射医学 [1, 2]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

柴之芳长期致力于放射分析化学方法学、核技术及其在交叉学科中的应用研究 [1, 2]。他聚焦于核能化学、核分析方法的发展，并将其广泛应用于地球化学、宇宙化学、生命科学、环境科学和纳米生物效应等前沿交叉领域 [2]。近年来的研究重点拓展至放射医学、极端环境能源化学以及多尺度下的金属/类金属在生物体内的微观形态与毒理学演化规律 [2, 3]。

2. 标志性成果

创建并引领“金属组学”（$\text{Metallomics}$）学科体系：柴之芳在国际上率先系统阐述并积极推动“金属组学”这一新兴交叉学科在生命科学、环境科学和毒理学中的发展 [1, 2]。金属组学研究生物系统内所有金属/类金属的化学种态、丰度、空间分布及其与生物大分子的相互作用 [2]。他领导团队利用同步辐射和核分析技术，精细解析了重金属及纳米材料在生物体内、器官及细胞水平的吸收、转运、修饰和解毒机制，这一方法论极大地拓展了经典无机化学和生物化学的疆界，推动了国际金属组学研究的发展 [2, 4]。
建立铂族元素放射化学中子活化方法与分子中子活化分析（$\text{MNAA}$）：在固体、液固界面分子自组装领域开展了系统工作，建立了高灵敏、高选择性的铂族元素放射化学中子活化方法，测定了地质样品中极微量（$\text{ppb}$ 至 $\text{ppt}$ 量级）的铂族元素丰度特征，为白垩纪-第三纪（$\text{K-T}$ 地质界线）生物大灭绝事件等提供了关键的放射化学与地球化学证据 [2]。此外，他在若干重要元素的分子-中子活化分析（$\text{Molecular Neutron Activation Analysis, MNAA}$）领域开展了开拓性工作，实现了核分析技术由“元素定量”向“分子种态分析”的历史性转变 [2]。
开拓纳米材料的生物安全性与毒理学研究：面对纳米科技发展带来的安全挑战，柴之芳较早开展了纳米材料在生命体系和环境中的迁移、转化和毒理效应研究 [2]。他深入研究了二氧化钛（$\text{TiO}_2$）、碳纳米管、金纳米颗粒等在体内的蓄积、代谢行为及分子响应，阐明了纳米尺度材料的生物界面效应与毒性机制 [2]。这一先驱性工作不仅为纳米材料的安全设计（$\text{Safe-by-Design}$）奠定了坚实的基础，也斩获了$2012$年度国家自然科学奖二等奖 [2]。

3. 学术地位与影响

柴之芳是我国放射分析化学和核交叉科学领域的开拓者与奠基人之一 [2, 4]。$2005$年，他荣获国际核化学与放射分析化学领域的最高奖——乔治·冯·赫维西奖（$\text{George von Hevesy Award}$），成为该奖自$1968$年设立以来首位、且迄今唯一的中国（以及发展中国家）获奖人 [1, 2]。他在《Nature》及子刊、《Journal of the American Chemical Society》、《Chemical Society Reviews》、《Proceedings of the National Academy of Sciences》等国际顶尖学术期刊上发表高水平学术论文 $600$ 余篇，主编出版中英文专著 $10$ 余部 [1, 2]。他主持并起草了多项国家放射化学学科发展战略，填补了我国核技术应用及纳米安全性评估领域的诸多科学空白 [2, 4]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1959.09 – 1964.07：复旦大学原子能系（入校后不久因保密改称物理二系）放射化学专业，本科毕业 [3]

2. 工作履历

2012.06 至今：苏州大学医学部放射医学与防护学院院长、放射医学与交叉学科研究院院长，放射医学与辐射防护国家重点实验室主任 [5]
2018.10 至今：中国科学院宁波材料技术与工程研究所高安全能源技术与交叉科学中心，首席科学家 [3]
2007.12 至今：当选中国科学院院士，继续担任中国科学院高能物理研究所研究员 [1, 2]
1986.10 – 2007.12：中国科学院高能物理研究所，历任副研究员、研究员、多学科研究中心学术委员会主任 [1, 2]
1980.02 – 1982.02：德国科隆大学核化学研究所，德国亚历山大·洪堡基金会资助访问学者（$\text{Alexander von Humboldt Fellow}$） [1, 2]
1964.09 – 1980.01：中国原子能科学研究院（原中国原子能研究所），历任研究实习员、助理研究员（期间多次深入核爆炸试验现场，测量快中子谱等数据） [1, 3]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2012年：国家自然科学奖二等奖（项目：“纳米材料的生物效应及安全性研究”，排名第五） [2]
1983年：国家科技进步奖二等奖（项目：“京津渤区域环境综合研究”，排名第六） [2]
1978年：全国科学大会奖（项目：“某些核素的快中子激发曲线测量”，排名第四） [2]
1978年：全国科学大会奖（项目：“官厅水库水系保护的研究”，排名第三） [2]

2. 省部级与学术团体奖项

2023年：荣获中国化学会环境化学专业委员会“环境化学终身成就奖”（由于年满 $75$ 岁自动转为该奖） [5]
1991年：中国科学院自然科学奖一等奖（项目：“铂族元素丰度特征研究”，排名第一） [2]
1999年：中国科学院自然科学奖二等奖（项目：“若干重要元素的分子活化研究”，排名第五） [2]
1988年：中国科学院科技进步奖二等奖（项目：“核分析技术在环境监测中的应用”，排名第一） [2]

3. 国际荣誉

2005年：荣获国际放射分析化学和核化学领域最高奖——“乔治·冯·赫维西奖”（$\text{George von Hevesy Award}$，首位且迄今唯一获此殊荣的中国科学家） [1, 2]
1992年：荣获美国核学会个人奖（项目：“铱化学种态的分子活化研究”，排名第一） [2]
2009年：当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$） [2]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《Radiochimica Acta》：国际编委 [2]
《Metallomics》：国际编委 [2]
《Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry》：国际顾问编委 [2]
其他期刊：担任《中国科学》等 $10$ 余本国内重要学术刊物的编委或顾问 [2]。

2. 重要社会与学术兼职

重点实验室职务：苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室（江苏省首个省部共建国家重点实验室）主任 [5]
国际组织职务：国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）领衔委员（$\text{Titular Member}$）、国际放射分析化学与核化学学术委员会委员 [2]
学科战略推动者：主持编纂了《中国学科发展战略：放射化学》、国家大百科全书《中国大百科全书·核技术》卷主编 [4]
学术社团兼职：曾任中国核学会核化学与放射化学分会理事长、中国化学会环境化学专业委员会顾问委员 [2, 4]

模块六：个人风格与格言

柴之芳院士治学严谨而豁达，具有极其开阔的学术视野。面对 $20$ 世纪末至 $21$ 世纪初我国放射化学与核科学面临的经费短缺和人才流失，他主动协调、积极发声，通过组织基金委重大战略研讨会等方式，为我国放化学科的复兴和中青年人才梯度培养作出了不可磨灭的战略贡献 [4]。加入苏州大学后，他带领学校的放射医学学科实现跨越式发展，组建了该领域全国唯一的省部共建国家重点实验室，并极力倡导开展科普日活动，打破大众对“核”的盲目恐惧 [5]。他常勉励年轻人要在国家真正需要的地方“把冷板凳坐热” [3]。

治学格言：

“科研不是一件苦差事，而是一种乐趣。我们不仅要利用好现在的实验条件，更要面向国家重大战略需求和世界科学前沿，为学科的整体振兴和青年人才的成长甘做铺路石。” [3]

模块七：参考文献

[1] 中国科学院高能物理研究所（柴之芳院士介绍）. https://ihep.cas.cn/kydw/yszj/202312/t20231206_6906984.html [2] 浙江省数据驱动高安全能源材料及应用重点实验室（柴之芳院士介绍）. https://fine-lab.nimte.ac.cn/view-15552.html [3] 科学网报道（柴之芳院士：科研是一种乐趣）. https://www.corrdata.org.cn/dhTJDAOHANG/yjsd/gaoduanfangtan/2019-01-03/171551.html [4] MDPI专刊编辑致敬（In Honor of Professor Zhifang Chai）. https://www.mdpi.com/1420-3049/29/19/4627 [5] 科学网报道（柴之芳院士获“环境化学终身成就奖”）. https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/12/514196.shtm

段雪（资源化工与层状功能材料）中国科学院院士｜我国层状插层化学与产品工程领域的奠基人与水滑石材料产业化开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

段雪（资源化工与层状功能材料）中国科学院院士｜我国层状插层化学与产品工程领域的奠基人与水滑石材料产业化开拓者

一、基础信息概览

姓名：段雪（Xue Duan）
生卒年月：$1957$ 年 $1$ 月生，北京市人，籍贯北京。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2007$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：应用化学、化工资源有效利用、层状双氢氧化物（水滑石，$\text{LDHs}$）、无机超分子插层组装化学与产品工程。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

段雪院士长期致力于应用化学、多相催化、无机非金属功能材料、插层组装以及化工产品工程等方向的研究。他围绕层状与层柱结构无机功能材料，深度聚焦并攻克了两大核心科学及工程技术难题：一是以“产品性能导向”的插层结构设计，二是以“产品生产导向”的插层过程控制。针对阴离子型层状多金属功能材料（层状双氢氧化物，$\text{LDHs}$，俗称水滑石），他系统探索了其理性设计、超分子组装机制与晶体工程调控路径，在国际上提出了成核晶化分离等系列插层组装方法，构建并奠定了系统的“插层组装与产品工程”研究体系。

2. 标志性成果

“成核晶化分离”方法发明与大型水滑石材料产业化：
- 在传统的阴离子层状材料合成中，普遍面临着晶粒尺寸分布宽、结晶度差、宏量制备高能耗等瓶颈，难以满足工业精密化的应用要求。
- 针对此项技术难题，段雪院士在国际上首创了“成核晶化分离”（$\textit{Nucleation-crystallization separation}$）快速合成新方法，实现了高时空收率和水滑石材料形貌的分子级高精度调控。
- 其团队打破了国外的长期技术垄断，建设完成了我国首套并成为全球最大规模的合成水滑石工业生产装置。作为第一起草单位，他主持制定了我国合成水滑石及其测试分析方法等行业标准（$HG/T\text{ }3819\sim3820-2006$），实现了我国水滑石材料从无到有、从跟跑到领跑的跨越式发展。
新型结构镁基高抑烟阻燃剂与无铅超分子稳定剂创制：
- 高分子建筑材料和电线电缆对高效环保、低毒无卤抑烟型无机阻燃助剂有着极大的战略需求。段雪院士基于层状插层组装理论，设计研发出“系列新型结构镁基无卤高抑烟无机阻燃剂”。该阻燃剂能协同抑制高分子材料燃烧并大幅吸附阻隔有毒烟气，成果荣获 $2004$ 年度国家技术发明二等奖（第一完成人）。
- 在聚氯乙烯（$\text{PVC}$）无毒化改造方面，他创制出系列“超分子结构无铅热稳定剂”，从根本上解决了传统铅盐稳定剂在生产和使用中的高毒性重金属污染难题，成功实现了无铅化稳定剂的大规模替代，该成果荣获 $2009$ 年度国家技术发明二等奖（第三完成人）。
整体式溶解乙炔介孔吸附材料的国产化自主突围：
- 工业及国防领域广泛应用的易燃易爆乙炔气体，其安全稳定存储与运输一直是卡脖子的国家级安全难题。
- 在博士毕业初期，段雪院士毅然开展工业攻坚，利用水热合成原理和微介孔精密调控，历经十年，成功创制出“整体式溶解乙炔介孔吸附材料”。该工作攻克了多级介孔吸附体相材料在水热合成及整体化成型过程中的生产工艺难题，并在全国多家大型生产企业中实现稳定宏量化投产应用，彻底打破了西方对我国的技术封锁，为我国奠定了吸附材料领域的工程自主产权底座。

3. 学术地位与影响

段雪院士是国际层状插层化学与化工产品工程领域的战略领军学者。他所创立的“插层组装与产品工程”研究体系，打破了基础化学理论与工业实践之间的鸿沟，将层状材料的插层设计直接外延至千万吨级工业应用中。他主持创办并建设了北京化工大学“化工资源有效利用国家重点实验室”，发表包括《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Adv. Mater.}$》等在内的 $\text{SCI}$ 学术论文 $400$ 余篇，撰写出版了《无机超分子材料的插层组装化学》、《插层组装与功能材料》等多部具有重要学术启迪的专著，多年蝉联科睿唯安与爱思唯尔“高被引科学家”，显著提升了我国在无机化工、晶体工程及产品工程领域的国际学术话语权与产业链可控地位。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978$ 年 $03$ 月－$1982$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系高分子化学专业学习，获理学学士学位。
$1982$ 年 $09$ 月－$1984$ 年 $11$ 月：北京化工学院（现北京化工大学）化学工程系工业催化专业学习，获工学硕士学位（导师：朱红德教授等）。
$1985$ 年 $10$ 月－$1988$ 年 $05$ 月：北京化工学院化学工程系工业催化专业学习，获工学博士学位。

2. 工作履历

$2007$ 年 $11$ 月至今：北京化工大学教授、博士生导师（正式当选为中国科学院院士）。
$2003$ 年至今：化工资源有效利用国家重点实验室第一任主任（曾任）、学术委员会主任、常务副主任。
$2000$ 年 $08$ 月－$2005$ 年 $08$ 月：北京化工大学理学院应用化学系，受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。
$1997$ 年 $07$ 月至今：北京化工大学教授、博士生导师。
$1993$ 年 $01$ 月至今：北京化工大学（原北京化工学院）应用化学系研究员。
$1990$ 年 $01$ 月－$1993$ 年 $01$ 月：北京化工学院化学工程系应用化学教研室，副教授。
$1985$ 年 $09$ 月－$1990$ 年 $01$ 月：北京化工学院化学工程系，助教、讲师（博士就读期间留校任教，开始致力于层状功能材料研究）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级科技奖项

国家技术发明奖二等奖（$2009$ 年，获奖项目：“超分子结构无铅热稳定剂”，作为第三完成人）；
国家技术发明奖二等奖（$2004$ 年，获奖项目：“系列新型结构镁基无卤高抑烟无机阻燃剂”，作为第一完成人）；
国家科技进步奖二等奖（$2001$ 年，获奖项目：“新型结构层状及层柱型无机功能材料”，作为第一完成人）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

全国杰出专业技术人才（$2009$ 年）；
新中国化学工业 $60$ 年突出贡献奖（$2009$ 年，由中国石油和化学工业协会颁发）；
国家有突出贡献的中青年专家；
全国“五一”劳动奖章获得者；
国家杰出青年科学基金获得者（$1997$ 年）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；
科睿唯安全球高被引科学家 / 爱思唯尔中国高被引学者。

3. 省部级及其他重要荣誉

第二届中国青年科技奖（$1990$ 年）；
北京市科学技术进步一等奖（$2000$ 年，作为第一完成人）；
北京市科学技术一等奖（$2003$ 年，作为第二完成人）；
中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术期刊任职

国际著名学术专著丛书《$\text{Structure and Bonding}$》编委；
《$\text{Structure and Bonding}$》、香港《$\text{Inorganic Chemistry Communications}$》等重要学术刊物编委/国际顾问。

2. 重要社会与学术兼职

中国石油和化工联合会 副会长；
中国化学会 监事；
化工资源有效利用国家重点实验室 创办主任、学术委员会主任、常务副主任；
国务院学位委员会第六、七届化工学科评议组 成员；
中科院学术委员会基础前沿交叉领域专门委员会 委员；
国家安全生产专家组（化工组） 专家；
北京化工大学学术委员会 主任（曾任）。

六、个人风格与格言

段雪院士治学务实、笃行致远，在科研工作中极力强调基础物理化学理论同产业落地、国家命运的血脉交融。他经常深入车间一线，用自己的科研汗水实践着“经世致用”的理念。在教学与人才培养上，他主张在解决高难度的实际工业瓶颈中发现并提炼高端的基础科学问题。他常以自己的成长历程来告诫学子，只有真正掌握了核心的科学，才能实现独立和自由。

其代表性科学治学格言如下：

“在新能源和核心材料这些事关国计民生的硬科技战略领域，我们必须立足于独立自主。只有在基础研究中掌握核心工艺指标并实现原始创新，我们才能不被卡脖子，把生产线的主导权和学术的话语权牢牢掌握在自己手里。”
“科研最忌讳的就是投机。在科学未知的未知世界里，我们往往要在‘冷板凳’上一坐就是几年、甚至几十年。在无机超分子层状变化的多彩构架中，唯有抱定锲而不舍、不惧失败的求索精神，才能最终将一纸公式化为中国制造的宏大引擎。”

七、参考文献

高松（无机化学与分子磁性）中国科学院院士｜我国分子磁体研究的开拓者与多功能分子材料先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

高松（无机化学与分子磁性）中国科学院院士｜我国分子磁体研究的开拓者与多功能分子材料先驱

一、基础信息概览

姓名：高松（Gao Song）
生卒年月：$1964$ 年 $2$ 月生，籍贯安徽泗县，生于安徽泗县。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2007$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2013$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：无机化学、配位化学、分子磁性、分子纳米磁体、多功能分子晶体材料。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

高松院士长期致力于配位化学与分子磁性领域的基础与前沿交叉研究。其科学探索立足于如何通过理性的分子设计与精密合成，构筑具有期望物理特征及特定调控性能的新型磁性分子晶体材料。他致力于将分子设计合成方法同极低温度磁性质表征等多种物理手段深度融合，系统研究分子固体中磁性金属离子的相互作用、磁弛豫、自旋动态行为及磁有序等，解析它们与分子局域结构、对称性、晶格场环境及单离子各向异性等参数间的内在构效关系。攻克如何在分子水平上精确操控和调控磁矩的排列与取向这一核心难题，推动单分子/单链磁体在超高密度信息存储和分子级量子计算等前沿方向的应用外延。

2. 标志性成果

同核与异核单链磁体（SCMs）的系统构筑与弛豫动力学理论澄清：
- 在传统的体相磁体设计中，磁性通常依赖于三维长程有序排列。高松院士是国际上一维单链磁体（$\text{Single-Chain Magnets, SCMs}$）研究的先驱开拓者之一。
- 他与其合作者利用分子工程策略，通过精细调控有机桥联配体（如叠氮、羧酸及氰根等）的连接模式，构筑了系列具有自旋倾斜、强各向异性特征的一维同核及异核过渡金属共价配位链配合物。
- 他们系统观测并解析了这些一维磁性链在无三维磁有序温度之下的慢自旋弛豫行为，定量推导并明确了链内相关自旋的反转势能垒及自旋弛豫物理路径，为后续研制高工作温度和长弛豫寿命的分子基一维纳米磁性材料提供了经典的化学设计路线。
单离子磁体（SIMs）的各向异性化学调控与自旋操纵方法学建立：
- 针对高核过渡或稀土金属自旋团簇分子在提高自旋反转能垒上面临的合成化学及对称性失控瓶颈，高松团队在国际上提出了“基于特定对称性配位场和低配位环境，调控单离子强轴向磁各向异性”的研究新思路，成为单离子磁体（$\text{Single-Ion Magnets, SIMs}$）研究的关键推动者。
- 通过分子结构微调，他们通过化学手段精密操控过渡金属及稀土离子的局部结晶场，大幅度减弱或抑制了自旋的量子隧穿（$\text{QTM}$）效应。这一策略成功获得了多款各向异性阻碍能垒显著提升的单核单离子磁体，为探索和发展新型分子级磁存储器及高相干寿命的分子量子比特（$\text{Molecular Qubits}$）奠定了厚实的理论物证，其核心项目成果“磁性金属配合物的设计、结构与性质”荣获 $2006$ 年度国家自然科学二等奖（项目第一完成人）。
磁性纳米材料的构筑、缺陷调控与多功能化交叉应用：
- 除纯分子磁体外，高松院士积极推动磁性固体材料与多学科交叉应用的深度融合。他协同侯仰龙、马丁等教授开展了高性能磁性过渡金属/金属氧化物纳米材料的表面界面精密构筑与多维调控。
- 团队深入探究了纳米磁颗粒在低维尺度下的表面空位及缺陷对整体电子输运和自旋极化的约束机理，开发了多款集成高活性多相催化、生物诊疗（高对比磁共振成像）及高密度信息载录于一体的磁性多功能复合纳米材料体系，该项系统成果荣获 $2019$ 年度国家自然科学二等奖（项目第二完成人）。
稀土纳米材料的可控合成及构效规律系统性探索：
- 他与严纯华院士等团队开展深度合作，系统地将配位化学原理应用于稀土分子及稀土纳米材料的界面设计中。
- 项目组建立了多种新型低成本、低污染的稀土氧化物及氟化物纳米晶的非水相控制合成路线，探明了稀土纳米颗粒尺寸分布和晶面对其发光及磁性响应多级叠加规律。合作成果荣获 $2011$ 年度国家自然科学二等奖（项目第四完成人）。

3. 学术地位与影响

高松院士是我国分子磁体与多功能分子固体领域的标志性领军科学家和战略推动者。他于 $2007$ 年以 $43$ 岁的青年科学家身份顺利当选中国科学院化学部院士。他在包括《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Chem. Sci.}$》等国际顶级学术期刊发表论文 $450$ 余篇，被引用超过 $2.5$ 万次，自 $2014$ 年起连续多年入选科睿唯安与汤森路透全球“高被引科学家”名录。他作为大会主席，成功在北京组织并主持召开了第 $12$ 届国际分子基磁体会议（$\text{ICMM2010}$），这也是该领域最高水平的国际盛会举办二十余年来首次落户中国，有力巩固并提升了我国在分子纳米器件和自旋芯片物理材料领域的国际学术领跑地位。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1981$ 年 $09$ 月－$1985$ 年 $07$ 月：北京大学化学系化学专业，获理学学士学位。
$1985$ 年 $09$ 月－$1988$ 年 $07$ 月：北京大学化学系无机化学专业学习，获理学硕士学位。
$1988$ 年 $09$ 月－$1991$ 年 $07$ 月：北京大学化学系无机化学专业学习，获理学博士学位（导师：新中国稀土化学先驱、国家最高科学技术奖得主徐光宪院士，以及严纯华院士等）。
$1995$ 年 $05$ 月－$1997$ 年 $05$ 月：德国亚琛工业大学（RWTH Aachen）无机化学研究所，作为德国“洪堡学者”开展博士后合作研究。

2. 工作履历

$2026$ 年 $05$ 月至今：北京大学校长、党委副书记（第十四届全国人大常委，讲席教授，中国科学院院士）。
$2021$ 年 $11$ 月－$2026$ 年 $05$ 月：中山大学校长（副部长级）、党委副书记（其间：$2022$ 年起兼任化学与精细化工广东省实验室学术委员会主任）。
$2018$ 年 $10$ 月－$2021$ 年 $11$ 月：华南理工大学校长、党委副书记。
$2016$ 年 $06$ 月至今：中国科学技术协会第九届、十届、十一届全国委员会副主席（兼）。
$2013$ 年 $09$ 月－$2018$ 年 $10$ 月：北京大学副校长、常务副校长（正局级，其中 $2015$ 年 $07$ 月起兼任北京大学教务长）。
$2006$ 年 $01$ 月－$2010$ 年 $11$ 月：北京大学化学与分子工程学院院长、教授、博士生导师（其间：$2002$ 年受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授）。
$1992$ 年 $07$ 月－$2002$ 年 $12$ 月：北京大学化学与分子工程学院，历任副教授、教授（$1999$ 年晋升）、博士生导师。
$1988$ 年 $07$ 月－$1992$ 年 $07$ 月：北京大学化学系，历任助教、讲师（留校任教，投身于《普通化学》和《无机化学》的基础建设与实验研究）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级顶尖科技奖项

国家自然科学奖二等奖（$2006$ 年，获奖项目：“磁性金属配合物的设计、结构与性质”，作为第一完成人）；
国家自然科学奖二等奖（$2019$ 年，获奖项目：“磁性纳米材料构筑与多功能调控”，作为第二完成人）；
国家自然科学奖二等奖（$2011$ 年，获奖项目：“稀土纳米功能材料的可控合成、组装及构效关系研究”，作为第四完成人）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士（$2013$ 年当选）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）（$2007$ 年当选）；
中国青年科技奖（$2004$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2002$ 年）；
新世纪百千万人才工程国家级人选（$2004$ 年）。

3. 其他重磅行业及地方荣誉

何梁何利基金科学与技术进步奖（$2013$ 年）；
中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（$2014$ 年）；
庄长恭化学化工科学技术奖；
国家级优秀教学成果二等奖（$2009$ 年，主要完成人）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{Inorganic Chemistry Frontiers}$》（无机化学前沿，英国皇家化学会） 创刊主编（$2013$ 年至今）；
《$\text{National Science Review}$》（国家科学评论） 顾问编委及原副主编；
《$\text{Chemical Science}$》、《$\text{Accounts of Chemical Research}$》等国际顶级化学期刊顾问编委；
大型学术辞书《化学大辞典》（科学出版社，$\text{2018}$ 年版）主编；
北京分子科学国家研究中心 骨干召集人。

2. 重要社会与学术兼职

第十四届全国人民代表大会 常务委员会委员；
中国科学技术协会 全国委员会副主席（自 $2016$ 年第九届连任至今）；
中国化学会 荣誉会士、常务理事、副理事长（曾任）；
中国科学院化学部 咨询评议工作委员会委员、学部常委（曾任）；
国务院学位委员会第六、七届化学学科评议组 成员。

六、个人风格与格言

高松院士淡泊儒雅、温润自持，在我国高等教育界和北京大学师生群体中享有“谦逊实干、治学笃行”的极佳声誉。虽然年仅 $43$ 岁便高票当选中科院院士，但他自始至终对此保持着极致的冷静，公开呼吁“应该慢慢淡化院士的学术光环，它就是一个学术荣誉，任何炒作均不相宜”。对待科研与高等教育，他习惯于将其看作是一场追求极致、默默耕耘的“马拉松长跑”。在任职华南理工大学和中山大学期间，他分别首创了“新工科建设 F 计划”和“一体化拔尖创新人才培养体系”；在 2026 年重回北京大学担任校长后，他依旧坚定倡导全面推进“一体化教育科技人才融合”，致力于为国家输送引领未来的杰出帅才。

其代表性治学与科学格言如下：

“分子磁体的设计和组装，就像是在微观的原子世界里‘搭积木’。我们要不断打破旧有的晶格范式，去精细操控每一个分子的自旋与取向，方能在无形之中触及宏观磁学与量子计算的最前沿物理真理。”
“作为科学家，我们应当永远保持对未知世界的纯粹好奇心；而作为教师和教育管理者，我们的终身本职，是踏踏实实地在祖国大地上打深地基，用有温度的交叉教育和理性启迪，去培养那些能够跑好下一棒、引领未来的杰出人才。”

七、参考文献

包信和（纳米限域催化）院士｜提出纳米限域催化概念并引领煤基合成气绿色转化的物理化学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

包信和（纳米限域催化）院士｜提出纳米限域催化概念并引领煤基合成气绿色转化的物理化学家

模块一：基础信息概览

姓名：包信和（Xinhe Bao） [1, 2]
生卒年月：1959年8月26日出生于江苏省扬中市，目前健在。 [1, 2]
所属学部：中国科学院化学部 [1, 2]
当选年份：2009年正式当选为中国科学院院士 [1, 2]
主要研究领域：表面化学与催化、纳米限域催化、煤基合成气高效转化（一氧化碳 $\text{CO}$ 与氢气 $\text{H}_2$）、天然气与甲烷（$\text{CH}_4$）选择氧化 [1, 2]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

包信和长期致力于表面化学、多相催化基础理论及新型催化剂的创制研究 [1]。他聚焦于能源高效清洁转化过程中的核心科学问题，在国际上首次提出并系统建立了“纳米限域催化”基础理论，旨在从电子结构和三维空间构象的微观层面调控活性中心动力学特征，解决煤炭（合成气）、天然气（甲烷）以及低碳烷烃等在温和反应条件下高选择性转化的行业瓶颈 [1, 2]。

2. 标志性成果

创建并系统发展了“纳米限域催化”新概念：包信和带领研究团队历经二十余年系统探索，通过调控碳纳米管、二维晶体界面等微观限域空间中的催化剂能态，使化学反应活性和选择性获得精准控制 [2, 3]。该概念将学术界关于催化剂电子效应调控的认识，从传统的“表界面效应”推进到了“空间限域效应”，成为当今多相催化研究的热点和重要前沿方向 [3]。该重大理论突破荣获2020年度国家自然科学奖一等奖 [3]。
创制煤基合成气直接一步转化制低碳烯烃（$\text{OXZEO}$）新路线：针对费托（$\text{F-T}$）合成中选择性受限于经典阿德森-舒尔茨-弗洛里（$\text{ASF}$）热力学分布限制、且高耗水高耗能的百年世界性难题，包信和团队成功创制了由活性金属氧化物和分子筛（$\text{OX-ZEO}$）构成的双功能催化剂体系 [1]。该体系实现了在温和条件下，一步将合成气高选择性转化为低碳烯烃，烯烃单程选择性突破 $80%$，且反应过程完全不消耗水。这一颠覆性技术突破发表于《Science》并迅速进入产业示范阶段 [1]。
甲烷低温活化及次表层结构调变规律：发现并阐明了金属表面次表层氧对表层选择氧化的调变机制 [2]；通过创制 $\text{Mo/MCM-22}$ 等高效催化剂，在 $80^\circ\text{C}$ 及较低温条件下实现了甲烷（$\text{CH}_4$）直接芳构化制苯或高效氧化转化，大幅度提高了甲烷单程收率，为天然气的高效利用开辟了新途径 [2]。

3. 学术地位与影响

包信和是我国乃至国际催化化学领域的杰出领军人物之一 [1, 2]。他发表了 $700$ 余篇高水平学术论文，获授权专利 $200$ 余项，论文总引用数超过 $59,000$ 次 [1]。他提出的“纳米限域催化”理论获国家自然科学奖一等奖（该年度仅有两个项目获此殊荣），并于2017年获得国际催化界享有极高声誉的“Alwin Mittasch奖”（他是首位获此国际大奖的中国科学家） [1, 2]。他的系列工作不仅重塑了碳一（$\text{C1}$）化学的理论版图，更在我国煤炭清洁高效转化和“双碳”目标落实中发挥了关键的科技引领作用 [1, 3]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1982.09 – 1987.10：复旦大学化学系，物理化学专业，获理学博士学位 [1]
1978.09 – 1982.07：复旦大学化学系，高分子及物理化学专业，获理学学士学位 [1]

2. 工作履历

2024.10 至今：复旦大学教授、未来能源高等研究院院长，兼任中国科学技术大学碳中和研究院院长 [1]
2017.06 – 2024.10：中国科学技术大学，校长、党委副书记（任期七年，为科大校史上任期第三长的校长） [1, 4]
2015.09 – 2017.06：复旦大学，常务副校长（正局级） [1, 2]
2009.03 – 2014.05：中国科学院沈阳分院，院长 [2]
2000.08 – 2007.03：中国科学院大连化学物理研究所，所所长 [1, 2]
1995.07 至今：中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，研究员、博士生导师 [1, 2]
1991.07 – 1995.06：德国马克斯·普朗克学会 Fritz-Haber 研究所，访问学者 [2]
1989.12 – 1991.06：德国马克斯·普朗克学会 Fritz-Haber 研究所，博士后（德国亚历山大·洪堡基金会资助，Alexander von Humboldt Fellow） [2]
1987.08 – 1989.07：复旦大学化学系，讲师 [2]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2020年：国家自然科学奖一等奖（项目：“纳米限域催化”，排名第一） [3]
2005年：国家自然科学奖二等奖（项目：“甲烷和低碳烷烃催化活化与转化基础研究”，排名第一） [2]

2. 国际荣誉

2017年：德国催化学会“Alwin Mittasch奖”（首位获此殊荣的中国科学家） [1]
2016年：国际天然气转化协会“杰出学术成就奖”（Award for Excellence in Natural Gas Conversion） [2]
2016年：当选为英国皇家化学会荣誉会士（Honorary Fellow） [1, 2]
2011年：当选为发展中国家科学院（TWAS）院士 [2]
2009年：当选为英国皇家化学会会士（FRSC） [2]

3. 其他重要荣誉

2018年：荣获陈嘉庚科学奖（化学科学奖） [1]
2016年：中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖 [2]
2015年：中国科学院杰出科技成就奖（项目负责人） [2]
2015年：周光召基金会“基础科学奖” [2]
2012年：何梁何利基金科学与技术进步奖 [2]
1996年：获得香港求是科技基金会“杰出青年学者奖” [2]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《Journal of Energy Chemistry》（能源化学）：创刊主编、共同主编 [2]
《催化学报》（Chinese Journal of Catalysis）：共同主编/顾问编委 [2]
其他期刊：担任《Angewandte Chemie International Edition》、《Surface Science Reports》、《Energy & Environmental Science》、《Nano Energy》、《Nano Research》等国际化学和能源领域权威学术期刊的国际顾问编委或编委 [2]。

2. 重要社会与学术兼职

国家级政治职务：第九届、十届、十二届、十三届、十四届全国人民代表大会代表，第十三届、十四届全国人大常委会委员 [1]
学术社团职务：中国化学会常务理事、副理事长，中国化学会催化委员会主任（2012年 – 2017年） [2]
国家级战略规划：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目首席科学家、国家科技部高技术研究发展计划专家 [2]

模块六：个人风格与格言

包信和院士作风严谨、治学执着，倡导科学家应当甘坐、耐得住基础研究的“冷板凳”，并高度注重高水平科技后备人才的系统性培养。在担任中国科学技术大学校长期间，他推动碳中和战略多学科交叉融合，并于2024年10月卸任时，将其近年所获得的多项重磅奖项个人奖金（包括国家自然科学一等奖、陈嘉庚科学奖等）悉数捐赠给学校，设立“双碳基金”用以支持青年人才的成长。

治学格言：

“在纳米限域催化这条研究道路上，团队已经坐了20多年的‘冷板凳’。但只要方向对，就不怕路途遥远；只要坚持，再冷的板凳也能焐热。” [5]

模块七：参考文献

[1] 美国化学会志学术成就专访（A Career in Catalysis: Xinhe Bao）. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c06765 [2] 国际会议专家CV介绍（Xinhe Bao, President of USTC）. https://www.shokubai.org/tocat8/CV/PL3_CV.pdf [3] 中国科学院学术亮点介绍（包信和团队“纳米限域催化”获国家自然科学一等奖）. http://ssrf.sari.ac.cn/kxyj/yjld/202111/t20211115_440760.html [4] 中国科学技术大学新闻网（包信和院士捐赠仪式暨设立双碳基金报道）. https://news.ustc.edu.cn/info/1056/89215.htm [5] 中国科学院网（破译催化密码让化学反应更精准——记包信和院士团队）. https://www.cas.cn/xzfc/202111/t20211108_4812939.shtml

江桂斌（环境化学与分析化学）院士｜我国新污染物与持久性有毒污染物研究的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

江桂斌（环境化学与分析化学）院士｜我国新污染物与持久性有毒污染物研究的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：江桂斌（Guibin Jiang）
生卒年月：1957年11月生
出生地点：山东莱阳
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2009年当选为中国科学院院士
主要研究领域：环境分析化学、环境毒理与健康、持久性有机污染物（$\text{POPs}$）与新污染物、形态分析与仪器研制

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

江桂斌院士长期致力于化学污染物形态、环境过程、生态毒理与健康效应等环境科学与分析化学领域的重大前沿科学问题研究。主要研究范畴涵盖有毒化学污染物形态研究的联用技术、典型持久性有机污染物（$\text{POPs}$）的环境行为与转化机制，以及未知有毒污染物的快速高通量筛查与毒性效应评估。他是推动我国新污染物研究从基础科学研究上升为国家重大战略的核心开拓者。

2. 标志性成果

新污染物与持久性有毒污染物（$\text{POPs}$）筛查理论与多介质行为研究 作为我国新污染物领域的奠基人，他率先系统开展了典型持久性有毒污染物的分析方法、生成转化机制、多介质界面行为及受体暴露组学的系统性研究。他曾连续担任两期国家“973”计划 $\text{POPs}$ 项目首席科学家、国家自然科学基金委重大项目和创新群体学术带头人。他带领团队提出了新污染物筛查的新理论与新方法，其标志性成果分别于2003年、2011年和2018年三次荣获国家自然科学奖二等奖（均为第一完成人），深刻推动了我国在超痕量、复杂基质中有毒化学品形态分析和环境过程研究的发展。
高通量多功能成组毒理学分析系统的自主研制 针对复杂环境基质中未知有毒污染物筛查缺乏高效技术手段的局限，他带领团队研制出国际首台“高通量多功能成组毒理学分析仪（系统）”。该系统创造性地集成了自动化分离、高灵敏形态分析与细胞、生物毒性在线筛查等复合功能，打破了传统“先分离、后鉴定、再测试毒性”的繁琐流程，为我国环境保护、重特大环境事件应急响应和化学品安全风险评估提供了关键的自主高端仪器装备支撑。
极地与重大战略区域污染物转化规律的系统观测 他曾多次亲自参加我国南极和北极科学考察，在极端环境下开展全球持久性有机污染物的协同行为与长距离迁移规律研究，为我国履行联合国《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》提供了不可替代的科学决策支撑和国际谈判基础。

3. 学术地位与影响

江桂斌院士在国际环境化学与分析化学界享有崇高的学术声望。他在国际学术期刊上发表论文 $1700$ 余篇，出版中英文专著 $27$ 部，应邀在国内外重要学术会议作特邀报告 $1000$ 余次。他成功组建并长期领导“环境化学与生态毒理学国家重点实验室”（现为环境化学与环境毒理全国重点实验室），使该实验室成为我国乃至亚太地区该领域最具影响力的科学研究与学术交流中心。鉴于他在环境安全、毒理健康及分析化学领域的杰出学术贡献，他于2026年2月当选为 美国国家工程院（NAE）外籍院士，并于2026年5月当选为 欧洲科学院（The Academy of Europe）外籍院士。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1978年01月 - 1982年01月：山东大学化学系，获学士学位。
1984年09月 - 1887年07月：中国科学院生态环境研究中心环境化学专业，获理学硕士学位。
1987年09月 - 1991年07月：中国科学院生态环境研究中心环境化学专业，获理学博士学位。

2. 工作履历

1982年01月 - 1984年09月：山东大学化学系，担任助教。
1989年09月 - 1991年07月：加拿大国家研究院（NRC）化学所，访问学者。
1993年07月 - 1996年11月：中国科学院生态环境研究中心，副研究员。
1994年09月 - 1996年11月：比利时安特卫普（Antwerp）大学化学系，从事博士后研究。
1996年12月 - 至今：中国科学院生态环境研究中心，研究员、博士生导师。
2001年06月 - 2012年11月：中国科学院生态环境研究中心，担任副主任。
2002年05月 - 至今：环境化学与生态毒理学国家重点实验室，担任主任。
2012年12月 - 2017年12月：中国科学院生态环境研究中心，担任主任。
2014年11月 - 2025年01月：中国科学院大学资源与环境学院，担任院长（在此期间带领学院实现跨越式发展）。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2003年：项目“有毒化学污染物形态研究中的联用技术、方法学及相关机理”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
2011年：项目“典型持久性有毒污染物的分析方法与生成转化机制研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
2018年：项目“典型持久性有机污染物的多介质界面行为与受体暴露组学研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

2. 国际荣誉

2026年：当选 美国国家工程院（NAE）外籍院士。
2026年：当选 欧洲科学院（The Academy of Europe）外籍院士。
2021年：荣获美国化学会 ES&T杰出成就奖（ACS ES&T Outstanding Achievement Award）。
2013年：荣获安捷伦科技 “全球思想领袖奖”（Agilent Thought Leader Award）。
当选发展中国家科学院（TWAS）院士、英国皇家化学学会会士（FRSC）。

3. 其他重要荣誉

1998年：获得国家杰出青年科学基金资助。
2001年：获评中国科学院青年科学家奖。
2007年：荣获教育部“长江学者成就奖”。
2013年：获评中国科学院杰出科技成就奖（$\text{POPs}$ 研究集体负责人）。
2020年：荣获第二届 “全国创新争先奖”。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

长期担任国际环境科学领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》（$\text{ES&T}$）副主编，现任该刊卓越大使（$\text{ES&T}\ \text{Ambassador}$）。
担任 Elsevier 出版社期刊《Eco-Environment & Health》（$\text{EE&H}$）以及 ACS 出版社期刊《Environment & Health》（$\text{E&H}$）创刊主编。
担任国内核心学术期刊《环境化学》主编、《科学通报》执行副主编。

2. 重要社会与学术兼职

第十四届全国政协委员、第十三届全国政协人口资源环境委员会副主任。
中国分析测试协会理事长。
中国化学会副理事长、中国毒理学会常务理事（曾任副理事长）。
国家 $973$ 计划顾问组成员、国家纳米重大研究计划专家组成员、国家环境咨询委员会委员、国家食品安全风险评估专家委员会委员。

六. 个人风格与格言

江桂斌院士学术作风求真务实，始终践行“基础研究服务于国家重大生态环境与健康战略”的科学家精神。作为学科带头人，他带领我国环境化学和新污染物研究团队一步步跻身世界一流行列。

他在谈到学术创新与国家科技自立自强时曾强调：

“科学研究不仅要瞄准国际科学前沿，更要紧密围绕国家战略需求。我们的工作不仅要在高水平学术期刊上发声，更要实实在在地转化为支撑我国环境安全、保障人民健康的国家技术和战略规范。”

在人才培养方面，江桂斌院士倾注了极大热忱。他曾先后获得中国科学院优秀研究生导师奖及中国科学院大学“领雁奖章”，其指导的研究生中有多人获得全国优秀博士学位论文、国家杰青或优青资助，在学界传为佳话。他提倡学术包容与严谨治学并重，致力于为青年学者搭建最具国际竞争力的交叉研究平台。

七. 参考文献

中国科学院生态环境研究中心. 江桂斌院士荣获2026年美国国家工程院外籍院士. https://rcees.cas.cn/news/202602/t20260211_8143503.html
中国科学院学部与院士. 化学部：江桂斌. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/200912/t20091203_2681362.html
中国化学会. 青年工作与会士推荐：江桂斌院士介绍. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/133808.html
中国毒理学会. 学会动态：热烈祝贺常务理事江桂斌研究员当选美国国家工程院外籍院士. https://www.chntox.org/home/index/xhdt_detail/id/1004.html
中国科学院大学资源与环境学院. 学院新闻：江桂斌院士当选美国国家工程院和欧洲科学院外籍院士及历任院长介绍. https://cre.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xyxw/12108-2026-02-15-03-22-42

江雷（仿生智能界面材料与超浸润化学）院士｜我国仿生超浸润界面材料领域的奠基人与开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

江雷（仿生智能界面材料与超浸润化学）院士｜我国仿生超浸润界面材料领域的奠基人与开拓者

一. 基础信息概览

姓名：江雷（Lei Jiang）
生卒年月：1965年3月生
出生地点：吉林长春
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2009年当选为中国科学院院士
主要研究领域：无机化学、纳米材料、仿生特殊浸润性界面材料、超浸润化学体系、仿生智能纳米通道与能源器件

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

江雷院士长期致力于仿生特殊浸润性功能界面材料的制备、物理化学性质以及超浸润界面化学体系的前沿基础研究。他从“学习自然，师法自然”的视角出发，深入探索自然界中生物表面（如荷叶、蜘蛛丝、猪笼草、鱼鳞、水黾足等）的超浸润物理机制，通过揭示微纳多尺度结构与表面化学组成的协同效应，系统构建了“仿生超浸润界面材料及超浸润界面化学体系”。

2. 标志性成果

仿生二元协同超浸润材料理论体系的创建与深化 在国际上率先提出了“二元协同纳米界面材料”设计体系。他在揭示自然界“莲花效应”（$\text{Lotus Effect}$，超疏水/自清洁）的微纳米复合多级结构本质的基础上，打破了热力学杨氏方程（$\text{Young's Equation}$）对平面接触角（$\theta$）限制的传统认知，成功研制出能在超疏水与超亲水之间进行可逆调控的双响应型表面材料。该理论框架系统性地拓展了物理化学中浸润性基础科学规律的应用边界，其标志性成果荣获2005年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
自然界奇特微纳结构浸润行为的发现与功能材料构筑 通过对多种动植物表面奇异浸润规律的精密观测，江雷课题组做出了多项里程碑式的发现。例如，揭示了蜘蛛丝在润湿状态下的定向集水机制（成果发表于《Nature》 2010年），以及猪笼草口缘表面液体单向连续输运的物理本质（成果发表于《Nature》 2016年）。这些发现不仅在基础科学领域解决了液体界面定向调控的难题，更为大面积高效雾气集水、微流控芯片设计以及自润滑无阻防粘连高端医疗器械的开发开辟了全新通路。
新型超浸润智能离子通道与能量转换器件研究 他将超浸润体系引入到二维物理限域空间，成功设计并制备了系列基于生物离子通道物理启发的仿生智能纳米孔道。该系统可通过外界物理化学信号（如 $\text{pH}$、温度、光照、电场等）实现对分子和离子高选择性、超高速传输的主动泵控调控，在此基础上开发出了高性能仿生盐差能转换、多重信息存储及微型智能传感等前沿光电与能源器件。

3. Academic Standing and Impact

江雷院士是国际仿生特殊浸润性表面与超浸润化学领域的战略级学术领军者，成功将这一新兴交叉方向推向了世界前沿。他在国际学术期刊上发表论文 $800$ 余篇，总被引用次数超过 $143000$ 次（$\text{H}$ 因子达 $177$），撰写了中英文专著《仿生智能纳米界面材料》。鉴于其在全球超浸润材料与物理化学领域的卓越奠基作用，他于2016年当选为 美国国家工程院（NAE）外籍院士，2022年当选为 澳大利亚科学院（AAS）外籍外籍院士，并斩获了包括陈嘉庚化学科学奖、求是杰出科学家奖、联合国教科文组织（UNESCO）纳米科技与纳米技术贡献奖、德国洪堡研究奖在内的多项国际顶级奖项。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

1983年09月 - 1987年07月：吉林大学物理系固体物理专业，获学士学位。
1987年09月 - 1990年07月：吉林大学化学系物理化学专业，获理学硕士学位。
1990年09月 - 1994年03月：吉林大学化学系物理化学专业，中日联合培养，获理学博士学位（其间于1992年09月 - 1994年03月在日本东京大学化学系学习，导师为李铁津教授与藤嶋昭教授）。

2. 工作履历

1994年03月 - 1996年04月：日本东京大学，从事博士后研究（合作导师：藤嶋昭教授）。
1996年04月 - 1999年03月：日本神奈川科学院（KAST），受聘担任研究员。
1999年03月 - 2015年08月：中国科学院化学研究所，研究员、博士生导师（1999年入选中科院“百人计划”归国）。
2004年05月 - 2006年06月：国家纳米科学中心，兼任首任首席科学家。
2008年06月 - 2019年06月：北京航空航天大学化学学院，担任院长、教授。
2015年08月 - 至今：中国科学院理化技术研究所，研究员、博士生导师、仿生智能界面科学中心主任。
2022年10月 - 至今：中国科学技术大学纳米科学与技术学院，担任院长。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2005年：项目“具有特殊浸润性（超疏水/超亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

2. 国际荣誉

2016年：当选 美国国家工程院（NAE）外籍院士。
2022年：当选 澳大利亚科学院（AAS）外籍院士。
2012年：当选 发展中国家科学院（TWAS，原第三世界科学院）院士。
2020年：荣获美国化学会 ACS Nano Lectureship Award。
2017年：荣获德国洪堡基金会 德国洪堡研究奖（Humboldt Research Award）。
2016年：荣获联合国教科文组织 纳米科技与纳米技术贡献奖（UNESCO Medal for Contribution to Nanoscience and Nanotechnology）。
2016年：荣获 第21届日经亚洲奖（Nikkei Asia Prize）（科技类）。
2014年：荣获美国材料学会 MRS Mid-Career Researcher Award（首位中国大陆获奖者）。
2011年：荣获 第三世界科学院（TWAS）化学奖。

3. 其他重要荣誉

2022年：项目“仿生超浸润界面材料体系”获第十届 “陈嘉庚化学科学奖”。
2018年：荣获香港求是科技基金会 “求是杰出科学家奖”。
2014年：获评 中国科学院杰出科技成就奖（个人）。
2013年：荣获 “何梁何利基金科学与技术进步奖”（化学奖）。
2015年：荣获国际纳米化学大会 ChinaNANO Award（首位华人获奖者）。
2004年：荣获中共中央组织部、人事部、中国科协第八届 “中国青年科技奖”。
2001年：获得国家杰出青年科学基金资助。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

长期担任国际知名材料期刊《Small》国际顾问编委会主席（Advisory Board Chair）。
担任《Science China Materials》（中国科学：材料）副主编。
担任《Advanced Functional Materials》《ACS Nano》《Chemistry of Materials》《Materials Horizons》《Small Science》《高等学校化学学报》等多部国内外重要学术期刊的编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国科学技术大学纳米科学与技术学院院长（2022年任）。
北京航空航天大学化学学院名誉院长（曾任化学与环境学院院长）。
国家自然科学基金委创新研究群体项目负责人、国家重大科研仪器研制项目负责人、基础科学中心项目负责人。
中国化学会常务理事、中国化学会纳米化学专业委员会副主任。

六. 个人风格与格言

江雷院士治学极富激情与创造性，是学术界知名的极具独特个人魅力和思辨魅力的“战略科学家”。他坚持“科学始于对大自然的观察”这一原真学术路线，倡导科研人员必须跳出跟踪式研究的桎梏，勇于开辟独创、独特的“无人区”赛道。

在谈到原创科研的选题与科研态度时，他提出了著名的“选题的三个境界和八个层面”科学哲学，并多次勉励学生与同行：

“科学研究不仅是枯燥地做实验，更是一种高级的精神探索。最原创的研究，往往源自对自然界最普通现象的深邃思考与提炼。我们不要做‘跟风式’的科研，而要做‘师法自然，引领世界’的创新研究。” “青年学者要敢于挑战学术权威，敢于打破学科壁垒。做学术首先要想别人未想、做别人未做，只有把冷板凳坐热，大自然才会向你展露出那些隐藏在微观结构里的最美妙、最质朴的真理。”

作为兼任北航、中科大等知名高校院长的教育家，他一向极度重视对青年科研火种的启迪与保护。他在教学中提倡开放包容、直言论辩，坚信启发式的追问是孕育颠覆性成果的最佳土壤，为国家输送了大批仿生纳米及功能界面领域的顶尖学者。

七. 参考文献

中国科学院理化技术研究所. 仿生智能界面科学中心：江雷院士个人主页. http://www.ipc.cas.cn/sourcedb/cn/yjzx/yjy/fsznjmkxzx/201509/t20150901_5262512.html
中国科学技术大学苏州高等研究院. 师资队伍（院士）：江雷. https://sz.ustc.edu.cn/cn_mobile/rcdw_show/96.html
陈嘉庚科学奖基金会. 2022年度陈嘉庚化学科学奖获奖人介绍：江雷. https://tsaf.cas.cn/cjgzt/2022ndbjzt/
中国科学院化学研究所. 赵进才研究员、江雷研究员荣获国家自然科学二等奖. http://www.iccas.ac.cn/news/kyhd/202307/t20230726_6835599.html
国家科学技术奖励工作办公室. 2005年度国家自然科学奖授奖项目：具有特殊浸润性（超疏水/超亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑. https://www.nosta.gov.cn/2005jldh/zr/Z-103-2-05.htm

陈小明（无机化学与配位化学）中国科学院院士｜我国功能配合物与晶体工程领域的开拓者与奠基人之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈小明（无机化学与配位化学）中国科学院院士｜我国功能配合物与晶体工程领域的开拓者与奠基人之一

一、基础信息概览

姓名：陈小明（Chen Xiao-Ming）
生卒年月：$1961$ 年 $10$ 月 $5$ 日生，籍贯广东揭阳。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2009$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2013$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：功能配位化学、晶体工程、微孔配位聚合物、金属-有机框架材料（$\text{MOF}$）、磁/电功能配合物。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈小明院士长期致力于功能配合物与晶体工程领域的基础与应用前沿研究。他的科学探索立足于配位聚合物（包括金属-有机框架材料，即 $\text{MOF}$）的设计、合成、晶体结构分析，以及在气体吸附与分离、催化、光电磁、传感等方向的功能性质开发。近年来，其研究亦涉足含能分子晶体以及通过控制组装创制具有特殊物理性质的多孔分子固体。

2. 标志性成果

配合物控制合成与晶体工程方法基础研究：
- 陈小明系统地发展并改进了多功能配位聚合物与功能超分子体系的控制组装方法。他针对复杂结构配位聚合物在结晶和可控组装过程中的不确定性，发展了多项晶体工程调控策略。
- 其主持完成的“配合物控制合成与晶体工程方法基础研究”项目，成功攻克了配位聚合物组装中多维骨架可控构建的科学难题，该成果荣获 $2007$ 年度国家自然科学奖二等奖（个人排名第一）。
金属诱导的原位配体合成反应及机理探明：
- 在配位化学与有机合成化学的交叉前沿，陈小明团队发现并报道了 $10$ 多种新型金属诱导的原位（$\textit{in situ}$）有机化学反应。
- 他为经典的 $\text{Gillard}$ 反应机理提供了关键的亲核加成中间体晶体结构证据，深入揭示了若干复杂配体反应的过渡态与反应路径，在功能配合物合成路径的设计上开辟了全新的原位合成范式。
功能微孔配位聚合物（$\text{MOFs}$）与磁/电功能固体创制：
- 利用原位组装与微纳多级调控策略，陈小明率先在国内系统性地开展了微孔配位聚合物的设计、合成及气体（如 $\text{H}_2, \text{CO}_2, \text{CH}_4$ 等）吸附分离性质研究。其“微孔与磁性配位聚合物研究”项目荣获 $2012$ 年度广东省科学技术奖一等奖（个人排名第一）。
- 在磁、电功能配（簇）合物研究方面，他的团队首次构筑了“星”晶格几何阻挫磁体，并相继研发出新颖的单链磁体（$\text{SCMs}$）、单分子磁体（$\text{SMMs}$）以及表现出铁电、介电刺激响应性的新型分子固体。
卓越的高等教育与晶体化学教材建设：
- 陈小明极为重视专业课教学与科学人才培养。他与蔡继文教授合作撰写的经典学术专著与教材《单晶结构分析原理与实践》，在我国无机化学与晶体学教学、科研工作中被广泛采用，为我国单晶 X 射线衍射与晶体结构解析技术的普及和发展作出了奠基性贡献。
- 其教学成果“科教融合、多元并举的无机化学创新人才培养模式”荣获 $2018$ 年度国家级教学成果二等奖（个人排名第三）。

3. 学术地位与影响

陈小明院士是中国功能配合物与配位聚合物晶体工程研究领域的领军科学家。他在配位聚合物（$\text{MOF}$）的可控合成、原位反应设计和多功能性开发上做出了具有国际声誉的系统性、原创性贡献。他多次入选科睿唯安（Clarivate）与汤森路透（Thomson Reuters）全球高被引用科学家名录，其研究成果不仅极大拓宽了我国无机化学、晶体学与材料学的交叉学科边界，更为气体低能耗分离、绿色催化以及智能分子器件的产业化演进奠定了厚实的理论物理与无机合成化学支撑。

三、教育与职业轨迹

1. Education 背景

$1979$ 年 $09$ 月－$1983$ 年 $07$ 月：中山大学化学系，获理学学士学位。
$1983$ 年 $09$ 月－$1986$ 年 $07$ 月：中山大学化学系物理化学专业，获理学硕士学位。
$1989$ 年 $03$ 月－$1992$ 年 $03$ 月：香港中文大学化学系，获哲学博士学位（导师：麦松威教授）。

2. 工作履历

$2022$ 年至今：化学与精细化工广东省实验室主任。
$2006$ 年－$2020$ 年：生物无机与合成化学教育部重点实验室主任。
$2000$ 年－$2004$ 年：受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。
$1995$ 年 $01$ 月至今：中山大学化学学院教授、博士生导师（自 $1996$ 年起）。
$1993$ 年 $12$ 月－$1994$ 年 $11$ 月：中山大学化学系副教授。
$1992$ 年 $07$ 月－$1993$ 年 $11$ 月：中山大学化学系讲师。
$1986$ 年 $07$ 月－$1989$ 年 $03$ 月：中山医科大学生物化学教研室，助教、讲师。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2007$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“配合物控制合成与晶体工程方法基础研究”，个人排名第一）；
$2018$ 年度国家级教学成果二等奖（获奖项目：“科教融合、多元并举的无机化学创新人才培养模式”，个人排名第三）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）化学奖（$2012$ 年）；
第 $34$ 届花剌子模国际科学奖（$\text{Khwarizmi International Award}$）（$2019$ 年）；
日本配位化学会国际奖（$\text{JSCC International Award}$）（$2020$ 年）；
国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）会士；
国家杰出青年科学基金获得者（$1996$ 年）；
全国优秀教师（$2004$ 年）；
汤森路透/科睿唯安全球高被引用科学家（$2014$ 年－$2020$ 年持续入选）。

3. 省部级及其他重要荣誉

广东省科学技术奖突出贡献奖（$2017$ 年）；
广东省科学技术一等奖（共 $3$ 项，分别为 $1998$ 年、$2006$ 年和 $2012$ 年，其中 $2012$ 年排名第一）；
求是科技基金会“杰出青年学者奖”（$1999$ 年）；
中国青年科技奖（$1996$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

生物无机与合成化学教育部重点实验室 主任（$2006$ 年－$2020$ 年）；
《中国科学：化学》 等国内外重要期刊编委/顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国晶体学会 副理事长；
中国化学会 理事、无机化学学科委员会副主任；
中国科学院化学部 常委及副主任；
国务院学位委员会第六、七届学科评议组 成员；
国家自然科学基金委员会化学科学部 专家咨询委员会委员；
国际分子筛协会金属有机框架材料（$\text{MOF}$）委员会 成员。

六、个人风格与格言

陈小明院士低调务实、治学严谨。在中山大学校园内，他经常骑着一辆陈旧的单车穿行于教学楼和实验室之间，成为中大师生眼中的一道风景。他始终保持谦逊的品行，总是称自己在学术道路上的成果离不开多位严师（如范海福院士、麦松威院士等）的提携、学生的实干以及时代的“运气”。对待学生，他提倡因材施教、不浮躁，坚持亲自动手辅导晶体挑选与结构解析，反对学生称导师为“老板”，并培养出了多位获得国家杰出青年科学基金、全国优秀博士学位论文奖的高水平青年学者。其代表性治学格言如下：

“作为一名教师，培养学生的自信和兴趣至关重要；其中，兴趣与好奇心有紧密的关系，可以说是人的一种本能，但同时也可以通过后天不懈的钻研来激发与培养。”
“科学研究不能浮躁。唯有致广大而尽精微，在显微镜下耐心挑选、在晶格变幻中寻找规律，方能于困难处不懈怠，于挫折处存希望。”

七、参考文献

刘忠范（物理化学与纳米碳材料）院士｜我国低维碳材料领域的开拓者与石墨烯产业化的引领者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

刘忠范（物理化学与纳米碳材料）院士｜我国低维碳材料领域的开拓者与石墨烯产业化的引领者

一. 基础信息概览

姓名：刘忠范（Zhongfan Liu）
生卒年月：$1962$ 年 $10$ 月出生于吉林省九台市（现九台区）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2011$ 年当选为中国科学院院士（$2015$ 年当选为发展中国家科学院院士）
主要研究领域：低维碳材料与纳米化学、石墨烯化学气相沉积（$\text{CVD}$）可控生长、碳纳米管、超级石墨烯玻璃、中试转化与产业化机制

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

刘忠范院士长期深耕于物理化学与低维碳材料的交叉前沿领域，是我国和国际纳米化学及石墨烯领域的杰出领军学者。他聚焦于低维碳材料制备科学面临的高缺陷率、宏观表面均一性差等关键物理化学瓶颈。通过在原子与分子尺度上调控碳原子的结晶与取向行为，他系统研究了碳纳米管和高品质石墨烯的定向生长机制。他开辟了在非金属及熔融态玻璃等多种无机基底上直接大面积生长“超级石墨烯玻璃”和“蒙烯玻璃纤维”的低成本合成路径，致力于在材料基础理论探索、中试级器件集成以及实体工业生产之间构建高效、闭环的“研发代工”新型成果转化链条。

2. 标志性成果

碳纳米管的控制生长、加工组装及纳电子器件基础：在分子电子学和纳米芯片发展初期，如何实现碳纳米管结构的多样性控制（如特定螺旋角单壁碳纳米管的定向生长）、表面精确加工和器件高度有序排布，是限制其走向大规模应用的技术难题。刘忠范系统开展了基于表面物理化学和针尖操作化学的控制生长研究。他提出了利用针尖近场效应和分子自组装微流控技术进行碳纳米管精细加工的方法，建立了实现碳纳米管宏观排布和空间组装的一系列底层模型，为构筑碳基纳电子材料提供了系统的工艺物理化学基础。该成果“用于纳电子材料的碳纳米管控制生长、加工组装及器件基础”荣获 $2008$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
低维碳材料的精密拉曼光谱学研究：低维碳材料如单壁碳纳米管和石墨烯的物性与其局域晶格畸变、微观应力及掺杂水平密切相关，而对其结构的原位、无损表征一直是核心瓶颈。刘忠范与合作者将高空间分辨率的拉曼光谱（$\text{Raman Spectroscopy}$）引入低维碳材料物理化学分析。他们系统揭示了碳基低维结构在电场、外加应力和缺陷调控下的拉曼光谱演化特征，构建了能够精确表征表面电荷转移、缺陷层级分布以及界面极化强度的定量分析法。该方向成果“低维碳材料的拉曼光谱学研究”荣获 $2017$ 年度国家自然科学奖二等奖（第二完成人）。
“超级石墨烯玻璃”在非金属表面的 CVD 直接生长机制：传统的石墨烯在玻璃及复杂介电质上的应用，大多依赖从金属催化衬底上的化学剥离与贴合转移工艺。这极易引入分子残留并导致大面积破损，导致制备成本极其高昂。刘忠范在国际上率先提出了利用化学气相沉积法（$\text{CVD}$）直接在传统普通玻璃和耐高温玻璃表面生长石墨烯的学术路线。他通过对碳源气体浓度、流动动力学和生长温度进行精密调控，克服了非金属非晶态玻璃表面催化活性低、碳活性物种在基底迁移能力弱的难题。在熔融态玻璃各向同性表面上，他实现了尺寸、分布高度均匀的石墨烯单晶圆片成核及融合连续成膜。该技术成功发明并定义了“超级石墨烯玻璃（$\text{Super Graphene Glass}$）”。该材料不仅保持了玻璃本身的透光性，还赋予了其超高的导热、导电及表面疏水性能，研究成果被国际顶尖期刊 Nature Materials 以研究亮点（$\text{Research Highlight}$）形式重点报道。
蒙烯玻璃纤维复合材料开发与“研发代工”产业化实践：为了打破国防重点装备和高端复合新材料由于卡脖子短板受制于人的技术壁垒，他主导了将高品质石墨烯直接“编织”和高温生长在普通玻璃纤维表面的“蒙烯玻璃纤维”技术。利用该材料电热转化率高、发热均匀性好和抗拉拉伸极佳的优势，成功解决了我国兆瓦级风电叶片在低温环境下的快速除冰、电网大负荷融冰等工程工艺难题；并将其应用于动力电池极片涂布的高效快速烘干中（实现节能 $40%$，电极干燥效率提升 $30%$）。此外，他作为北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$）的缔造者，在产业机制上首创了“研发代工（$\text{R&D Foundry}$）”合作机制，让专业学术研究机构直接承担行业巨头的定制化研发。该模式实现了基础前沿成果从“实验室样品”向“规模化产品”，最终走向“市场商品”的产学研大协同。

3. 学术地位与影响

刘忠范院士是全球纳米化学、低维碳材料及石墨烯生长研究领域具有高度国际学术声誉的领军学者，也是我国先进二维材料科技自立自强的积极倡导者。他至今发表正式学术论文 $600$ 余篇，获授权中国发明专利 $130$ 余项，出版多部颇具行业影响力的专著。他多次连年入选全球“高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”目录，并荣获第八届纳米研究奖（$\text{Nano Research Award}$）及石墨烯行业终身成就奖等行业顶级荣誉。他领导筹建的北京石墨烯研究院已成为引领我国乃至全球石墨烯制备科学研究与产业转化的制高点基地，显著提高了中国科学家在国际新材料体系制备与工业规范标准制定中的核心话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1979.09 - 1983.08$：吉林工学院（现长春工业大学）化学工程系基本有机合成专业，本科毕业获学士学位
$1983.08 - 1985.04$：东北师范大学留日日本语学校，接受出国前高强度日语及基础物理化学强化训练
$1985.04 - 1987.04$：日本横滨国立大学工学部物质工学科，研究生毕业获工学硕士学位
$1987.04 - 1990.04$：日本东京大学工学部合成化学科（光电化学专业），研究生毕业获理学/工学博士学位（师从国际光电化学泰斗藤嶋昭，在日攻读并产出多项优秀成果）

2. 工作履历

$1990.04 - 1991.09$：日本东京大学工学部光电化学专业，博士后研究员
$1991.09 - 1993.06$：日本分子科学研究所物理化学专业，博士后研究员（在日深造及工作逾十载）
$1993.06 - 1993.08$：北京大学化学与分子工程学院，副教授
$1993.08 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院（物理化学研究所），教授、博士生导师、现代物理化学研究中心主任（$1995.09 - 2002.12$）、物理化学研究所所长（$2006.09 - 2014.09$）
$1997.09 - 至今$：北京大学纳米科学与技术研究中心，副主任、主任
$1999.01 - 至今$：教育部首批“长江学者奖励计划”特聘教授、基金委“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人（已在北大化学所潜心从事研究与教学逾 $30$ 年）
$2011.12 - 至今$：当选为中国科学院院士（中国科学院化学部）
$2015.11 - 至今$：当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士
$2016.10 - 至今$：北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$），创始人、首任院长、首席科学家
$2018.01 - 至今$：北京市政协副主席

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2008$ 年度，第一完成人，获奖项目：“用于纳电子材料的碳纳米管控制生长、加工组装及器件基础”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2017$ 年度，第二完成人，获奖项目：“低维碳材料的拉曼光谱学研究”，第一完成人：张锦）
省部级科技最高奖：
- 获高等学校科学技术奖自然科学一等奖（主要完成人）

2. 国际与行业重大奖项

国际与学术大奖：
- 获第八届纳米研究奖（$\text{Nano Research Award}$， $2021$ 年获得，表彰其在低维纳米结构与石墨烯成长中的突出前沿贡献）
- 获 $\text{IGA}$ 石墨烯行业终身荣誉奖（$2022$ 年）
- 获中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖（$2012$ 年）
- 获中国化学会京博科技卓越奖（$2022$ 年）
- 获中国石墨烯产业领航人奖（$2023$ 年）
优秀教师荣誉：宝钢优秀教师奖特等奖（$2012$ 年度，全国教师个人重磅教学奖项）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

学术顾问与编委：现任或曾任国际高水准纳米与物理化学期刊的学术顾问、顾问编委或编委会成员，积极支持和推动我国自办高影响力材料学分析期刊。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$）院长、首席科学家
- 北京大学纳米科学与技术研究中心主任、北京市低维碳材料科学与工程技术研究中心主任、北京大学纳米化学研究中心主任
学术团体职务：
- 中国化学会副理事长
- 中国化学会纳米化学专业委员会创始主任、电化学专业委员会主任
- 曾任中国化学会副秘书长（$2003 - 2011$ 年，期间主导和推进了四届中国化学会年会的常态化组织，为中国化学会的壮大和管理作出了不可或缺的学术贡献）
政协及民主党派兼职：
- 第十四届全国政协常委
- 九三学社中央副主席、九三学社北京市委主委
- 北京市政协副主席

六. 个人风格与格言

刘忠范院士为人谦和中肯，行事雷厉风行，但在对待科研生态和先进制造业转换时，他时刻保持着极其冷静的忧患意识。他极力反对急功近利的泡沫化狂热，强调高技术材料只有通过实打实的工匠精神熬出来、走下生产线，才能真正改变国家制造业底盘的生态。对于基础理论和产业化方向的冲突，他凝练地阐释了自己的学术价值观：

“对于从事基础与应用研究的科研人员来说，我们不能一味地追求论文和专利的数量，而是要以研究成果能上‘书架’或者上‘货架’为驱动力。纯粹基础理论探索，就应当追求真理的极致，去充实世界顶尖图书馆的‘书架’；而面向实际应用的工程探索，则必须通过千百次的反复调控、突破，傲然摆在民生或国防工业最前沿的‘货架’上。”

他寄望并勉励青年学子和科技工作者，在国际新材料激烈的竞争战场中，要用速度和自主性去破除垄断、建立中国标准：

“真正的卡脖子技术，买是买不来的，只有依靠我们自己去硬骨头地创新、去熬出底气。我们在北京石墨烯研究院探索‘研发代工’机制，就是要在前沿新材料领域‘对准一个城墙口持续冲锋’。科学探索没有近路。唯有不投机、甘愿付出长期的自律和坚守，中国制造才能迈向中国创造，将国家新质生产力的绝对主动权牢牢撰在自己手里。”

七. 参考文献

李亚栋（无机纳米材料合成与单原子催化）院士｜我国纳米材料界面调控合成方法学与单活性位点催化的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李亚栋（无机纳米材料合成与单原子催化）院士｜我国纳米材料界面调控合成方法学与单活性位点催化的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李亚栋（Yadong Li）
生卒年月：$1964$ 年 $11$ 月 $25$ 日出生于安徽省宿松县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2011$ 年当选为中国科学院院士（$2014$ 年当选为发展中国家科学院院士）
主要研究领域：无机纳米材料合成化学、单活性位点/单原子催化（$\text{Single-Atom Site Catalysis, SASC / Single-Atom Catalysis, SAC}$）、一维纳米材料设计、金属间化合物与合金材料合成

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李亚栋院士长期致力于无机纳米材料的可控合成方法学、单活性位点催化与纳米结构性能的交叉前沿研究。他聚焦于无机纳米晶在液相条件下的成核、生长与取向规律，致力于攻克传统固相催化剂表面活性位点不均一、原子利用率低的工程与科学瓶颈。他通过构筑精确可控的“液相－固相－溶液”界面，开创了超分散、单分散纳米晶及单原子催化剂的普适性合成路径，推动了非均相催化由“纳米尺度”向“原子精度”的历史性跨越。

2. 标志性成果

纳米晶合成“液相－固相－溶液（$\text{LSS}$）”界面调控机制的提出与应用：长期以来，化学界缺乏能够普遍预测和制备不同大类单分散纳米晶的普适性方法。在 $2005$ 年，李亚栋在 Nature 上发表了里程碑式的学术成果，首次提出了“液相－固相－溶液（$\text{Liquid-Solid-Solution, LSS}$）”界面调控合成机制。该方法通过在极性不同的液体（如乙醇与亚油酸）、固体（如亚油酸金属盐前驱体）和溶液（如含有可溶性无机离子的水溶液）三相界面处进行相转移和自组装，成功实现了贵金属、半导体、过渡金属氧化物、氟化物的可控单分散合成。这一经典策略打破了传统方法中“一种材料需一种特定合成方法”的壁垒，被国际同行公认为无机合成领域的经典经典方法之一。
原子级高载量“单活性位点/单原子催化”普适性合成方法学构建：为了将“单原子催化（$\text{SAC}$）”这一概念推向规模化工业应用，克服单个金属原子在高浓度、高温下极易团聚的科学难题，李亚栋与合作者系统性地开发了可设计、可控且具有高度普适性的单原子催化剂合成方法学。他们提出并建立了利用金属有机框架（$\text{MOFs}$）空间限域、配位热解、表面空位捕获、原子层沉积等多维策略，成功将活性金属原子的分散度稳定至单个原子级别，并将过渡金属的单原子负载量一举提升至超过 $10%$ 的极高水平。该系列普适性方法保证了金属原子活性中心的配位构型和几何对称性高度均一，并成功用于构建氯乙烯、乙酸等大宗化学品的高效、零污染工业生产，实现了理论到工业转化的闭环。
新型一维纳米材料的溶剂热合成及晶面效应探索：李亚栋积极发展了基于水热与溶剂热的高活性一维纳米线、纳米管和纳米带的合成路线。他首次合成了金属铋、钛酸盐、硅酸盐等系列功能型纳米线与超薄纳米管，并在液相条件下系统揭示了纳米晶由于化学势不平衡产生的取向生长（$\text{Oriented Attachment}$）规律。在此基础上，他开展了深入的晶面控制催化效应（$\text{Crystal Plane Effect}$）研究，阐明了特定暴露晶面由于配位不饱和度差异表现出的新奇催化活性和选择性。

3. 学术地位与影响

李亚栋院士是国际无机纳米合成化学与单原子催化领域的领军学者，也是最早将单原子催化概念系统推进至化学工业化生产的奠基人之一。凭借在“单原子催化”的发展和应用中所作出的里程碑式开创性贡献，他与张涛院士共同荣获了 $2024$ 年度未来科学大奖——“物质科学奖”。他多年入选全球高被引科学家名录（$\text{Highly Cited Researchers}$），其在国内外学术期刊上发表学术论文 $400$ 余篇，被引次数超过 $4 \times 10^4$ 次。他担任国际顶尖纳米期刊 Nano Research 与中国顶尖材料期刊 Science China Materials 的主编，显著提升了我国在无机纳米科学、固体化学和非均相催化领域的国际学术领导力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1982.09 - 1986.07$：安徽师范大学化学系，本科毕业获理学学士学位
$1988.09 - 1991.07$：中国科学技术大学应用化学系，硕士研究生毕业获理学硕士学位
$1995.09 - 1998.06$：中国科学技术大学化学系无机化学专业，在职博士研究生毕业获理学博士学位（导师：钱逸泰院士）

2. 工作履历

$1986.07 - 1988.08$：安徽省宿松县中等学校，化学教师
$1991.07 - 1993.06$：中国科学技术大学应用化学系，助教
$1993.07 - 1998.05$：中国科学技术大学应用化学系/化学系，讲师
$1998.06 - 1999.03$：中国科学技术大学化学系，副教授
$1999.03 - 至今$：清华大学化学系，教授、博士生导师（于 $1998$ 年 $11$ 年首批入选清华大学“百人计划”引进）
$2011.12 - 至今$：清华大学无机化学研究所所长、化学系学术委员会主任、校学术委员会副主任
$2022.06 - 2025.07$：安徽师范大学，校长（兼，自 $2025$ 年 $7$ 月起不再兼任该职务）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与民间重大科技奖项

未来科学大奖：$2024$ 年度“物质科学奖”（与张涛共同获得，获奖项目：“单原子催化的开创性研究”）
国家级奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2008$ 年度，第一完成人，获奖项目：“无机一维纳米材料的合成与性质研究”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2001$ 年度，第三完成人，获奖项目：“纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定”，第一完成人：钱逸泰，第二完成人：谢毅，第三完成人：李亚栋，第四完成人：唐凯斌，第五完成人：俞书宏）
科学院奖项：中国科学院自然科学奖一等奖（$2000$ 年度，第三完成人）

2. 省部级奖项与荣誉

省部级科技奖：北京市科学技术奖一等奖（$2006$ 年度，第一完成人）

3. 其他重要荣誉

$2000$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2001$ 年：荣获教育部长江学者特聘教授称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊/联合主编：
- 国际权威纳米期刊 Nano Research 主编
- 国家重点培育期刊 Science China Materials（《中国科学：材料科学》）主编
学术顾问与编委：曾任《科学通报》副主编、Chemistry of Materials、《高等学校化学学报》等期刊的编委和国际顾问

2. 重要社会与学术兼职

高校与科研平台：清华大学无机化学研究所所长、化学系学术委员会主任、校学术委员会副主任
国家级学术团体：中国化学会会士、中国化学会常务理事
高等教育行政服务：曾任安徽师范大学校长（$2022.06 - 2025.07$）

六. 个人风格与格言

李亚栋院士在学术探索与人才培养中极力主张摆脱模仿、追求源头性原创。面对荣誉与当选院士，他始终保持谦逊治学、脚踏实地的科学品格。他曾深刻阐释了对待个人荣誉的清醒认知：

“院士的称号，仅仅是对我过去所做工作的肯定。我还会在纳米科学领域坚定地走下去，心怀感恩，继续奉献。”

在面对学术界的突破与对自身成长轨迹的回望时，他鼓励青年学人要专注于日积月累的“微观调控”与科学积淀：

“我的工作并非单纯地‘从 $0$ 到 $1$’，无机合成与催化是在巨人的肩膀上不断推进极限的过程。在人一生的成长中，早期可能并不知道自己对什么有兴趣，但只要在选定的赛道上花力气、下真功、勤勉积累，终究能够打破瓶颈，为科学的发展留下痕迹。”

七. 参考文献

丁奎岭（手性催化合成与绿色化学）中国科学院院士｜我国手性催化“自负载”新概念奠基人与二氧化碳资源化利用绿色工艺开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

丁奎岭（手性催化合成与绿色化学）中国科学院院士｜我国手性催化“自负载”新概念奠基人与二氧化碳资源化利用绿色工艺开拓者

一、基础信息概览

姓名：丁奎岭（Kui-Ling Ding）
生卒年月：$1966$ 年 $3$ 月生，籍贯河南永城。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2013$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：手性催化合成、不对称催化反应、金属有机化学、二氧化碳催化氢化、绿色化学。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

丁奎岭院士长期致力于基于金属有机催化的不对称反应和绿色化学研究。研究重点聚焦于两个重大核心科学难题：一是手性催化剂的设计和高效合成。针对不对称催化中反应选择性和催化效率难以兼优的瓶颈，他探索新型分子自组装策略以及高效手性配体的理性设计，拓展不对称合成反应的应用外延。二是温和条件下多相与均相催化反应中的“小分子活化”与“绿色循环”。他将手性催化基础理论外延，攻克二氧化碳（$\text{CO}_2$）、氢气（$\text{H}_2$）等惰性气体的催化活化与高效资源化转化工艺难题，实现多类手性医药中间体和绿色化工大宗溶剂的原子经济性创制。

2. 标志性成果

手性催化剂“自负载”（Self-Supporting）新概念与分子自组装策略的首次提出：
- 在传统的负载型不对称催化中，将手性配体或催化剂共价负载在多聚物或无机固体载体上，往往会导致手性微环境发生改变，从而造成催化活性与对映选择性（$\text{ee}$ 值）的剧烈衰减。
- 针对这一全球性基础难题，丁奎岭在国际上首次提出了手性催化剂的“自负载”新概念。该策略打破了传统的非均相负载思维，利用手性金属络合单体分子之间的自组装行为，直接构建高度有序且具备多孔通道的可溶性/非均相手性配位聚合物（$\text{Chiral Coordination Polymers}$）。
- 这一新型策略完美保留了均相催化的高活性与选择性，同时赋予了催化剂极易回收和多次循环再利用的工程学特征，在羰基-烯（$\text{Carbonyl-ene}$）反应、氧化反应及氢化等反应中均取得了卓越的催化表现，在超分子化学、材料科学及非均相催化交叉领域产生了深远的国际学术影响。
“组合不对称催化”（Combinatorial Asymmetric Catalysis）研究新方法与系列新型手性配体（SKP、SpinPHOX）的创制：
- 在手性科学前沿，丁奎岭建立了“组合不对称催化”这一新方法。他系统地将不对称活化、不对称毒化（$\text{Asymmetric Poisoning}$）、手性传递与放大等概念，同组合化学手段深度融合，建立了高通量手性催化剂库，从而阐明了催化体系中非线性不对称放大效应的分子机制。
- 他的团队发展出一系列具有特色骨架、高可调性的新型手性膦配体（如手性环己烷稠合螺二氢茚 $\text{SKP}$ 配体、$\text{SpinPHOX}$ 配体等）。目前，这些配体和催化剂已被 $\text{Strem Chemicals}$（美国）和 $\text{Daicel}$（日本）等国际顶尖化学试剂公司全球商品化销售。
- 在产业转化方面，$\text{SKP/Pd}$ 催化体系已被成功应用于降胆固醇手性药物依折麦布（$\text{Ezetimibe}$）的高效工业合成；其基于双金属协同催化理念所发展的催化技术，已实现了光学纯环氧氯丙烷（$\text{Epichlorohydrin}$）千吨/年级的绿色工业化稳定生产。
温和条件下二氧化碳催化氢化资源化利用与首套千吨级 DMF 工业中试装置构建：
- 二氧化碳作为温室气体，其温和条件下的高选择性资源化催化利用是绿色化学的皇冠级难题。丁奎岭团队深入拓展了极低能耗下的二氧化碳催化氢化。
- 他利用在手性催化氢化和金属有机机制研究中积淀的深厚理论，自主设计合成了新型金属有机均相催化剂。通过催化机制解析和精密的催化剂分子调控，成功实现了在温和条件下，以二氧化碳（$\text{CO}_2$）、氢气（$\text{H}_2$）和有机胺为原料合成 $\text{N,N-}$二甲基甲酰胺（$\text{DMF}$）及其他甲酰胺类精细化学品的新路线。
- 该工作直接变革了以一氧化碳（$\text{CO}$）为原料的传统、高污染 $\text{DMF}$ 工业制备工艺。其团队形成了世界首套资源化利用二氧化碳合成 $\text{DMF}$ 的成套技术、工艺和高稳定性反应装备，建设完成了千吨级二氧化碳资源化合成 $\text{DMF}$ 中试工业生产装置并成功运行，实现了实验室高水平基础理论向国家双碳战略应用及绿色化工路线的工业化落地。

3. 学术地位与影响

丁奎岭院士是国际上手性催化合成、不对称组装以及绿色化学领域的先驱者和标志性学术领军人物。他的“自负载”手性催化剂与“组合不对称催化”等原创性理论，彻底打通了均相不对称催化向易回收工业非均相催化跨越的桥梁。他在包括《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Chem. Eur. J.}$》等国际顶级学术期刊发表论文 $200$ 余篇，被广泛引用。他的多项原创催化技术和配体已被国际同行和大型精细化工企业应用于实际生产中。其卓越研究使他于 $2015$ 年获得第一届吉田奖（$\text{Yoshida Prize}$），于 $2016$ 年获得德国洪堡研究奖（$\text{Humboldt Research Award}$），并荣获国家自然科学二等奖、上海市科技精英等多项顶尖学术表彰。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1981$ 年 $09$ 月－$1985$ 年 $07$ 月：郑州大学化学系化学专业，获理学学士学位。
$1985$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $07$ 月：郑州大学化学系有机化学专业学习，获理学硕士学位（导师：吴养洁院士）。
$1987$ 年 $09$ 月－$1990$ 年 $10$ 月：南京大学化学系有机化学专业学习，获理学博士学位（导师：吴养洁院士）。

2. 工作履历

$2023$ 年 $02$ 月至今：上海交通大学校长、党委副书记（第十四届全国人大代表、第十三届全国政协委员，讲席教授）。
$2019$ 年 $09$ 月至今：变革性分子前沿科学中心主任（兼）。
$2018$ 年 $09$ 月－$2023$ 年 $02$ 月：上海交通大学党委常委、常务副校长。
$2009$ 年 $05$ 月－$2019$ 年 $02$ 月：中国科学院上海有机化学研究所所长。
$2008$ 年 $08$ 月－$2009$ 年 $05$ 月：中国科学院上海有机化学研究所党委副书记、副所长。
$2006$ 年 $04$ 月－$2008$ 年 $08$ 月：中国科学院上海有机化学研究所党委副书记、纪委书记。
$1998$ 年 $12$ 月－$2019$ 年 $02$ 月：中国科学院上海有机化学研究所，入选中国科学院“百人计划”，担任金属有机化学国家重点实验室研究员、博士生导师。
$1995$ 年 $12$ 月－$1998$ 年 $11$ 月：郑州大学化学系，教授（其间：$1997$ 年 $09$ 月－$1998$ 年 $09$ 月，日本东京工业大学 $\text{UNESCO}$ 研究员，合作导师：三上幸一教授）。
$1992$ 年 $11$ 月－$1995$ 年 $11$ 月：郑州大学化学系，副教授（其间：$1993$ 年 $09$ 月－$1994$ 年 $09$ 月，日本龙谷大学理工学部博士后，合作导师：松浦辉男教授）。
$1990$ 年 $10$ 月－$1992$ 年 $11$ 月：郑州大学化学系，助理教授、讲师。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖奖项

国家自然科学奖二等奖（$2009$ 年，获奖项目：“基于组合方法与组装策略的新型手性催化剂研究”，作为第一完成人）；
上海市自然科学奖一等奖（$2008$ 年，作为第一完成人）；
河南省科学技术进步奖一等奖（$2002$ 年，作为第二完成人）。

2. 国际荣誉与行业重磅奖项

德国洪堡研究奖（$\text{Humboldt Research Award}$）（$2016$ 年，表彰其在金属有机化学和手性催化领域的突出科学贡献）；
第一届吉田奖（$\text{Yoshida Prize}$）（$2015$ 年，由国际有机化学基金会 $\text{IOCF}$ 颁发，每年仅表彰一位在世界范围内对合成有机化学做出先驱贡献的学者）；
美国礼来公司科学卓越化学奖（$\text{Eli Lilly Scientific Excellence Award in Chemistry}$）（$2007$ 年）；
庄长恭化学化工科学技术奖（$2006$ 年）；
亚洲百大科学家（$\text{Asian Scientist 100}$）（$2017$ 年入选）。

3. 国家级与地方重磅学术称号

国家杰出青年科学基金获得者（$2002$ 年）；
全国优秀科技工作者（$2014$ 年）；
上海市“科技精英”（$2011$ 年）；
上海市自然科学牡丹奖（$2012$ 年）；
中国化学会第六届黄耀曾金属有机化学奖（$2012$ 年）；
中国化学会手性化学奖；
中国化学会物理有机化学奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术期刊任职

《$\text{Angewandte Chemie International Edition}$》顾问编委；
《$\text{Accounts of Chemical Research}$》顾问编委；
《$\text{Chemical Communications}$》国际顾问编委（曾任）；
《$\text{European Journal of Organic Chemistry}$》国际顾问编委（曾任）。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会 副理事长、常务理事；
化学生物协同物质创制全国重点实验室 主任；
中国产学研合作促进会 副会长；
上海科技大学 筹建期副校长、书院创院院长（曾任）；
国家自然科学基金委员会化学科学部 专家咨询委员会委员（曾任）；
上海市科学技术协会 副主席（曾任）。

六、个人风格与格言

丁奎岭院士治学严谨、谦和儒雅，对待科研具有极高且极其执着的恒心。他在 $15$ 岁时即参加高考并考入郑州大学化学系，在吴养洁院士等老一代大师的指引下坚实走上手性研究的科学道路。对于手性催化中的科学探索，他总是能展现出强大的学术洞察力，并经常把科学上的突破和“偶然性”结合，指出很多关键发现不仅来自于理性的严密设计，更孕育于对实验中每一个偏差与偶发结果不懈的执着中。作为高校战略管理者，丁奎岭院士倾心致力于高水平创新人才的培养以及推动科研与教学深度融合。他经常鼓励青年学子和学者“做真正有深度的研究”、“做能走出实验室、造福产业的学问”，并时刻强调科学探索要“能耐得住寂寞，在未知中坚守真理”。

其代表性科学治学格言如下：

“手性催化需要探索的未知，远远超过已经解决的问题。正因如此，它才值得我们用一生的精力和热情倾情付出。搞科研、做学问，绝不能浅尝辄止，而要深入到反应的最深处，去探寻宏观转化底下的微观分子真理。”
“科学上的很多发现是‘理性设计’（$\textit{Rational Design}$）与‘偶然发现’（$\textit{Serendipity}$）的完美结合。我们在实验室里，不仅要保持最为严密的设计思维，更要用极大的敏锐和耐心，去感受甚至捕捉那些‘别人忽略的偶然’，那里往往就隐藏着变革性的创新突破。”

七、参考文献

冯小明（有机化学与不对称催化）中国科学院院士｜我国手性双氮氧“冯氏配体”创制者与“Roskamp-Feng”反应命名先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

冯小明（有机化学与不对称催化）中国科学院院士｜我国手性双氮氧“冯氏配体”创制者与“Roskamp-Feng”反应命名先驱

一、基础信息概览

姓名：冯小明（Feng Xiaoming）
生卒年月：$1963$ 年 $10$ 月 $7$ 日生，籍贯四川武胜，生于四川武胜。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2013$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：有机化学、不对称合成、手性催化剂的设计与合成、不对称催化新反应、手性药物和生理活性化合物的高效合成。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

冯小明院士长期致力于合成化学前沿领域中不对称催化合成方法学、优势手性催化剂及手性配体设计、新型不对称催化反应的开拓等基础与应用前沿研究。他的科学探索立足于如何让手性功能有机分子的合成更高效、更精准、更绿色、更容易，重点聚焦于突破传统手性配体设计中对刚性骨架的机械依赖，建立一类基于具有柔性骨架的不对称手性双功能金属催化体系。通过理性的分子设计与精细反应机理调控，攻克复杂手性化合物结构构建中的立体选择性与区域选择性控制难题，进而为靶向手性药物、手性农药和重要生理活性分子的构筑提供原创、简洁的高效化学路线。

2. 标志性成果

“手性双氮氧配体及催化剂”（“冯氏配体”）的创制与概念突破：
- 在经典的手性配体设计理论中，为保证对映选择性的高精度传递，国际上普遍采用“刚性骨架（$\textit{rigid skeleton}$）限制”策略，导致配体的合成路线繁杂且结构适用性极窄。
- 针对此项基础瓶颈，冯小明院士打破常规，创造性地提出了“基于柔性烷基链接构建具有 $C_2$ 对称性双氮氧酰胺化合物配体”的设计新理念。他研制并发展出了一系列结构新颖、具有柔性烷基链接的手性双功能氮氧配体（被称为“冯氏配体”，$\text{Feng's Ligand}$）和手性催化剂体系。
- “冯氏配体”凭借其极佳的结构多样性、能够与多种不同价态的中心过渡金属盐（如镧系、过渡系、碱土金属等）络合的优异特性，构建了庞大的手性催化剂库。该体系突破了传统刚性配体的局限，迄今已被成功应用于实现 $60$ 多类重要的不对称催化新反应，被国内外学者公认为代表性的“优势手性配体”（$\textit{privileged chiral ligand}$）并面向全球商品化销售，实现了不对称催化从 $0$ 到 $1$ 的理论突破。
“Roskamp-Feng 反应”的系统建立与中国学者首个本土冠名反应突破：
- 在发展具有自主知识产权的新反应研究中，冯小明院士团队利用自主研制的 $C_2$ 对称性手性双氮氧-金属配合物催化剂，首次高选择性、高效地实现了 $\alpha\text{-}$ 取代重氮乙酸酯与醛的不对称催化加成/重排反应。
- 该反应不仅攻克了高活性活性重氮化合物在极性底物下发生随机自偶联及非特异性加成的经典难题，更被国际学术界公认为不对称 $\text{Roskamp}$ 反应的首例突破。
- 鉴于该反应的原创性与深远国际影响，该工作被国际权威化学教科书和著名化学学术出版集团 Elsevier 的人名反应专著《$\textit{Organic Synthesis Based on Name Reactions}$》收录，并被正式冠名为“$\text{Roskamp-Feng}$ 反应”（其“$\text{Feng}$”代表冯小明）。这是首个由中国本土学者独立开展并获得国际学术界以其姓名冠名认可的经典有机人名反应。
手性药物和天然产物的高效合成及产业化转化：
- 冯小明极其看重基础研究成果向满足国计民生和医药产业应用的实质落地。利用其自主开发的“冯氏配体”催化体系和高对映选择性控制新路径，他的团队完成了 $30$ 多个手性天然产物、药物分子及关键药理活性候选小分子的高效、简洁合成。
- 他自主研发的新型高纯手性药物普瑞巴林（$\text{Pregabalin}$）和帕罗西汀（$\text{Paroxetine}$）合成新工艺，规避了高污染、低收率的传统酶法或物理法拆分，显著提升了药物的原子利用率，相关发明专利成果已顺利转让给国内大型制药集团进行规模产业化中试研究，为推动我国手性制药绿色工业升级做出了重要产业实践。

3. 学术地位与影响

冯小明院士是我国不对称催化合成领域的标志性战略科学家与开拓者。他提出并发展的柔性骨架手性配体设计新理念，被国际同行列为手性过渡金属催化领域的黄金经典方法之一。他在包括《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Chem. Rev.}$》、《$\text{Acc. Chem. Res.}$》、《$\text{Nat. Commun.}$》等国际顶级学术期刊发表 $\text{SCI}$ 论文 $460$ 余篇，他引共计超过 $1.5$ 万次，成果数次被国际权威媒体或专刊亮点评述。他于 $2018$ 年荣获了被誉为“中国诺贝尔奖”的未来科学大奖（物质科学奖），何梁何利基金科学与技术进步奖，以及陈嘉庚化学科学奖，极大提升了我国合成化学与药物科学的国际前沿地位和学术话语权。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1981$ 年 $09$ 月－$1985$ 年 $07$ 月：兰州大学化学系有机化学专业，获理学学士学位。
$1985$ 年 $09$ 月－$1988$ 年 $06$ 月：兰州大学化学系有机化学专业，获理学硕士学位。
$1993$ 年 $09$ 月－$1996$ 年 $03$ 月：中国科学院化学研究所物理有机与不对称合成专业学习，获理学博士学位（联合导师：中国科学院院士黄志镗教授、蒋耀忠研究员）。

2. 工作履历

$2025$ 年 $09$ 月至今：精准有机合成教师团队负责人，入选第四批“全国高校黄大年式教师团队”。
$2013$ 年 $12$ 月至今：正式当选中国科学院院士（化学部）。
$2000$ 年 $09$ 月至今：四川大学化学学院教授、博士生导师（其间：$2005$ 年起受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，并长期兼任绿色化学与技术教育部重点实验室副主任等职务）。
$1998$ 年 $08$ 月－$1999$ 年 $10$ 月：美国科罗拉多州立大学（Colorado State University）化学系，开展博士后研究工作（合作导师：世界知名有机化学家史一安 $\text{Yian Shi}$ 教授）。
$1996$ 年 $04$ 月－$2000$ 年 $08$ 月：中国科学院成都有机化学研究所工作，历任副研究员、研究员、博士生导师（$1999$ 年聘任）、不对称合成联合开放实验室副主任。
$1988$ 年 $06$ 月－$1993$ 年 $08$ 月：西南师范大学（现西南大学）化学系任教，历任助教、破格晋升副教授（自 $1991$ 年起）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖科技奖项

国家自然科学奖二等奖（$2012$ 年，获奖项目：“新型手性催化剂和高效高选择性的不对称催化新反应”，作为第一完成人）；
教育部自然科学奖一等奖（先后共 $2$ 项，分别为 $2009$ 年度、$2019$ 年度，均作为项目第一完成人）；
四川省科技杰出贡献奖（$2020$ 年度）；
四川省科技进步奖一等奖（$2002$ 年度，作为主要完成人）。

2. 国际荣誉与行业重磅奖项

未来科学大奖（物质科学奖）（$2018$ 年，与马大为、周其林两位科学家共同荣获，表彰其在发明新催化剂和新反应方面的创造性贡献）；
陈嘉庚化学科学奖（$2020$ 年度，获奖项目：“具有 $C_2$ 对称性的双氮氧双功能手性催化剂的研究”）；
中国化学会黄耀曾金属有机化学奖（$2018$ 年）；
中国化学会手性化学奖（$2016$ 年）；
中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（$2020$ 年度）；
药明康德“生命化学奖”二等奖（$2010$ 年）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）（$2014$ 年当选）；
中国化学会创始会士（$2020$ 年当选）。

3. 国家及地方重要人才与先进称号

“全国高校黄大年式教师团队”负责人（$2025$ 年，领衔四川大学“精准有机合成教师团队”）；
全国杰出专业技术人才称号（$2021$ 年）；
全国创新争先奖章（$2020$ 年）；
杰出教学奖（$2020$ 年度，我国高等教育教学领域的重磅奖项）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2002$ 年）；
新世纪百千万人才工程国家级人选（$2007$ 年）；
全国优秀教师（$2009$ 年）/ 四川省教书育人名师（$2019$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{CCS Chemistry}$》、《$\text{Chinese Chemical Letters}$》等核心期刊副主编、编委；
绿色化学与技术教育部重点实验室 副主任。

2. 重要社会与学术兼职

第十三届全国政协 委员；
中国化学会 常务理事、手性化学专业委员会原主任；
国务院学位委员会第六、七届化学学科评议组 成员；
四川大学学术委员会、学位评定委员会 委员；
致公党四川大学委员会 委员。

六、个人风格与格言

冯小明院士治学严谨、务实笃行，极其推崇并切身实践着“实事求是”的科学精神。相比于耀眼的学术光环，其课题组的起步和发展却充满了长年累月的实干。自 $1999$ 年起开展手性双氮氧不对称催化剂研究，到 $2007$ 年成果全面被国际认可，他曾老老实实、心无旁骛地“坐了整整 $8$ 年的冷板凳”。对待学生，他温厚而严格，将自己的科研团队总结为具有 $32$ 字文化底蕴的战斗集体，并坚决主张教师必须在治学及做人上身体力行，起到严谨、求实的模范表标杆作用。

其代表性科学治学格言如下：

“化学是创造物质的中心科学，来不得半点虚假，研究成果就是要拿来做产品的。做学问最紧要的就是实事求是，如果你的成果连重现都做不到，怎么可能谈得上有用？科研经得起考验，做人更要经得起考验。”
“原创性、创新性、引领性、有用性，是我们评判一项研究价值的唯一标准。科技创新是一代代人的接力，要想跑好我们这一棒，就必须踏踏实实地在祖国大地上打深地基。把冷冰冰的催化反应，熔铸成支撑我国半导体器件与新能源安全的硬核装备，才不负一个科研人、一个教师的终身本职。”

七、参考文献

方维海（物理化学与计算光化学）中国科学院院士｜我国理论与计算光化学的开拓者与非绝热动力学研究领军科学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

方维海（物理化学与计算光化学）中国科学院院士｜我国理论与计算光化学的开拓者与非绝热动力学研究领军科学家

一、基础信息概览

姓名：方维海（Fang Weihai）
生卒年月：$1955$ 年 $12$ 月 $22$ 日生，籍贯安徽定远。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2013$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：物理化学、理论与计算化学、激发态电子结构理论、非绝热化学动力学、理论与计算光化学。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

方维海院士长期致力于激发态电子结构理论、光化学、光生物和材料光响应过程的理论分析与计算模拟研究。其科研聚焦于两大核心科学问题：一是复杂体系在光照激发下的多电子非绝热动力学行为，旨在攻克核与电子强耦合作用下能量转换与状态跃迁的模拟瓶颈；二是建立高精度的激发态动力学算法，通过“计算制谱与模拟反应”的理性路线，解析从溶液到生物大分子蛋白质中复杂的非辐射跃迁（如内部转变、系间窜跃 $\text{ISC}$）分子级本质，指导高效新型光电功能材料的设计开发。

2. 标志性成果

势能面极小能量交叉（MECP）结构优化理论与“三面交叉”拓扑特征的提出：
- 在分子受光激发产生的非绝热化学反应研究中，不同电子自旋态之间的交叉点是决定反应路径和产物选择性的关键。然而，由于这些交叉区域在数学上呈现多维非连续边界，其几何结构的定量优化一直是理论化学界的经典难题。
- 针对此瓶颈，方维海院士建立并改进了势能面极小能量交叉结构（$\text{MECP}$）优化方法，在国际上率先将其成功应用于复杂分子的非绝热系间窜跃（$\text{ISC}$）过程研究。
- 在系统探究芳香族羰基化合物光异构和光解离反应时，他的团队首次优化得到了 $S_1$、$T_2$ 和 $T_1$ 三个电子自旋态的势能面极小能量交叉结构，发现了“三面交叉”结构是芳香族羰基化合物独特光物理与光化学性质的本征决定因素，并证明该结构具有普遍的拓扑结构特征。相关成果被国际权威光化学系列专著和物理化学教材收录。
混合量子-经典（MQC）非绝热动力学模拟方法的构建与应用：
- 对于大型生物多肽和复杂功能材料的光响应过程，受计算资源限制，传统的全量子力学模拟难以展开。
- 方维海团队发展和改进了直接从头算（$\textit{Direct ab initio}$）以及基于量子力学/分子力学（$\text{QM/MM}$）双重框架下的混合量子-经典（$\text{MQC}$）非绝热动力学方法。
- 他深入推导并改进了旋-轨耦合（$\text{SOC}$）矩阵元的精密计算算法，将其与面间跳跃等动力学方案深度融合。该体系成功解析了偶氮苯类光控开关分子（如 $\text{Arylazopyrazole}$）驱动多肽折叠等一系列微纳尺度下光异构过程的非绝热本征动力学过程，显著推动了国内在生物光物理与非绝热光动力学领域的计算能力。
羰基化合物选键光解离新规则的建立：
- 在光化学反应理论中，定量描述光解离发生的选键规律是化学反应动力学的基石。
- 方维海院士团队通过对脂肪族和芳香族羰基化合物光解离机理的系统性电子结构计算，阐明了激发态分子中能量的弛豫与分配机制，并在此基础上提出了不对称取代脂肪族羰基化合物“选键光解离”的新规则。该规则打破了传统的唯象推论，发现了暗态（$\textit{dark states}$）与多面交叉结构在分子光物理过程中的决定性作用，为精细光化学合成反应的设计提供了精确的理论判据。

3. 学术地位与影响

方维海院士是国际理论光化学与非绝热化学动力学领域的泰斗级学者，也是推动我国计算化学和激发态理论研究走向国际前沿的战略科学家。他提出的 $\text{MECP}$ 算法与动力学模拟方法学已被全球同行列为研究光致激发态变化的经典理论工具。方维海曾两度受聘为国家重点基础研究发展计划（$973$ 计划）首席科学家，并在 $2020$ 年被亚太地区理论与计算化学家协会（$\text{APATCC}$）授予分子理论与计算化学领域的国际最高资助科学家荣誉——“福井谦一奖章”（$\text{Fukui Medal}$）。他带领北师大“理论和计算光化学教师团队”于 $2023$ 年入选第三批“全国高校黄大年式教师团队”，为我国培养了大批活跃于理论物理化学和新型光电材料研发一线的杰出青年骨干。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978$ 年 $02$ 月－$1982$ 年 $01$ 月：阜阳师范学院（现阜阳师范大学）化学系，获理学学士学位。
$1990$ 年 $09$ 月－$1993$ 年 $06$ 月：北京师范大学化学系，物理化学专业学习，获理学博士学位（导师：中国计算化学先驱、中国科学院院士刘若庄教授）。
$1993$ 年 $09$ 月－$1995$ 年 $09$ 月：南京大学配位化学国家重点实验室/化学化工学院，开展博士后研究工作（合作导师：中国科学院院士游效曾教授等）。
$1996$ 年 $05$ 月－$1998$ 年 $08$ 月：德国波恩大学（University of Bonn）理论化学所，作为“洪堡学者”开展博士后/访问合作研究。

2. 工作履历

$1998$ 年 $08$ 月至今：北京师范大学化学学院，教授、博士生导师（其间：$2005$ 年－$2018$ 年担任北京师范大学化学学院院长）。
$1995$ 年 $09$ 月－$1996$ 年 $04$ 月：北京师范大学化学系，副教授。
$1982$ 年 $02$ 月－$1990$ 年 $08$ 月：安徽省阜阳师范学院化学系，助教、讲师（毕业后长期任教，主要负责物理化学教学工作）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国际荣誉与学术勋章

亚太地区理论与计算化学家协会（$\text{APATCC}$）“福井谦一奖章”（$\text{Fukui Medal}$）（$2020$ 年度，表彰其在光化学过程理论分析、激发态电子结构及非绝热动力学模拟领域的杰出科学贡献）；
亚太理论和计算化学家联合会会士。

2. 国家级与省部级重磅奖项

国家杰出青年科学基金获得者；
教育部自然科学奖一等奖（先后两次荣获，作为项目第一完成人）；
北京市高等教育教学成果奖一等奖（$2017$ 年，获奖项目：“化学专业博士学位课程改革与实践”）。

3. 国家及行业重磅学术称号

“全国高校黄大年式教师团队”负责人（$2023$ 年，领衔北京师范大学理论和计算光化学教师团队）；
国家重点基础研究发展计划（$973$ 计划）项目首席科学家（先后两次受聘）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

理论及计算光化学教育部重点实验室 主任；
《$\text{The Journal of Physical Chemistry}$》（$\textit{J. Phys. Chem.}$）国际编委 / 顾问编委；
《$\text{International Journal of Quantum Chemistry}$》（$\textit{Int. J. Quant. Chem.}$）国际编委。

2. 重要社会与学术兼职

北京市化学会（北京化学会） 理事长 / 会长；
中国化学会 常务理事；
亚太理论和计算化学家联合会 理事；
国家自然科学基金委员会、教育部科技奖 评审委员会专家。

六、个人风格与格言

方维海院士治学严谨、求真务实，对待学术和教学工作皆展现出极高且近乎纯粹的执着。作为中国计算化学学科的重要承上启下者，他在面对早期国内微机运算条件落后、算法积累薄弱的困境时，坚定选择扎根理论，用精密的数理推导在计算机的无形代码里还原光合作用、光异构等微观奇迹。对待青年学子和团队，他大力提倡“独立思考、不随大流”，坚持在基础理论中寻找“关键少数”，并将团队打造成具有强大科学战斗力的“黄大年式教师团队”。他常告诫后辈，计算化学不是机械地跑程序，而是要探查冷冰冰的数字底下最真实的物理温度。

其代表性科学治学格言如下：

“理论和计算化学研究，就像是在无形之中用公式和代码去描绘分子和光子相遇那一瞬间的运行轨迹。做学问要耐得住冷清，不能只追求表面的运算效率，更要有一双去测准极微观拓扑结构、去洞察暗态变幻底下的科学慧眼。”
“搞科研和当老师是一样的道理，都最忌讳急功近利。只有把地基夯实、把底层的经典理论研究透彻了，让走出去的学生能在国际讲台上凭硬实力对话，我们的学科才能真正实现在关键制造和材料理论上的独立与自由。”

七、参考文献

李永舫（高分子化学与物理化学）院士｜我国光电功能高分子与聚合物太阳能电池光伏材料的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李永舫（高分子化学与物理化学）院士｜我国光电功能高分子与聚合物太阳能电池光伏材料的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李永舫（Yongfang Li）
生卒年月：$1948$ 年 $8$ 月 $10$ 日出生于重庆，籍贯河南省睢县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2013$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：聚合物太阳能电池（有机太阳能电池）光伏材料与器件、共轭聚合物给体和受体光伏材料、富勒烯与非富勒烯衍生物受体、导电聚合物电化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李永舫院士长期致力于光电功能高分子、导电聚合物电化学以及聚合物太阳能电池光伏材料和器件的交叉前沿研究。他聚焦于攻克有机/聚合物太阳能电池中光电转换效率较低、低成本给体/受体设计及电化学反应微观机理等关键工程与科学瓶颈。他通过创新的分子设计方法，发展了一系列共轭聚合物给体、新型富勒烯/非富勒烯受体及低成本规模化光伏材料体系，系统阐明了导电高分子的电化学聚合机理，大幅提升了柔性光伏器件的能量转换效率，为太阳能等绿色能源的高效利用奠定了深厚的物质化学和物理器件基石。

2. 标志性成果

导电聚吡咯的电化学聚合及阳离子自由基反应机理建立：导电高分子的合成与其宏观导电性能密切相关，但早期其电化学聚合机制尚不明确。李永舫深入开展了导电聚合物的电化学聚合、电化学掺杂与脱掺杂过程研究，在国际上首次提出了由“阴离子参与的阳离子自由基聚合（$\text{radical cation polymerization}$）”反应机理，并对其氧化还原电化学过程作出了精密的量化预测。该项突破性的基础科学成果“导电聚吡咯的研究”荣获了 $1993$ 年度中国科学院自然科学奖一等奖及 $1995$ 年度国家自然科学奖二等奖（第二完成人，第一完成人为钱人元院士）。
带共轭侧链高效聚合物给体材料分子设计思想的提出与应用：在聚合物给体光伏材料的研究中，如何拓宽聚合物的吸收光谱并提高其电荷载流子迁移率，是提升光电转换效率的重大瓶颈。李永舫在国际上率先提出了“通过共轭侧链来拓宽聚合物吸收并提高空穴迁移率（$\text{hole mobility}$）”的分子设计思想。基于这一原创模型，他带领团队设计并合成了一系列带有共轭侧链的高效二维聚合物给体光伏材料。该侧链共轭化机制不仅显著提升了材料的吸光能力，也极大优化了活性层的电荷输运，该工作成为有机太阳能电池给体分子设计的通用范式。
茚双加成富勒烯受体光伏材料（$\text{ICBA / IC}{70}\text{BA}$）的开发与突破：为解决聚合物太阳能电池因受体最低未占有分子轨道（$\text{LUMO}$）能级偏低导致器件开路电压（$V{\text{oc}}$）难以提升的科学难题，李永舫提出了“通过茚双加成（$\text{indene-double-adduct}$）抬高富勒烯衍生物 $\text{LUMO}$ 能级”的学术思想。基于此，他课题组成功研制了茚双加成 $\text{C}{60}$ 衍生物（$\text{ICBA}$）和茚双加成 $\text{C}{70}$ 衍生物（$\text{IC}_{70}\text{BA}$）。当与经典给体材料聚噻吩衍生物（$\text{P3HT}$）共混时，成功将器件的开路电压一举提高至 $0.84\text{ V}$，使光电能量转换效率获得了大幅跨越。该成果与带共轭侧链给体项目的联合申报成果荣获 $2018$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
低成本高效喹喔啉基聚合物给体材料（$\text{PTQ10}$）的创制：为了将有机太阳能电池推向大规模产业化落地，打破依赖昂贵合成步骤、原料成本极高的困局，李永舫致力于开发兼具“合成路线极简”和“高转换效率”的低成本光伏给体材料。他带领团队设计出分子链结构规整、合成步骤极少（仅需 $2\text{ - }4$ 步）且极具成本优势的新型给体材料 $\text{PTQ10}$。该材料展现出优异的形貌容忍度与出色的能量转换效率（突破 $18%$ 以上），极大缩短了科研原型到工业规模卷对卷（$\text{roll-to-roll}$）制造的距离。

3. 学术地位与影响

李永舫院士是全球有机/聚合物太阳能电池光伏材料及导电聚合物电化学领域公认的学术领军人。他不仅在多相有机光电材料分子设计学中开辟了数条全新路线，更对我国电化学与光电高分子的基础研究做出了卓越的公益贡献。他至今发表正式学术论文 $900$ 余篇，论文被他人引用超过 $6.4 \times 10^4$ 次，$\text{H-index}$ 达 $122$。他连年入选汤森路透（现科睿唯安）发布的全球材料科学与化学“高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”名单。他曾获得美国化学会“$\text{Macro2012 Lecture Award}$”等重要学术荣誉，显著树立了我国高分子光伏研究在国际前沿领域的领先地位与国际学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.02 - 1979.08$：华东化工学院（现华东理工大学）抗菌素专业，本科学习（七七级高考生，后因成绩优异于大二提前考取研究生）
$1979.09 - 1982.10$：华东化工学院（现华东理工大学）化学系物理化学专业，硕士研究生毕业获理学硕士学位（导师：胡英院士，开展化学热力学研究）
$1983.02 - 1986.07$：复旦大学化学系物理化学专业，博士研究生毕业获理学博士学位（导师：吴浩青院士，开展电化学研究）

2. 工作履历

$1968.12 - 1970.09$：河南省睢县，回乡下当农民
$1970.09 - 1978.02$：河南省睢县微生物农药厂，临时合同工、化验员
$1982.11 - 1983.01$：郑州轻工业学院（现郑州轻工业大学）化工系物理化学教研室，助教/教师
$1986.08 - 1988.08$：中国科学院化学研究所，博士后（合作导师：钱人元院士、曹镛院士）
$1988.09 - 2019.12$：中国科学院化学研究所（有机固体重点实验室），历任助理研究员、副研究员（于 $1991.12$ 破格晋升）、研究员（于 $1993.12$ 破格晋升）、博士生导师（已于 $2019.12$ 正式从中科院化学所退休）
$1988.10 - 1991.04$：日本分子科学研究所，访问学者（导师：井口洋夫教授）
$1997.06 - 1998.06$：美国加州大学圣巴巴拉分校（$\text{UCSB}$），访问学者（合作导师：$\text{Alan J. Heeger}$ 教授，$\text{2000}$ 年诺贝尔化学奖得主）
$2012.12 - 至今$：苏州大学材料与化学化工学部，特聘教授、博士生导师

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2018$ 年度，第一完成人，获奖项目：“带共轭侧链的聚合物给体和茚双加成富勒烯受体光伏材料”）
- 国家自然科学奖二等奖（$1995$ 年度，第二完成人，获奖项目：“导电聚吡咯的研究”，第一完成人：钱人元）
- 国家教委科技进步奖二等奖（$1987$ 年度，第二完成人，获奖项目：“锂电池电极反应机理－电化学嵌入反应的研究”，第一完成人：吴浩青）
省部级科技奖项：
- 北京市科学技术奖一等奖（$2005$ 年度，第一完成人，获奖项目：“导电聚合物电化学和聚合物发光电化学池的研究”）
- 北京市科学技术奖二等奖（$2018$ 年度，第一完成人，获奖项目：“胶体量子点的可控合成和高品质 $\text{LED}$ 应用研究”）
- 北京市科学技术奖二等奖（$2013$ 年度，第一完成人）
- 中国科学院自然科学奖一等奖（$1993$ 年度，第二完成人，获奖项目：“导电聚吡咯的研究”）

2. 国际荣誉与称号

国际学会与讲座荣誉：
- 获美国化学会高分子物理部 “$\text{Macro2012 Lecture Award}$”（$2012$ 年，首位获此奖项的中国大陆学者）
- 当选英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$，$2014$ 年）

3. 其他重要荣誉

$1998$ 年：荣获国家人事部授予“中青年有突出贡献专家”称号
$2020$ 年：荣获“北京市高等学校教学名师奖”（因连续多年坚持在中国科学院大学给本科生主讲《化学原理》等基础理论课）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

主编/副主编职务：
- 《高分子通报》主编（$2017$ 年至今）
- 《中国科学：化学》（Science China Chemistry）副主编
学术顾问与编委：现任或曾任多部国内外有机固体、太阳能光伏器件及化学理论领域重要学术期刊的顾问或编委

2. 重要社会与学术兼职

学术团体及兼职：
- 中国化学会监事（$2019$ 年至今）
- 中国化学会常务理事（$2014 - 2018$ 年）
- 中国化学会电化学专业委员会秘书长（$2011 - 2015$ 年）
- 中国化学会有机光电材料与器件分会联合组织委员会主任/主席
区域性行业协会：北京能源和环境学会会长

六. 个人风格与格言

由于时代的浪潮，李永舫院士在成长和科研道路上经历过极不寻常的坎坷：高三毕业时中断高考、下乡做农民、在微生物农药厂做了 $8$ 年临时合同工。直到 $1977$ 年恢复高考时，已经生儿育女、年届 $29$ 岁的他才考入大学。因此，李院士常常用“顺其自然，抓住机会”来总结他的求学和研究生涯：他深知人生中许多赛道并非一开始便能由个人挑选，但一旦被命运推向那个位置，就应当倾注全部的心力。

这种在任何赛道上都坚持极度专注、倾尽心血的学术作风，与他长年提倡并坚守的“八字箴言”——“热爱、用心、努力、认真”高度重合：

“热爱：干一行，爱一行；用心：干任何事情都需要有一个清晰的思路；努力：天道酬勤；认真：为人‘待人以诚’、做事‘一丝不苟’。”

对于如何面对国家基础研究的瓶颈以及年轻一代科研工作者的成长路径，他结合自己的科研信念分享道：

“我的整个人生道路是顺其自然走过来的。当客观环境不允许我主动选择赛道时，我便学会在选定的位置上花力气、下真功、勤勉积累。只要我们专注且热爱，‘天道酬勤’就不会是一句空话，任何人都能在自己的岗位上打破瓶颈、留下科学的痕迹。做研究没有近路，必须踏实在一线，努力将我们的基础研究成果写到产业和生活的一线，让绿色阳光真正走进千家万户。”

七. 参考文献

韩布兴（绿色化学与化学热力学）院士｜深耕绿色溶剂与碳资源转化利用的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

韩布兴（绿色化学与化学热力学）院士｜深耕绿色溶剂与碳资源转化利用的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：韩布兴（Buxing Han）
生卒年月：$1957$ 年 $7$ 月出生于河北遵化
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2013$ 年当选为中国科学院院士、$2018$ 年当选为世界科学院（TWAS）院士
主要研究领域：化学热力学、绿色化学、绿色溶剂体系（超临界流体与离子液体）、二氧化碳与生物质高值化转化

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

韩布兴院士长期深耕于化学热力学与绿色化学的交叉前沿领域。他致力于拓宽化学热力学的研究范畴，研究超临界流体、离子液体等绿色溶剂在不同状态下的相行为和热力学性质；通过设计新型高效的催化材料和绿色溶剂体系，探索利用热催化、电催化、光催化等手段实现 $CO_2$、生物质等废弃碳资源的高效催化转化，为我国实现“双碳”目标提供底层科学支撑。

2. 标志性成果

绿色溶剂体系化学热力学与微观性质研究：韩布兴院士系统开展了超临界流体、离子液体、水等绿色溶剂体系的化学热力学研究。他带领团队研制出一系列高压及特殊介质体系的热力学性质测定实验装置，攻克了极端及复杂状态下相平衡、密度、黏度等物理化学性质精确测定的难题。深入揭示了绿色溶剂在分子层面的相互作用规律与相行为特征，为绿色介质在化学反应和先进材料合成中的设计与应用奠定了系统的化学热力学理论基础。
二氧化碳的高效催化转化技术：针对 $CO_2$ 分子活化能高、热力学稳定性强的科学难题，韩布兴院士课题组构建了多种“催化材料-绿色溶剂”协同体系，调控电荷传输与反应中间体的结合状态。他们系统优化了 $CO_2$ 电化学直接电还原（$CO_2\text{ER}$）和参与有机电催化转化（$CO_2\text{EOT}$）的过程，不仅阐明了 $C\text{-}X$（包含 $C\text{-}H$、$C\text{-}C$、$C\text{-}O$、$C\text{-}N$ 等键）的构筑机理，还大幅提高了 $CO_2$ 还原制备甲醇、一氧化碳、甲酸、低碳烃等高附加值化学品的法拉第效率与电流密度，展示了工业化应用的可行前景。
生物质资源化利用与固体废弃物循环：在可再生碳资源利用方向，课题组开发出将木质纤维素、木质素等生物质原料转化为高附加值平台化学品（如酯类、酚类、环己酮等）的新技术。通过生物质热解技术成功研制出高性能生物质炭，并积极推动废旧塑料裂解制油和餐厨垃圾有机肥化技术的研发，为构建“绿色碳循环”提供了关键的转化途径。

3. 学术地位与影响

韩布兴院士是国际绿色化学与化学热力学领域的学术领军人。他率先将实验方法创新、仪器研制与科学研究相结合，系统引领了我国化学热力学向绿色、可持续方向的跨越。他在国际顶尖学术期刊如 Science、Acc. Chem. Res.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc. 等发表 $SCI$ 收录论文 $600$ 余篇，获发明专利 $40$ 余件。同时，他积极推动前沿科技向工业示范转化，与多家企业建立了资源循环利用联合研究中心，并作为主任领衔成立了中国科学院化学研究所碳中和化学中心。他在国际学术组织如国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）中担任重要职务，显著提升了我国在绿色化学与热力学领域的国际学术话语权。

三. Education与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.09 - 1982.07$：河北化工学院（现河北科技大学）化工系，本科（有机化工专业）
$1982.09 - 1985.07$：中国科学院长春应用化学研究所，硕士（无机化学专业，导师：唐定骧研究员）
$1985.09 - 1988.08$：中国科学院化学研究所，博士（物理化学专业，导师：胡日恒院士、闫海科研究员）

2. 工作履历

$1988.09 - 1989.08$：中国科学院化学研究所，助理研究员
$1989.08 - 1991.09$：加拿大萨斯喀彻温（Saskatchewan）大学化工系，博士后
$1991.09 - 1991.11$：中国科学院化学研究所，助理研究员
$1991.11 - 1993.12$：中国科学院化学研究所，副研究员
$1993.12 - 至今$：中国科学院化学研究所，研究员、博士生导师
$1994.01 - 至今$：中国科学院化学研究所化学热力学与热化学研究室主任
目前兼任：上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室主任、华东师范大学特聘教授、北京大学兼职教授、中国科学技术大学兼职教授、天津大学兼职教授、青海省人民政府科技顾问等

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：国家自然科学奖二等奖（第一完成人，获奖项目：“超临界流体和离子液体中化学反应与材料合成的热力学研究”）
中科院奖项：中国科学院杰出科技成就奖（$2022$ 年度，作为“绿色化学与技术研究集体”领衔人）
省部级奖项：北京市科学技术奖二等奖（第一完成人）、国家和省部级科技进步奖 $3$ 项（非第一完成人）

2. 国际荣誉

期刊荣誉：Elsevier 出版社 J. Colloid Interface Sci. 期刊终身成就奖（Lifetime Achievement Award）
学术会士称号：英国皇家化学会会士（FRSC）、中国化学会首批会士（FCCS）

3. 其他重要荣誉

$1997$ 年：获得国家杰出青年科学基金资助
$1992$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家
$2023$ 年：荣获何梁何利基金科学与技术进步奖（化学奖）
$2021$ 年：荣获“中央和国家机关优秀共产党员”称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

副主编职务：曾任 Green Chemistry（《绿色化学》）副主编
编委与顾问编委：现任 Chem. Sci.、ChemSusChem、J. Supercritical Fluids、《中国科学（化学）》、《物理化学学报》等 $16$ 种重要期刊的编委或顾问编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内学术机构：中国科学院化学研究所碳中和化学中心主任、中国科学院胶体界面与化学热力学重点实验室主任
学术团体及兼职：国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）第三学部领衔委员（Division III, Titular Member）、IUPAC绿色化学分会前主席（$2008$ 年 $1$ 月至 $2012$ 年 $12$ 月）、亚洲超临界流体学会主席、中国化学会常务理事、中国化学会绿色化学专业委员会主任、中国化学会化学热力学与热分析专业委员会主任

六. 个人风格与格言

韩布兴院士深耕化学前沿、严谨治学，在工作与生活中时刻展现出求真务实的学者作风。他始终践行国家科技工作者的使命与担当：

“尽心尽力做好每件事，全心全意做科研。”

面对新时代的“双碳”目标与科技前沿，他勉励广大青年学者与科技工作者：

“作为一名中国科学院的党员科技工作者，我更要勇担‘国家人’的‘国家责’，努力抢占绿色化学‘科技制高点’，当造福人类社会的‘绿色使使者’，为国家实现绿色可持续发展作出贡献！”

七. 参考文献

刘云圻（物理化学与有机光电器件）院士｜我国分子材料与场效应器件领域的开拓者与领军者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

刘云圻（物理化学与有机光电器件）院士｜我国分子材料与场效应器件领域的开拓者与领军者

一. 基础信息概览

姓名：刘云圻（Yunqi Liu）
生卒年月：$1949$ 年 $2$ 日出生于江苏省靖江市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2015$ 年当选为中国科学院院士（$2018$ 年当选为发展中国家科学院院士）
主要研究领域：分子材料与器件、有机光电（高分子及有机小分子半导体）、石墨烯等二维材料、场效应晶体管、分子器件

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

刘云圻院士长期从事分子材料的设计、合成与器件物理研究。他聚焦于高性能分子半导体材料的设计、生长，以及器件内部界面调控等重大前沿科学问题。通过将分子设计、薄膜形貌控制与器件物理深度结合，系统开展了高性能 $\pi$-共轭分子半导体材料的创制、高质量石墨烯的可控生长以及多功能场效应分子器件的设计，推动了我国有机光电材料与器件领域从无到有、并逐渐走向国际学术前沿。

2. 标志性成果

高性能 $\pi$-共轭分子材料的设计思想与性能调控调控：在有机场效应晶体管（$\text{OFET}$）等分子器件中，低载流子迁移率是限制其在逻辑电路和柔性屏中应用的长期瓶颈。刘云圻系统提出了设计高性能分子材料的创新思想，指出“扩展 $\pi$-电子共轭体系”是实现载流子高效传输和高迁移率的重要物理化学途径。他带领团队设计并合成了一系列具有优异光电性能的新型 $\pi$-共轭小分子与共轭高分子材料，实现了对电荷传输性能的精准调控。该方向成果“新型光电功能分子材料与相关器件”及“有机场效应晶体管基本物理化学问题的研究”，分别荣获 $2007$ 年度和 $2016$ 年度国家自然科学奖二等奖（主要完成人）。
高质量石墨烯及其二维材料的 CVD 可控生长与调控：在化学气相沉积（$\text{CVD}$）法生长大面积石墨烯的过程中，常规固态催化剂容易产生多晶畴及无序晶界，严重削弱其本征电导率。刘云圻在国际上率先提出了利用“液态铜”作为催化剂生长石墨烯的学术路线，成功获得了高质量的大面积单晶石墨烯。他带领团队制备出世界上第一个“氮掺杂”的石墨烯，通过原子掺杂实现了对石墨烯费米能级和电学性能的精准物理调控；并开拓了无需金属基底、在氧化硅等介电层上“直接生长石墨烯”的新方法。该方向成果“石墨烯的可控生长及其性能调控”荣获 $2019$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
多相界面调控与柔性/多功能分子器件应用：他系统揭示了电极/半导体、绝缘介电层/半导体等多相界面对场效应器件性能的影响规律与电荷局域化机制，开发出新型溶液法加工技术，实现了在超薄本征柔性基底上器件的高质量集成。他带领团队积极推动分子器件的多功能化，并将专利和学术成果逐步向柔性显示屏、可穿戴电子和高集成芯片制造的一线方向转化，极大拓宽了分子器件的实际应用范围。

3. 学术地位与影响

刘云圻院士是国际上分子材料与器件、石墨烯可控生长领域的领军学者，也是我国有机固体和有机场效应晶体管研究的核心中坚。他至今在国内外重要学术刊物（如 Science, Nature, Nat. Mater., JACS, Angew. Chem., Adv. Mater. 等）公开发表 $SCI$ 收录论文 $600$ 余篇，他人引用超过 $3 \times 10^4$ 次，$\text{H-index}$ 大于 $90$，获授权中国发明专利 $70$ 项，出版专著两部。他于 $2014$ 年起连续十余年入选汤森路透（现科睿唯安）全球“高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”目录，显著提高了中国科学家在有机半导体物理和二维功能材料领域的国际学术话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1972.04 - 1975.07$：南京大学化学系，本科毕业
$1985.01 - 1988.03$：日本理化学研究所，进修光电功能材料（导师：山田瑛）
$1991.04 - 1991.10$：日本东京工业大学光电功能材料专业，研究生毕业获理学博士学位（导师：今井淑夫）
$1997.10 - 1998.08$：美国东北大学材料系，访问学者

2. 工作履历

$1975.09 - 至今$：中国科学院化学研究所（有机固体实验室），历任助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师、课题组组长（已在中科院化学所潜心工作逾半个世纪）
$2018.10 - 至今$：复旦大学材料科学系/光电研究院，教授、博士生导师、复旦大学学术委员会委员

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级奖项

国家级奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2019$ 年度，第一完成人，获奖项目：“石墨烯的可控生长及其性能调控”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2016$ 年度，第二完成人，获奖项目：“有机场效应晶体管基本物理化学问题的研究”，第一完成人：胡文平）
- 国家自然科学奖二等奖（$2007$ 年度，第二完成人，获奖项目：“新型光电功能分子材料与相关器件”，第一完成人：朱道本）
省部级科技奖项：
- 北京市科学技术奖一等奖（$2017$ 年度，主要完成人）
- 北京市科学技术奖一等奖（$2022$ 年度，主要完成人）

2. 国际荣誉

学术会士/院士称号：
- 当选发展中国家科学院（TWAS）院士（$2018$ 年）
- 当选中国化学会首批会士（FCCS）
国际高被引荣誉：
- 汤森路透/科睿唯安全球“高被引科学家”（$2014$ 年起连续获得）

3. 其他重要荣誉

优秀导师荣誉：先后十一次获得中国科学院优秀导师奖、北京市优秀导师奖等教育指导奖项

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

学术编委及顾问：现任或曾任国际学术期刊 ACS Materials Letters、Nanoscale、Flexible Printed Electronics、Scientific Reports 等 $6$ 种重要期刊的编委、顾问委员会成员或学术顾问

2. 重要社会与学术兼职

国家级科技决策平台：科技部国家重点基础研究发展计划（$973$ 计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长
重要学术团体职务：
- 中国材料研究学会功能分子材料与器件分会主任
- 中国化学会有机固体专业委员会副主任、中国化学会理事
重点平台与研究所学术咨询：
- 中国科学院化学研究所学术委员会委员、有机固体实验室学术顾问

六. 个人风格与格言

刘云圻院士为人谦逊低调，治学数十年如一日，极度执着严谨。自 $1975$ 年从南京大学毕业分配到中科院化学研究所工作起，他始终坚持在一线从事具体的实验、论文修改和组会指导。除了出差等特殊情况，他的周末几乎全部在实验室和办公室度过。面对分子科学的深奥和青年一代科技工作者的求索，他深刻地勉励道：

“做科研没有捷径，只有靠执着和积累。材料研究和器件物理的每一个突破，都离不开千百次的实验探索。在日常一点一滴的奋斗里才能看到真实的发现，只有在别人看不见的地方坚守、自律，才能在学术上真正留下扎实的痕迹。”

他致力于推动我国光电子器件的国产化，对于基础研究向产业应用的跨越寄予深望：

“我们做科学研究，不能仅仅满足于在国际上发表高水平的学术文章。应用这方面还有很多工作可做、要做。把我国自主研发的分子材料、高迁移率半导体和石墨烯可控技术，真正应用到未来的柔性显示屏和高集成电子器件中，去解决我国在先进制造业底座上的卡脖子短板，才不辜负国家的重点培养。”

七. 参考文献

孙世刚（物理化学与电化学）院士｜全球高能表面电催化材料创制与谱学电化学的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

孙世刚（物理化学与电化学）院士｜全球高能表面电催化材料创制与谱学电化学的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：孙世刚 (Shi-Gang Sun / Shigang Sun)
生卒年月：$1954$ 年 $7$ 月出生于重庆市万州区（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2015$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：电催化、表面电化学、谱学电化学、能源化学与先进材料（锂电池、燃料电池、液态电池等）

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

孙世刚院士长期致力于电催化、表界面科学、谱学电化学以及能源电化学基础和应用基础研究。他聚焦于攻克在电化学界面反应中多相催化效率低下、催化剂活性表面结晶难以控制、小分子电氧化反应路径复杂等物理化学重大瓶颈问题。他围绕“催化剂表面结构效应与电氧化/电还原动力学”这一核心主线，深入开展了高能表面/高指数晶面金属纳米晶的可控合成与结构调控，系统创制了基于红外光谱和时间分辨原位表征手段的谱学电化学分析体系，并将其拓展应用于高性能质子交换膜燃料电池（$\text{PEMFC}$）催化剂及锂硫、锂氧等多相电池界面演化机制的解析中，打通了从微观电化学界面分子构型控制到规模化绿色能源材料转化的科学链路。

2. 标志性成果

高能量表面高指数晶面金属纳米晶的创制与结构效应规律（突破电催化活性瓶颈）：在多相电催化中，高能表面（如高指数晶面）由于具有高密度的原子台阶、空位和扭折，能表现出远超低指数晶面的催化活性，但因其在热力学上极度不稳定，长久以来学术界普遍认为无法通过湿化学法合成出高稳定、大面积高指数晶面的金属纳米晶。在 $2007$ 年，孙世刚课题组在 Science 上发表了里程碑式的成果，利用独特的电化学制备技术（方波电位法），首次在国际上合成了具有 ${730}$、${210}$、${520}$ 等高指数晶面、呈二十四面体（$\text{Tetrahexahedral, THH}$）形貌的高性能铂（$\text{Pt}$）纳米晶体。该高能晶面铂催化剂在甲酸、乙醇等绿色小分子电氧化反应中表现出比商业铂黑催化剂高出高达 $2\text{ - }4$ 倍的电催化活性和极其出色的水热稳定性，改写了国际电化学和纳米晶生长关于“高能表面无法在稳定态大面积存续”的固有认知。该项奠基性工作“金属纳米晶体结构效应及电催化性能”荣获了 $2013$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
电化学界面分子吸附和原位红外反射光谱方法学（构建原位谱学探测底座）：为在原子和分子水平上实时探测电化学反应的动态历程、解决传统电化学测试方法仅能获取宏观热力学参数而缺失微观反应机制的缺陷，孙世刚课题组系统发展了原位红外反射光谱方法学，包括快速步进扫描时间分辨原位红外反射光谱、高灵敏度调制反射谱等。他系统揭示了一碳到三碳（$C_1\text{-}C_3$）小分子酒精和酸类化合物在铂、钯、金等单晶电极表面吸附及脱氢、断碳-碳（$C\text{-}C$）键氧化的动态化学平衡，在量子层面上绘制并定量测定了特定中间物种的覆盖度与能级分布，主编出版了该领域的首部英文经典专著，成为全球原位光谱电化学研究不可或缺的底层实践范式。
锂硫电池高浓度多硫化锂界面层的形成与演化机制破译（$2026$ 年最新颠覆性工作）：在全固态与高能锂硫电池中，多硫化物的严重溶出与穿梭效应一直是限制其高安全、高容量稳定循环的核心难题。在 $2026$ 年 $6$ 月，孙世刚院士与厦门大学廖洪钢教授团队、华中科技大学黄云辉教授团队等跨学科协同攻关，在《自然》（Nature）杂志发表了突破性成果。他们利用自主研发并集成的原位液相透射电子显微镜（$\text{in-situ liquid-cell TEM}$）以及多尺度物理化学测试手段，首次在真实的充放电原位环境中观察并阐明了高浓度多硫化锂（$\text{LiPS}$）固液混合界面层的形成动力学与空间演化规律，为通过界面电解液调控和膜材料改性来阻断电池穿梭效应提供了系统的微观物理化学理论支撑。

3. 学术地位与影响

孙世刚院士是全球电化学、表面物理化学与纳米催化材料领域的顶级领军科学家，也是我国推动绿色能源电化学转型和表界面机制研究的核心功臣。他至今在包括 Science、Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等国际顶级旗舰期刊上发表学术论文 $600$ 余篇，论文被他人引用超过 $3 \times 10^4$ 次， $H\text{-index}$ 达 $91$。他自 $2014$ 年起连续入选全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers）”目录。他曾荣获国际电化学会“布莱恩·康威物理电化学奖章”（$2010$ 年，全球每两年仅评选一人）、中法化学讲座奖（$2015$ 年）及中国电化学贡献奖，奠定了中国学者在世界高指数晶面电催化和谱学电化学科学历史进程中的绝对话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.03 - 1982.02$：厦门大学化学系，电化学专业，本科毕业获理学学士学位（七七级高考学生）
$1982.07 - 1986.09$：法国巴黎居里大学（巴黎第六大学/现索邦大学）化学系，物理化学专业，研究生毕业获法国国家博士学位（受教于欧洲顶尖表面电化学家）

2. 工作履历

$1986.09 - 1987.10$：法国科学研究中心（$\text{CNRS}$）界面电化学研究所，博士后研究员
$1987.12 - 1989.11$：厦门大学物理化学博士后科研流动站，博士后研究人员（回国开展博士后工作的第一批中坚力量）
$1988.12 - 1991.11$：厦门大学化学系，副教授
$1991.12 - 至今$：厦门大学化学化工学院，教授、博士生导师、闽江学者特聘教授、南强讲席教授
$1997.03 - 2005.12$：固体表面物理化学国家重点实验室（厦门大学），副主任、主任
$2002.12 - 2013.12$：厦门大学，校长助理、副校长、学术委员会副主任
$2013.12 - 至今$：固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任、国家重大科研仪器设备研制专项“基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置”负责人。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2013$ 年度，第一完成人，获奖项目：“金属纳米晶体结构效应及电催化性能”）
省部级科技最高奖：
- 教育部自然科学奖一等奖（$2008$ 年度，第一完成人，获奖项目：“金属纳米晶体结构效应和光谱电化学的研究”）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿大奖：
- 获国际电化学会“布莱恩·康威物理电化学奖章”（$\text{Brian Conway Prize for Physical Electrochemistry}$，$2010$ 年度，表彰其在单晶电极表面过程及谱学电化学中的突破）
- 获法国化学会-中国化学会“中法化学讲座奖”（$2015$ 年度，表彰其对中法化学界交流及双边学术合作的卓越贡献）
行业学术大奖：
- 荣获中国化学会电化学委员会第一届“中国电化学贡献奖”（$2009$ 年度，电化学界国内个人最高学术大奖）

3. 其他重要荣誉

$1995$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2010$ 年：荣获“全国先进工作者”称号
$2010$ 年：荣获“全国优秀博士学位论文指导教师”称号
$2015$ 年：荣获“全国模范教师”称号
$2015$ 年：荣获“全国优秀科技工作者”称号
双国最高学术会士：
- 当选国际电化学会会士（$\text{ISE Fellow}$，$2017$ 年度）
- 当选英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$，$2015$ 年度）
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

执行及副主编职务：
- 长期担任国际电化学界顶级期刊《电化学学报》（Electrochimica Acta）副主编
- 长期担任《电化学》杂志主编
- 担任《物理化学学报》、《光谱学与光谱分析》、《化学学报》副主编
学术顾问与编委：
- 担任 Journal of Electroanalytical Chemistry、ACS Energy Letters、National Science Review（《国家科学评论》）等期刊的顾问委员会成员、常务学术顾问或编委。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任、国家自然科学基金委“界面电化学”创新研究群体学术带头人
- 厦门大学学术委员会副主任、厦门大学化学化工学院学术顾问
国家部委级学术决策机构：
- 教育部科学技术委员会化学化工学部常务副主任、教育部科学技术委员会学风建设委员会委员
- 国家重大基础研究计划（$973$ 计划）能源科学领域专家咨询组成员
重要学术团体：
- 中国化学会常务理事、副理事长（前）
- 中国微米纳米技术学会常务理事

六. 个人风格与格言

孙世刚院士在科研中推崇“教研相长，丹心逐梦”，极力主张突破传统化学教育和实验的死板界限。作为我国高考制度恢复后的第一批大学生（七七级），他在已获得厦门大学副校长、校长助理等重要行政岗位职责的数十年间，始终坚持每年在第一线给大一本科生上基础理论化学课，深受厦大学子爱戴。对于如何平衡基础前沿探索与国家急需的能源和电池瓶颈，他常深切教导青年科技工作者：

“科学研究没有近路，也绝不能亦步亦趋地做‘影子工作’。我们做电化学和表面功能材料研究，最高、最实打实的标准不是纸面上刷出多少高分文章，而是要真正跨越出温室，去拷问我们的方法是否在复杂的电池电堆和燃料电池催化界面中解决了安全和寿命的卡脖子难题。在世界能源科技的延长线上写下属于我们中国人独立的新命名、自研的新标准，这就是我们不忘初心、报效国家的时代担当。”

七. 参考文献

安立佳（高分子物理）院士｜深入缠结高分子流变学前沿并推动通用材料高性能化的物理学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

安立佳（高分子物理）院士｜深入缠结高分子流变学前沿并推动通用材料高性能化的物理学家

模块一：基础信息概览

姓名：安立佳（Lijia An） [1, 2]
生卒年月：1964年11月出生于吉林省前郭尔罗斯蒙古族自治县（籍贯山东东平），目前健在。 [1, 2, 4]
所属学部：中国科学院化学部 [3]
当选年份：2015年正式当选为中国科学院院士 [1, 3]
主要研究领域：缠结高分子流体非线性流变学、过冷液体（胶体）动力学、高分子稀溶液动力学、高分子共聚物微相分离 [1]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

安立佳长期致力于高分子物理基础前沿领域的理论与实验研究 [1]。他聚焦于缠结高分子流体、非线性流变学、胶体玻璃化转变等具有重要科学价值和工业应用背景的物理问题，从分子链段、构象及多尺度演化机制出发，系统解析高分子材料在受限、形变等非平衡态下的动力学机理，为高性能高分子加工工艺的优化提供了深厚的物理理论支撑 [1, 2]。

2. 标志性成果

缠结高分子流体非线性流变行为的分子机理：安立佳在非线性流变学领域开展了系统性工作。他带领研究团队深入研究了启动剪切作用下，缠结高分子流体的分子链构象演变、解缠结与缠结演化规律，成功构建了阐明应力-应变响应微观机制的物理模型 [2]。该成果为缠结高分子在复杂剪切场下的非线性流动行为提供了精细的分子级别图像 [1, 2]。
通用高分子（聚烯烃）材料的改性与产业应用：针对国家重大产业需求，安立佳积极参与并推动通用高分子材料的改性研究 [2]。作为核心研究人员，他参与了“聚烯烃材料的化学与生物改性及其大规模应用”项目，重点解决了高分子及复合材料在制备、结构与性能关联性上的有限元分析及优化设计难题，该项目成果在工业界实现了大规模推广应用，产生了显著的经济效益 [1, 2]。
高分子共聚物微相分离与稀溶液动力学理论：在过冷液体动力学、共聚物微相分离等理论前沿，安立佳提出了一系列创新性成果。他在分子水平上揭示了多组分高分子体系的相行为和微相分离动力学规律，发展了高分子稀溶液与胶体玻璃化转变的新理论模型 [1]。

3. 学术地位与影响

安立佳是我国高分子物理研究领域的领军学者之一 [1]。他在《Polymer》《Chinese Journal of Polymer Science》等国内外学术期刊上发表了 $320$ 余篇论文，SCI他引次数超过 $4000$ 次，并获得多项发明专利 [1]。他的研究成果不仅丰富了非平衡态高分子物理的理论体系，更在国家通用高分子材料高性能化、功能化等重大战略领域中，发挥了从基础科学到工程化应用的桥梁作用 [1, 2]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1982.09 – 1986.07：吉林大学化学系，高分子化学与物理专业，获理学学士学位 [1, 2]
1986.09 – 1989.07：吉林大学化学系，高分子化学与物理专业，获理学硕士学位 [1, 2]
1989.09 – 1992.11：吉林大学化学系，高分子化学与物理专业，获理学博士学位 [1, 2]

2. 工作履历

2023.03 至今：第十四届全国人民代表大会财政经济委员会副主任委员，无党派人士代表 [5]
2018.01 – 2023.01：吉林省人民政府副省长 [4, 5]
2008.10 – 2018.04：中国科学院长春应用化学研究所，所长 [1, 4]
2003.11 – 2008.10：中国科学院长春应用化学研究所，副所长 [1]
2000.08 – 2003.11：中国科学院长春应用化学研究所，所长助理 [1]
2000.03 至今：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，研究员、博士生导师 [1]
1999.09 – 2000.03：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理联合开放实验室，研究员、博士生导师 [1]
1998.09 – 1999.08：香港科技大学化学工程系，高级访问学者 [1]
1997.12 – 1998.08：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理联合开放实验室，研究员 [1]
1997.05 – 1997.12：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理联合开放实验室，助理研究员 [1]
1995.08 – 1997.05：德国美因茨（Mainz）大学物理化学研究所，德国亚历山大·洪堡基金会资助研究员（Alexander von Humboldt Fellow） [1]
1992.11 – 1995.07：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理实验室，助理研究员 [1]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2009年：国家科学技术进步奖二等奖（项目：“聚烯烃材料的化学与生物改性及其大规模应用”，排名第三） [2]

2. 省部级科技奖项

2016年：吉林省科学技术奖一等奖 [1]
2014年：吉林省科学技术奖一等奖 [1]
2013年：吉林省科学技术奖一等奖 [1]
2010年：吉林省科学技术奖一等奖（项目：“高分子及复合材料制备-结构-性能相关性的有限元分析与优化设计”，排名第二） [1, 2]
2009年：吉林省科学技术进步奖一等奖（项目：“高质量无机纳米晶制备及性能研究”，排名第二） [1, 2]
2006年：吉林省科学技术进步奖一等奖（项目：“功能化、高性能化通用高分子材料的制备及其应用”，排名第二） [1, 2]

3. 其他重要荣誉

2020年：当选为中国化学会会士（首批） [1, 2]
2011年：获评“吉林省资深高级专家” [1]
2004年：入选新世纪百千万人才工程国家级人选 [1]
2002年：获评“吉林省第二批省管优秀专家” [1]
1999年：获得“国家杰出青年科学基金”资助 [5]
1999年：开始享受国务院政府特殊津贴 [1]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《Polymer》：国际编辑顾问委员会编委（Editorial Advisory Board，2009.12至今） [1]
《Chinese Journal of Polymer Science》（高分子科学）：编委（2016.03至今） [1]
《中国科学：化学》：编委（2013.01至今） [1]
《化学学报》：顾问（2008.01至今） [1]
《功能高分子学报》：顾问（2007.12至今） [1]
《化学通报》：编委（2012.03至今） [1]
《Chinese Chemical Letters》（中国化学快报）：编委（2012.08至今） [1]

2. 重要社会与学术兼职

国家级政治职务：第十四届全国人民代表大会财政经济委员会副主任委员 [5]
学术社团职务：欧美同学会（中国留学人员联谊会）第八届理事会副会长（2021.01至今） [5]
重点实验室职务：高分子物理与化学国家重点实验室（中国科学院长春应用化学研究所）学术带头人 [1]

模块六：个人风格与格言

安立佳院士行事严谨务实，在深耕学术的同时，始终关注青年科技人才的培养和高等教育事业。他认为科学创新应当追求超越与跨越，勇于挑战常规。

治学格言：

“要做经得起挫折、敢于面对各种挑战的人。我们正处在颠覆性创新大量涌现的时代，最富创新思维和创新活力的年轻一代，应当将创新意识融入学习与工作的点点滴滴，敢于并善于超前性创新、跨越式创新和颠覆性创新，用火热的青春拥抱这个时代。” [6]

模块七：参考文献

[1] 高分子物理与化学国家重点实验室（中国科学院长春应用化学研究所）安立佳院士主页介绍. https://www.ps-lab.ciac.cas.cn/rcdw/ylb/202206/t20220615_269053.html [2] 中国化学会会士百科（安立佳介绍）. https://www.chemsoc.org.cn/member/fellow/136101.html [3] 中国科学院学部与院士（化学部-安立佳简介）. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/201512/t20151224_4502117.html [4] 科学网报道（安立佳院士当选为吉林省副省长）. https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/2/402117.shtm [5] 维基百科（安立佳词条中文版）. https://zh.wikipedia.org/zh-cn/安立佳 [6] 吉林大学新闻网（校友安立佳院士赠言毕业生：要做经得起挫折、敢于面对各种挑战的人）. https://news.jlu.edu.cn/info/1021/42933.htm

李玉良（无机化学与碳材料化学）院士｜我国二维碳同素异形体“石墨炔”的开创者与奠基人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李玉良（无机化学与碳材料化学）院士｜我国二维碳同素异形体“石墨炔”的开创者与奠基人

一. 基础信息概览

姓名：李玉良（Yuliang Li）
生卒年月：$1949$ 年 $10$ 月出生于山东省青岛市，籍贯山东省高密市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2015$ 年当选为中国科学院院士（$2018$ 年当选为世界科学院院士）
主要研究领域：二维碳同素异形体石墨炔（$\text{Graphdiyne, GDY}$）及富碳聚集态结构、低维异质结构自组织生长、富勒烯低维材料与分子功能材料、电催化、能量转换与光电器件

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李玉良院士长期致力于以无机化学为基础的交叉科学研究。他聚焦于低维碳基和富碳分子基材料的定向合成、多维大尺寸聚集态结构的分子设计，以及这些新型碳材料在催化、储能、光电等领域的自组装生长和自组织方法学。他致力于攻克传统碳同素异形体（如石墨烯）因无本征带隙而限制其在半导体器件中广泛应用的瓶颈问题。他通过原创性的化学合成手段，开辟了全碳二维材料从化学合成到物理应用的全新路径，构建了具有我国完全自主知识产权的石墨炔基新型功能材料体系。

2. 标志性成果

二维全碳新材料“石墨炔”（$\text{Graphdiyne}$）的首次成功制备与命名：长期以来，化学界普遍认为全碳材料无法通过传统湿化学法低温常压大面积合成。在 $2010$ 年，李玉良团队在铜箔表面作为生长衬底和催化剂，以六炔基苯（$\text{hexaethynylbenzene}$）为单体，利用交叉偶联反应在国际上首次合成了具有本征带隙、由 $\text{sp}$ 和 $\text{sp}^2$ 杂化碳原子共同组成的二维碳同素异形体——石墨炔（$\text{GDY}$）薄膜。该成果彻底结束了人类无法用化学合成方法大面积获得本征半导体性质二维碳材料的历史。石墨炔具有特殊的二维层状共轭骨架和富炔天然大孔隙结构，室温电导率达 $2.516 \times 10^{-4}\text{ S}\cdot\text{m}^{-1}$，本征带隙处于 $0.45\text{ - }1.30\text{ eV}$ 之间且可实现厚度与形貌的精准调控，成为公认由我国科学家率先发现、命名并持续引领的碳材料全新研究领域。
石墨炔在单原子电催化与新能源储能领域的理论突破与示范应用：李玉良深入发掘了石墨炔富含炔健、天然微孔均匀及高化学稳定性的微观优势。他提出并证实了石墨炔作为新型配体和锚定骨架，可通过其“炔-炔”微孔结构原位稳定捕获过渡金属低价/零价单原子（如 $Fe$、$Ni$ 等）。该成果成功构筑了高载量、大面积零价过渡金属单原子催化剂，在电催化析氢反应（$\text{HER/OER}$）以及光电固氮反应（$\text{NRR}$）中表现出了大幅优于传统贵金属材料的催化活性和工作寿命。此外，他还利用石墨炔原子级的二维层状孔隙，成功开辟了其在锂/钠离子电池超快离子传输、锂硫电池“穿梭效应”抑制以及钙钛矿太阳能电池添加掺杂层等重大领域的储能应用研究。
低维无机/有机半导体异质结共生长及富勒烯低维生长方法学：针对纳米科学中两种晶格失配材料难以相容组装共生长这一世界性瓶颈难题，李玉良建立了无机/有机半导体异质结自组装生长方法学，为实现大面积、高度有序纳米异质结构的形貌及性质微观调控提供了普适的化学自组装方案，被国际公认为低维异质结生长的经典范式之一。此外，他还在国际上率先发展了富勒烯（$\text{C}_{60}$）等大分子的低维结构多维定向控制合成策略，制备出了高有序性、大面积的富勒烯纳米管/线阵列，开创了富勒烯聚集态结构物理特性的宏观探测与应用新途径。

3. 学术地位与影响

李玉良院士是国际低维富碳聚集态结构和石墨炔领域的奠基人和开拓者，也是首批将单原子催化和超分子自生长设计完美融入全碳体系的交叉学科领军人物。他的研究使全碳材料研究在世界上首次烙上了“中国创造”的科学印记，打破了美、日等国在富勒烯、碳纳米管、石墨烯领域对基础科学和专利的垄断。凭借在二维碳石墨炔研发中的开创性贡献，他领衔的“二维碳石墨炔”研究集体荣获 $2021$ 年度中国科学院杰出科技成就奖。他至今已发表学术论文 $600$ 余篇，多次入选全球“高被引科学家”名录，显著提升了我国在碳基功能分子、物理化学、固态化学及多相催化领域的国际话语权与前沿话语引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1972.04 - 1975.12$：北京化工学院（现北京化工大学）基本有机合成专业，本科毕业（在那个特殊的教育时代，他以优异成绩毕业并直接投身国家基础化学研究，此后通过数十年的科研实践在没有高学历背景的前提下成长为国际顶尖科学家）

2. 工作履历

$1975.12 - 1986.09$：中国科学院化学研究所，研究实习员
$1986.09 - 1992.12$：中国科学院化学研究所，助理研究员
$1987.03 - 1989.10$：荷兰阿姆斯特丹大学有机化学实验室，访问学者（开展分子功能体系的研究）
$1992.12 - 1996.12$：中国科学院化学研究所，副研究员
$1995.12 - 至今$：中国科学院化学研究所（有机固体重点实验室），研究员、博士生导师（于 $2015$ 年 $12$ 月正式当选为中国科学院院士）
$1998.10 - 1999.03$：香港大学化学系，访问教授（开展配位化学及超分子光化学合作研究）
$1999.09 - 2000.02$：美国圣母大学（$\text{University of Notre Dame}$）放射实验室，访问教授
$2007.06 - 2016.12$：作为首席科学家，两次主持科技部国家重大科学研究计划项目（原“$973$”项目）
$2016.03 - 至今$：黑龙江大学特聘教授、山东大学讲席教授（兼任山东大学前沿交叉科学青岛研究院物质创制与能量转换科学研究中心主任）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2014$ 年度，第一完成人，获奖项目：“若干分子基材料的自组装、聚集态结构和性能”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2005$ 年度，第四完成人，获奖项目：“具有特殊浸润性（超疏水/超亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑”，第一完成人：江雷）
- 国家自然科学奖二等奖（$2002$ 年度，第二完成人，获奖项目：“$\text{C}_{60}$ 的化学和物理若干基本问题研究”，第一完成人：朱道本）
科学院级科技奖项：
- 中国科学院杰出科技成就奖（$2021$ 年度，作为“二维碳石墨炔”研究集体领衔人）
- 中国科学院自然科学奖二等奖（$1999$ 年度，主要完成人）
省部级科技奖项：
- 北京市科学技术奖（自然科学）一等奖（两项，主要完成人）

2. 其他重要荣誉

$2017$ 年：荣获首届“全国创新争先奖”
$2017$ 年：荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际顾问与编委：现任或曾任多个国际顶尖材料化学及二维科学期刊的编委、顾问编委、以及环太平洋化学会分会主席

2. 重要社会与学术兼职

学术团体及兼职：
- 中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）
- 中国化学会无机化学专业委员会委员、有机固体专业委员会委员
- 亚洲纳米科学和技术大会主席
国家级及校内重点创新平台：
- 中科院化学研究所学术委员会主任
- 山东大学前沿交叉科学青岛研究院物质创制与能量转换科学研究中心主任
- 国家自然科学基金委员会重大研究计划项目指导专家组成员（$2008 - 2019$ 年）

六. 个人风格与格言

李玉良院士始终坚守着老一辈科学家脚踏实地、独立自主的求实品格。在石墨烯和碳纳米管等国外开创的碳材料竞争白热化之际，他不甘于亦步亦趋的“跟踪式”研究，坚信中国科学家必须在碳材料领域做出自己的原创科学贡献。回想起数十年来在纳米和分子世界里，为了捕捉不为人知的全碳六边形而付出的巨大心血，他淡然地说道：

“人的一生，应该去真正思考，哪个阶段真正地推动了自己。我们在碳材料领域耕耘 $20$ 多年，一直坚持初心，希望做出中国人自己的碳材料，让别人来跟着我们做。”

面对科学研究和国际科技格局的瞬息万变，他时刻保持着清醒的忧患意识和不畏险阻的韧性，以此寄语并勉励当代青年科技工作者：

“逆水行舟，不进则退。科学家进入这个战场，不去竞争只有失败。分子基材料的世界无穷无尽，只有在漆黑和无数次失败的实验中反复爬起，我们才能够在属于中国自主发现的石墨炔上留下更深的科学痕迹。”

七. 参考文献

李隽（计算化学与理论无机化学）院士｜我国镧系锕系重元素理论量子化学与单原子催化理论的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

李隽（计算化学与理论无机化学）院士｜我国镧系锕系重元素理论量子化学与单原子催化理论的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：李隽（Jun Li）
生卒年月：$1962$ 年 $3$ 月出生于陕西汉中洋县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：镧系与锕系重元素理论量子化学、放射化学、非均相单原子/单团簇催化理论、计算催化化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

李隽院士长期致力于重元素（镧系与锕系）理论化学、理论无机化学、重元素电子结构高精度算法，以及非均相单原子催化和单团簇催化的基础理论研究。他聚焦于利用高精度量子化学计算和强相对论效应理论，攻克多电子复杂重元素体系的化学键本质、超高价态极限、纳米及次纳米尺度过渡金属团簇结构，以及单分散过渡金属活性位点的动态催化机制，在微观原子与电子层面重构了科学界对重元素化学及多相催化活性中心的认知。

2. 标志性成果

锕系与惰性气体的化学成键及重元素最高氧化态理论探索：重元素由于强相对论效应与独特的电子排布，极易展现出新奇的化学键和超常氧化态。李隽在国际上率先发现并理论论证了锕系元素与惰性气体之间存在化学成键作用，在 $2002$ 年利用相对论密度泛函理论，阐明了 $CUO$ 分子能够与氩（$Ar$）、氪（$Kr$）、氙（$Xe$）等惰性气体原子在低温矩阵下直接结合形成稳定的 $CUO(Ng)_n$ 配合物。此后，他与实验学家协同合作，证实了五价镧系配合物（氮氧化镨 $NPrO$ 等）的独立存在，使镨（$Pr$）元素在 $PrO_2^+$ 和 $PrO_4$ 中呈现创纪录的 $+V$ 氧化态，打破了长期以来认为镧系元素最高氧化态不超过 $+IV$ 的传统化学认知。此外，他合作证实了铱（$Ir$）元素能在 $[IrO_4]^+$ 阳离子中呈现 $+IX$ 最高形式氧化态，触及了元素周期表中过渡金属高价态的理论极限。
“单原子催化”理论的创立与动态单位点机制建立：为了跨越多相催化长期难以精确阐明微观活性中心的科学瓶颈，在 $2011$ 年，李隽与张涛院士团队、刘景月教授合作，首次在国际上报道了负载型 $Pt_1/FeO_x$ 单原子催化剂，并合作提出并确立了“单原子催化（$Single\text{-}Atom\ Catalysis,\ SAC$）”这一崭新前沿概念。李隽构建了非均相单原子与单团簇催化的完整电子结构模型与催化活性规律。在国际上率先开展了“动态单原子催化（$Dynamic\ Single\text{-}Atom\ Catalysis$）”理论研究，揭示了反应条件下活性位点配位构型和氧化态的动态重构，打通了多相催化、均相催化与酶催化的物理边界。
金 $Au_{20}$ 纳米四面体与 $B_{40}$ 硼球烯新型团簇的发现：微纳团簇作为微观分子与宏观固体的纽带，具有极强的量子限域效应。李隽在 $2003$ 年与合作者在国际上首次通过光电子能谱与高精度相对论计算，证实了由 $20$ 个金原子构成的 $Au_{20}$ 团簇拥有完美的、高度对称的四面体结构（宛如面心立方金本体结构的精巧片段），并伴有超越 $C_{60}$ 的超大能隙与优异热力学稳定性。$2014$ 年，他又与实验学者协同合作，首次在气相中证实并命名了具有完美 $D_{2d}$ 对称性的笼状全硼富勒烯 $B_{40}$（即“硼球烯”），揭示了其独特的双离域、立体笼状芳香性成键规律，开启了与碳富勒烯平行的无机非金属笼状团簇研究前沿。
稀土相对论赝势开发与分离萃取体系计算物理建模：针对我国稀土与放射性锕系资源的高效分离与功能开发这一重大战略需求，李隽致力于开发具有自主知识产权的高效相对论赝势（$Relativistic\ Pseudopotentials$）和稀土量子无机化学理论方法。他发展的理论模型克服了重元素大体系计算中由于强相对论效应和 $f$ 轨道复杂电子相关带来的庞大计算耗费，成功将量子计算扩展应用到重稀土元素、镧锕分离萃取流程中的多相络合物平衡和配位化学本质分析中，为建立高效、绿色的稀土湿法冶金与放射性核素处置技术奠定了高精度计算化学基石。

3. 学术地位与影响

李隽院士是国际重元素量子化学和计算催化化学领域公认的领军学者、我国稀土理论化学领域的奠基人与学科带头人。他创造性地将严密的相对论密度泛函效应理论推移至多相催化和配位无机化学的最前沿，为解决传统工业催化反复试错的瓶颈提供了理性设计、按需预测的计算范式。他至今在国内外重要学术刊物（如 Science、Nature、Nat. Chem.、JACS、Angew. Chem. 等）发表正式学术论文 $600$ 余篇，论文被引超过 $7.5 \times 10^4$ 次（$H\text{-index} > 110$），获得 $2018$ 年度国家自然科学二等奖（排名第二）。他当选美国科学促进会会士（$AAAS\ Fellow$）、中国化学会会士，并于 $2025$ 年增选为中国科学院院士，他的卓越贡献推动了我国理论无机和催化学科在国际学术界的跨越式发展。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.10 - 1982.07$：陕西理工大学（原汉中师范学院）化学系，本科毕业获理学学士学位
$1985.09 - 1988.07$：河北师范大学化学系，研究生毕业获理学硕士学位
$1988.12 - 1992.02$：中国科学院福建物质结构研究所物理化学专业，研究生毕业获理学博士学位（导师：卢嘉锡院士、刘春万研究员）

2. 工作履历

$1982.07 - 1985.08$：陕西理工大学（原陕西工学院等），助教/子弟中学教师
$1988.08 - 1988.11$：河北师范大学化学系，讲师
$1992.02 - 1993.12$：中国科学院福建物质结构研究所，助理研究员、破格晋升为副研究员
$1994.01 - 1994.12$：德国西根大学（$University\ of\ Siegen$）化学系，博士后
$1995.01 - 2001.10$：美国俄亥俄州立大学（$Ohio\ State\ University$）化学系，研究科学家（$Research\ Scientist$）
$2001.11 - 2007.01$：美国西北太平洋国家实验室（$PNNL$）环境分子科学国家重点实验室（$EMSL$），高级研究科学家、资深科学家（$Chief\ Scientist$）
$2004.02 - 2007.01$：清华大学化学系，入选清华大学“百名人才引进计划”，受聘为教育部长江学者特聘教授、博士生导师（兼任 PNNL 职务直至全职回国）
$2007.01 - 至今$：清华大学化学系，教授、博士生导师、清华大学理论化学中心主任
$2025.11 - 至今$：中国科学院赣江创新研究院材料与化学研究所/稀土基础科学研究中心，主任（兼）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

国家级奖项：国家自然科学奖二等奖（$2018$ 年度，第二完成人，获奖项目：“瞬态新奇分子的光谱、成键和反应研究”，第一完成人：周鸣飞，其余完成人：王冠军、陈末华、龚昱）
校级荣誉：两次荣获清华大学研究生“良师益友”荣誉称号，其讲授的《理论与计算化学》入选清华大学精品课程

2. 国际荣誉与学会称号

学术会士称号：
- 美国科学促进会会士（$AAAS\ Fellow$，$2010$ 年当选）
- 中国化学会会士（$FCCS$，$2020$ 年当选）

3. 其他重要荣誉

$2004$ 年：入选清华大学“百名人才引进计划”并获聘为教授
$2005$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际顾问/编委：现任或曾任 Journal of Computational Chemistry、Theoretical Chemistry Accounts 编委或顾问委员，并联合主编多部理论化学与多相催化方向的中文学术丛书

2. 重要社会与学术兼职

校内/院所创新平台：
- 清华大学理论化学中心主任
- 中国科学院赣江创新研究院稀土基础科学研究中心主任、学术委员会主任
学术团体职务：
- 中国化学会理论化学专业委员会委员、物理无机化学专业委员会委员
- 曾担任会议主席筹办和组织 $2016$ 年“中国化学会第七届全国物理无机化学学术会议”等大型学术会议

六. 个人风格与格言

李隽院士在教学与科研中始终秉持卢嘉锡先生等老一辈科学家的“至臻务实，开拓新学”作风。作为一名深耕清华讲台二十载、两度获评研究生“良师益友”的纯粹学者，他高度重视科学原创，致力于破除跟随式的模仿研究。在 $2025$ 年当选为中国科学院院士后，他深刻寄语后辈科学工作者，展现了新时代中国科技中坚的力量与底气：

“我们正处在整个中国历史最伟大的时代，中国科学家与青年学者，要为引领世界科学做好准备，未来将有一批中国科学家的名字，写进世界科学教科书里！”

在面对计算理论与实验科学的有机咬合时，他常常指出，高水平理论计算的生命力不仅在于解释已知，更在于理性预测和引领未知：

“一个好的理论学者，不应该仅仅是实验结果的‘马后炮’翻译官，而应该成为在漆黑未探知领域中，为实验指明航道和构筑微观基石的亮灯人。”

七. 参考文献

彭孝军（精细化工与智能分子工程）院士｜我国彩色数码打印材料与智能荧光探针领域的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

彭孝军（精细化工与智能分子工程）院士｜我国彩色数码打印材料与智能荧光探针领域的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：彭孝军（Xiaojun Peng）
生卒年月：$1962$ 年 $10$ 月出生于湖南省澧县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2017$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：精细化工、功能分子结构设计与清洁制造、智能荧光探针与成像生物医用染料、高性能数码打印材料、非常规激发染料、电子化学品（高端光刻胶等）

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

彭孝军院士长期致力于精细化工、染料化学、分子识别以及智能功能染料与光敏材料领域的交叉前沿研究。他聚焦于攻克传统染料由于受非辐射跃迁和环境极性限制而导致发光性能差、信噪比低，以及进口高端打印染料和诊断耗材在我国大规模制造中受制于人的技术瓶颈。他围绕“功能染料激能态分子调控与响应规律”这一主线，系统开展了近红外比率荧光菁染料分子平台建设、特异性重构分子探针、高耐候性喷墨打印墨水、以及用于光刻和生物医疗诊断的非常规激发染料构效调控，打通了从基础功能分子理论设计到高新技术产业大规模应用的完整链路。

2. 标志性成果

近红外比率荧光菁/半花菁染料平台创制与智能响应规律确立（国家自然科学二等奖成果）：比率荧光检测方法由于具有自校准特性，是复杂生物体系内定量检测分析的通用方向，但在长波长近红外区（$650\text{ - }900\text{ nm}$）由于缺乏结构高度可调、拥有大 $\text{Stokes}$ 位移的染料母体，极限制约了高保真生物成像的精度。彭孝军系统提出了近红外比率荧光菁染料（$\text{Cyanines}$）的设计原理。他创制出大 $\text{Stokes}$ 位移的氨基半花菁（$\text{Hemicyanine}$）等平台型染料母体分子，阐明了其在激发态电荷转移（$\text{ICT}$）、激发态质子转移（$\text{ESPT}$）以及环境微介电质、粘度下的动态物理化学响应规律。该系列染料平台技术目前已衍生出全球范围内数百个具有多靶标识别及癌细胞高信噪比追踪的荧光探针体系。该成果“荧光染料识别与响应调控的理论与应用基础研究”荣获了 $2013$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
数码彩色喷墨打印染料清洁制造与高耐候耗材国产化（国家技术发明二等奖成果）：长期以来，高端数码彩色喷墨打印材料由于面临色彩高重现性与耐候稳定性（抗强光、防氧化）不可兼顾的瓶颈，市场完全被国外跨国公司专利和产品垄断。彭孝军领衔攻关，成功研发出拥有完全自主知识产权的高耐候彩色喷墨打印染料清洁制造工艺及耗材体系。他设计并合成了对光、热和臭氧具有高抵抗能力的耐候活性分子骨架，攻克了墨盒流动阻尼结构、墨水流出微压控制等系列工艺，并联合高科技民营巨头实现了墨盒和兼容打印芯片的大规模工业制造。该技术使我国生产的通用墨盒全球市场份额突破 $20%$，打印芯片全球市场占比突破 $70%$，冲破了国外垄断。该成果“大幅面数码喷墨染料及其应用”荣获了 $2006$ 年度国家技术发明奖二等奖（第一完成人）。
临床血液细胞自动分类荧光成像染料创制及产业化应用（国家技术发明二等奖成果）：在临床检验医学中，基于流式细胞术的血液细胞自动分析是基础检测的重中之重，但高精度的血液五分类荧光染色试剂长期依赖进口。彭孝军带领团队与国内领先的医疗器械制造企业协作攻关，针对白细胞、红细胞及异常细胞的细胞膜物理特征和内部特异性细胞器环境，开发出了一系列具有高度特异性、低背景荧光噪声、高量子产率的细胞染色靶向荧光探针染料。该技术打破了跨国药企对生化诊断检测试剂的技术壁垒，成功在我国主要型号的临床血液分析系统中实现了规模化、国产化产业装机应用。其团队主要成员完成的“血液细胞荧光成像染料的创制及应用”项目荣获 $2020$ 年度国家技术发明奖二等奖。
非常规激发染料构效调控与半导体高端光刻胶材料前沿探索（国家重大项目牵头）：随着我国半导体制造对先进制程光刻胶核心原材料自给率的迫切需求，传统的单光子或常规光谱激发机制已无法满足微细微加工极限工艺的要求。彭孝军院士作为首席科学家，牵头并负责国家自然科学基金重大项目“非常规激发染料的构效调控及产品工程科学基础”（$2021\text{ - }2025$ 年）。该项目致力于探索在多光子吸收、上转换以及三线态敏化等非常规激发途径下，染料分子的电子跃迁行为和能量传递动力学。该项目将开发高分辨率和高灵敏度的微纳光固化和先进制程光刻胶光敏引发助剂，为构筑高性能电子化学品打下扎实的物理化学基础。

3. 学术地位与影响

彭孝军院士是国际精细化工、智能功能染料及荧光探针化学领域的奠基人与学术带头人之一。他从基础激发态能量重分配理论出发，将精细化工染料在数码喷墨、血液细胞诊断及先进制程关键光刻胶材料上实现了颠覆性的产业化闭环，显著确立了我国在国际精细化工产品工程领域的学科引领性地位。他至今在国内外重要学术期刊发表高水平学术论文 $500$ 余篇，获授权国内外发明专利 $120$ 余项。他连续多年入选科睿唯安（$\text{Clarivate}$）全球“高被引科学家”名录，极大地树立了我国科学家在智能功能分子结构调控及特种精细化学品制造领域的学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.09 - 1982.07$：大连工学院（现大连理工大学）化工系，中间体及染料专业，本科毕业获工学学士学位
$1983.09 - 1986.07$：大连理工大学化工系，精细化工专业，研究生毕业获工学硕士学位
$1986.09 - 1990.01$：大连理工大学化工系，精细化工专业，博士研究生毕业获工学博士学位
$1990.03 - 1992.03$：南开大学化学系，有机化学专业，博士后研究工作

2. 工作履历

$1982.08 - 1983.08$：武汉染料厂，助理技术人员
$1992.04 - 1993.07$：大连理工大学化工学院精细化工专业，讲师
$1993.08 - 1996.07$：大连理工大学化工学院精细化工专业，副教授
$1996.08 - 至今$：大连理工大学精细化工全国重点实验室（原精细化工国家重点实验室），教授、博士生导师（于 $1996$ 年破格晋升）
$1997.12 - 2023.11$：大连理工大学精细化工全国重点实验室，主任
期间学术访问经历：曾先后在瑞典斯德哥尔摩大学（$\text{Stockholm University}$）、美国西北大学（$\text{Northwestern University}$）等多所国际顶尖学府担任访问学者。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2013$ 年度，第一完成人，获奖项目：“荧光染料识别与响应调控的理论与应用基础研究”）
- 国家技术发明奖二等奖（$2006$ 年度，第一完成人，获奖项目：“大幅面数码喷墨染料及其应用”）
省部级科技奖项：
- 教育部自然科学一等奖、中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖等省部部委级科技奖励共 $4$ 项（多为第一完成人）

2. 国际与行业重大奖项

行业重磅荣誉：
- 荣获第三届全国创新争先奖状（$2020$ 年度，表彰其在精细化工与染料调控领域的战略创新工作）
- 荣获中华全国总工会颁发“全国五一劳动奖章”（$2023$ 年度）
- 被评为“全国优秀科技工作者”（$2016$ 年度）
- 被评为“全国化工优秀科技工作者”（$2008$ 年度）
行业学术会士与高引荣誉：
- 当选中国化学会创始会士（$\text{FCCS}$）
- 当选中国化工学会会士（$\text{FCIES}$）
- 连续多年入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家”

3. 其他重要荣誉

$2001$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家
$2007$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2007$ 年：受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术期刊任职：担任国内外多家重要化工、材料以及生命分析化学期刊的编委及学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

学术团体与国家专家组：
- 中国化学会常务理事
- 中国化工学会精细化工专业委员会主任委员
- 中国化工学会日用化学品专业委员会主任
- 中国化工学会电子化学品专业委员会副主任
- 中国石油和化学工业联合会高端专用化学品专家委员会主任
国家级及省部级科研平台：
- 大连理工大学精细化工全国重点实验室前主任
- 国务院学位委员会第七届、第八届学科评议组（化学工程与技术组）成员
- 教育部高等学校化工类专业教学指导委员会副主任
- 石化新材料与资源精细利用国家地方联合工程实验室技术委员会副主任
- 中国染料标准化技术委员会副主任

六. 个人风格与格言

彭孝军院士治学严谨务实，在学术生态建设和科研方向的选择上高度提倡“独立创造，摆脱亦步亦趋”。面对精细化工学科的发展与青年一代科技中坚的成长，他常用朴实理性的态度鼓励学生回归大工业和民生的客观需求：

“化工学科不能关起门来只在纸面上做‘空中楼阁’。我们做精细化学品与染料研究，最高、最实打实的考量就是它能否走向大众的‘货架’、解决国家自主制造底座面临的卡脖子难题。我们通过分子结构的创新调控，不是为了跟在别人的后面优化一两个参数，而是要打破垄断、在世界的化工版图上写下我们中国人的绿色新规则。”

对待人才培养，他不仅亲自在一线带队攻坚，更把科研团队的氛围打造成最具自由思想碰撞和实真碰撞的沃土，其豁达而坚韧的学者魅力深受业内称道。

七. 参考文献

郭子建（金属化学生物学）院士｜深耕生物无机传感与金属抗肿瘤药物研究的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

郭子建（金属化学生物学）院士｜深耕生物无机传感与金属抗肿瘤药物研究的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：郭子建（Zijian Guo）
生卒年月：$1961$ 年 $10$ 月出生于河北河间（籍贯沧州）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2017$ 年当选为中国科学院院士、$2022$ 年当选为世界科学院（TWAS）院士
主要研究领域：金属化学生物学、生物无机传感与成像、金属抗肿瘤药物的作用机制与靶向输运

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

郭子建院士长期聚焦于化学与生命科学的交叉前沿——金属化学生物学。生命体内的过渡金属离子（如 $Zn^{2+}$ 等）作为信号物种，在生命过程与信号传递中起着至关重要的作用。他针对过渡金属离子的特异性识别、活体成像机制，以及临床中顺铂等金属药物在体内的代谢活化、靶向运载开展了系统且深入的探讨，致力于利用配位化学手段解决生物医学领域的重大关键科学问题。

2. 标志性成果

$Zn^{2+}$ 探针设计与活体成像：针对 $Zn^{2+}$ 在活体和复杂生物体系中高敏特异性定量成像的难题，郭子建院士课题组设计并构筑了一系列高性能、高选择性的荧光分子探针。在此基础之上，建立了活体 $Zn^{2+}$ 荧光成像模型，并展示了首例模式动物（斑马鱼）的活体 $Zn^{2+}$ 荧光成像方法，成功观察到斑马鱼在胚胎发育及生长过程中 $Zn^{2+}$ 的动态迁移与富集特征。
顺铂类药物水解机制与诊疗双效配合物研发：水解是顺铂等金属药物在生物体内活化并发挥抗肿瘤药效的限速步骤。郭子建院士及其合作者系统阐明了非离去基团对铂-水合物（$Pt\text{-}$水合物）活性过渡态中间体结构及热力学行为的影响。同时，课题组通过化学生物学策略开发了多种新型单功能铂类抗肿瘤配合物，并成功构筑了具备肿瘤诊疗一体化潜力的单分子 $Pt\text{-}Gd$ 磁共振造影兼抗肿瘤活性配合物，为下一代铂类配合物药物的设计提供了坚实的基础指导。

3. 学术地位与影响

郭子建院士是推动中国金属化学生物学和生物无机化学学科建设的领军学者之一。他率先在模式动物层面实现了金属信号分子特异性定量与可视化研究，其研究成果为科学界探索金属离子在生理与病理机制中的作用提供了不可或缺的工具。他至今已发表学术论文 $300$ 余篇，被引用超过 $1.9 \times 10^4$ 次。此外，他积极推动国内外的学术合作，主编了《生物无机化学》等多部专业教材，极大促进了我国配位化学和生命科学交叉学科队伍的发展。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.10 - 1982.07$：河北农业大学理学院化学系，本科（化学专业）
$1988.10 - 1989.07$：北京语言学院（现北京语言大学）出国培训部，进修（意大利语）
$1989.10 - 1994.09$：意大利帕多瓦大学化学系，博士（无机化学专业）

2. 工作履历

$1982.07 - 1988.10$：河北农业大学理学院化学系，助教、讲师
$1994.10 - 1996.06$：英国伦敦大学Birkbeck学院化学系，博士后（生物无机化学）
$1996.06 - 1996.10$：加拿大不列颠哥伦比亚大学化学系，访问学者（配位化学）
$1996.10 - 1999.04$：英国爱丁堡大学化学系，研究助理（生物无机化学）
$1999.05 - 至今$：南京大学化学化工学院，教授、博士生导师
$2000.10 - 2009.10$：南京大学配位化学国家重点实验室，主任
$2006.10 - 2014.10$：南京大学化学化工学院，院长
目前兼任：南京大学学术委员会副主任、南京大学化学和生物医药创新研究院院长、南京大学新生学院院长

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级/省部级奖项

$2015$ 年度：教育部自然科学奖一等奖（第一完成人，获奖项目：“信号分子、核酸及蛋白的识别与调控研究”，$2016$ 年正式颁奖）

2. 国际荣誉

$2016$ 年度：意大利化学会“Luigi Sacconi Medal”（Luigi Sacconi 奖章）
$2020$ 年：亚洲生物无机化学学会（AsBIC）“杰出成就奖”（Outstanding Achievement Award）
$2022$ 年：当选世界科学院（TWAS）院士
学术会士称号：英国皇家化学会会士（FRSC）、中国化学会首批会士（FCCS）

3. 其他重要荣誉

$1999$ 年：获得国家杰出青年科学基金资助
$2002$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家
$2021$ 年：荣获“全国模范教师”称号，其领衔的“化学生物学交叉学科教师团队”入选第二批“全国高校黄大年式教师团队”

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际著名期刊：曾任 Coordination Chemistry Reviews（《配位化学评论》）副主编
中外合作期刊：现任 Chemical & Biomedical Imaging（《化学与生物医学影像》）创刊共同主编

2. 重要社会与学术兼职

校内学术职务：南京大学学术委员会副主任、配位化学国家重点实验室学术委员会副主任
国家级咨询与评审机构：国务院学位委员会学科评议组（化学）成员、教育部科技委员会委员兼化学化工学部委员
学术团体兼职：江苏省化学化工学会第十三届理事长、中国化学会常务理事、国际生物无机化学会（SBIC）理事
企业兼职：康宁杰瑞生物制药独立非执行董事

六. 个人风格与格言

郭子建院士在教学科研中主张打破传统学科壁垒，极力倡导多学科交叉。他工作态度严谨求实，对青年学者与本科生培养倾注了巨大精力。在鼓励后辈攀登科学高峰时，他常以“爬山”为喻：

“大学如同攀登的前期，尚有前人路径可循，目标只要积极向上，终将走向光明；而研究生及之后的科学探索则需要开拓无人涉足的新路径。”

此外，他始终强调科研的目标导向，勉励青年学生：“勇于探索、勤奋学习，将个人梦想与国家未来紧密相连。”

七. 参考文献

陈军（无机化学与新能源材料化学）中国科学院院士｜我国高能化学电源与二次电池领域的开拓者与引领者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈军（无机化学与新能源材料化学）中国科学院院士｜我国高能化学电源与二次电池领域的开拓者与引领者

一、基础信息概览

姓名：陈军（Chen Jun）
生卒年月：$1967$ 年 $9$ 月生，安徽宿松人。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2017$ 年（正式当选中国科学院院士；并在 $2020$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：无机固体化学、新能源材料化学、高能化学电源（锂/钠/镁/锌电池、固态电池）、电化学。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈军院士长期致力于无机固体化学与先进能源材料化学的交叉前沿研究。他的科学探索立足于高能化学电源、电极材料理论与电池关键技术，重点聚焦于如何突破二次电池（如锂离子电池、钠离子电池、固态电池等）在能量密度、安全性能以及极端温度适用性等方面的科学与技术瓶颈。他倡导并系统发展了基于无机和有机功能材料的设计合成方法，探究多电子转移机制以及微纳结构对能量存储行为的影响规律，为我国新能源材料与高能电池行业的发展奠定了深厚的基础理论体系。

2. 标志性成果

“还原-氧化-转晶”合成新策略及非贵金属电催化剂创制：
- 陈军院士在国际上率先提出了“还原-氧化-转晶”（$\text{reduction-oxidation-phase transition}$）电极材料合成新策略。
- 利用该策略成功在室温下制备出具有高活性的纳米尖晶石（如多孔尖晶石结构化合物）等一系列新型电催化剂材料，并将其作为空气电极应用于可充电金属锂、锌空气电池中。该成果有效替代了价格昂贵的贵金属铂（$\text{Pt}$）电极，极大地降低了二次电池的成本，为新型金属空气电池产业化提供了理论与技术支撑。
多电子电极微纳结构优化理论与安全低成本电池开发：
- 针对多电子反应电极面临的活性低和结构不稳定性等本征缺陷，陈军院士提出了通过“微纳多级结构化”来改善活性中心与稳定性的科学设想。
- 基于该设想，他的团队制备了多种具有微纳多级结构的可充锂、钠、镁电池电极，构建了高性能锂电池以及基于我国丰产元素（如钠、锌等）的低成本可充电电池。此举不仅显著提升了电池的充放电安全性能、降低了电极材料制备成本，更从根本上为解决二次电池易燃烧、易爆炸等安全隐患提供了全新思路。
全天候宽温域阻燃电解液与 $400\text{ Wh/kg}$ 固态电池的系统性突破：
- 面对极端低温环境对动力电池性能的限制，陈军团队自主设计制备了全天候、宽温域的阻燃电解液，研发出可在 $-70\text{ }^\circ\text{C}$ 超低温条件下稳定工作的大容量电池，攻克了电池宽温域工作的重大技术瓶颈。
- 在新型固态电池研发上，他率领团队协同攻关，成功创制出能量密度高达 $400\text{ Wh/kg}$ 的新型固态电池样品，相比于市面主流的 $300\text{ Wh/kg}$ 锂离子电池，能量密度提升了 $30%$。当前正全力攻坚 $600\text{ Wh/kg}$ 级全固态电池，以实现电动汽车单次充电续航里程超 $1000\text{ km}$ 的战略制高点。
创办高水平学术期刊《eScience》并确立国际学术话语权：
- 作为创刊主编，陈军院士于 $2021$ 年主持创办了新能源与能源化学领域的学术期刊《$\text{eScience}$》。
- 在陈军院士的科学引领与编委会的高标准建设下，该期刊获得了国际学术界的广泛认可，在 $2024$ 年公布的首个影响因子高达 $42.9$，位列当年国产学术期刊第一名，显著提升了我国在化学与能源交叉学科领域的国际话语权与学术影响力。

3. 学术地位与影响

陈军院士是中国能源材料化学与新型化学电源研究领域的领军学者之一。他率先在国内外开展了多类无机/有机储能电极材料的系统研发，多项原创性合成方法与电池体系被《$\text{Nature}$》、《$\text{Science}$》等国际权威学术媒体亮点报道或专刊评述。他不仅在多电子化学能存储的基础理论上做出了系统性贡献，更将电池创新链、产业链与人才链有机衔接，推动了高比能二次电池在我国国防航天、新能源汽车及大规模储能等国家重大战略领域的应用进程。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1985$ 年 $09$ 月－$1989$ 年 $07$ 月：南开大学化学系化学专业，获理学学士学位。
$1989$ 年 $09$ 月－$1992$ 年 $07$ 月：南开大学化学系无机化学专业，获理学硕士学位。
$1996$ 年 $03$ 月－$1999$ 年 $04$ 月：澳大利亚伍伦贡大学（University of Wollongong）材料工程系，获材料化学博士学位。

2. 工作履历

$2019$ 年 $07$ 月至今：南开大学党委常委、副校长（正局级）。
$2016$ 年 $12$ 月－$2019$ 年 $07$ 月：南开大学化学学院院长。
$2013$ 年 $01$ 月－$2016$ 年 $12$ 月：南开大学化学学院副院长。
$2002$ 年 $01$ 月至今：南开大学化学学院教授、博士生导师（受聘为特聘教授，并于 $2003$ 年获得国家杰出青年科学基金资助）。
$1999$ 年 $04$ 月－$2002$ 年 $01$ 月：日本产业技术综合研究所（$\text{AIST}$）关西中心，日本新能源·产业技术综合开发机构（$\text{NEDO}$）研究员。
$1992$ 年 $07$ 月－$1996$ 年 $03$ 月：南开大学新能源材料化学研究所工作，先后担任实习研究员、助理研究员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2011$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“几类无机材料的氢、锂、镁储存与电池性能研究”，个人排名第一）。
第二十四届中国专利优秀奖（$2023$ 年）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士（$2020$ 年当选）；
国家万人计划科技创新领军人才（$2014$ 年）；
教育部长江学者特聘教授（$2005$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2003$ 年）；
全国创新争先奖状（$2020$ 年）；
全国“五一”劳动奖章（$2018$ 年）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；
科睿唯安全球高被引科学家、爱思唯尔中国高被引学者。

3. 省部级及其他重要荣誉

天津市科技进步奖特等奖（$2023$ 年，个人排名第一）；
教育部自然科学奖一等奖（$2020$ 年，个人排名第一）；
天津市自然科学一等奖（共 $2$ 项，分别为 $2006$ 年、$2016$ 年，均排名第一）；
天津市专利金奖（$2022$ 年）；
宝钢优秀教师特等奖（提名奖）（$2013$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{eScience}$》（e科学） 创刊主编；
《$\text{Inorganic Chemistry Frontiers}$》、《$\text{Science China: Materials}$》、《应用化学》、《电化学》等期刊副主编；
《$\text{Advanced Functional Materials}$》、《$\text{ACS Energy Letters}$》等国际学术期刊编委/顾问编委；
先进能源材料化学教育部重点实验室 主任；
天津国际生物医药联合研究院 院长（兼）。

2. 重要社会与学术兼职

中华人民共和国第十四届全国人民代表大会 代表；
中国化学会 副理事长；
天津市化学会 理事长；
天津市储能学会 理事长；
中国可再生能源学会氢能专业委员会 副主任；
中国仪器仪表材料学会储能专业委员会 副主任。

六、个人风格与格言

陈军院士与电池结缘源于他童年时在用电困难的安徽农村对一支小手电筒产生的浓厚兴趣。在 $1989$ 年南开大学本科毕业选择深造方向时，他毅然选择了当时极少有人关注的冷门方向——电池材料，并以此作为一生坚守的科教事业。他把电池研究比作自己的人生，既要不断勤奋学习“充电”，也要在科研与教学中源源不断地为社会“放电”。其代表性治学格言如下：

“千淘万漉虽辛苦，吹尽黄沙始到金。我和我的团队历时 $30$ 多年，持续在电池领域进行科技创新攻关，把那时的冷板凳坐热，把冷门变成了热门。”
“科技创新是产业创新的重要动力和支点。我们将把电池的创新链、产业链和人才链有机衔接，持续研究更好性能、更高安全的电池，让电动汽车跑得更快、行得更远。”

七、参考文献

孙立成（物理化学与人工光合作用）院士｜全球人工光合作用与催化分解水制氢领域的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

孙立成（物理化学与人工光合作用）院士｜全球人工光合作用与催化分解水制氢领域的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：孙立成 (Licheng Sun)
生卒年月：$1962$ 年 $8$ 月出生于黑龙江省东宁市（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2019$ 年当选为中国科学院外籍院士，$2023$ 年恢复中国国籍并转为中国科学院院士；同时为瑞典皇家工程院（$\text{IVA}$）外籍院士（$2017$ 年当选）
主要研究领域：人工光合作用、光/电催化分解水制氢、分子催化氧化与成键机制、新型太阳能电池材料、阴离子交换膜（$\text{AEM}$）电解水

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

孙立成院士长期致力于太阳能转换及人工光合作用的基础和前沿交叉研究。他聚焦于攻克催化析氧（$\text{OER}$）反应动力学极其缓慢、过渡金属分子催化剂稳定性差、光生电荷复合率高，以及质子膜电解水受制于贵金属催化剂等重大物理化学与工程学瓶颈。他围绕“高效分子催化水氧化与人工光合成燃料”这一核心科学主线，通过仿生学策略模拟植物绿叶中天然光系统 $\text{II}$（$\text{Photosystem II}$，简称 $\text{PSII}$）的放氧复合物结构，设计并创制出多类在国际上催化效率最高、稳定性极佳的重金属与非贵金属分子催化剂，系统阐明了放氧 $\text{O-O}$ 键形成的动态物理化学机制。近年来，他积极开展阴离子交换膜（$\text{AEM}$）材料及电解水制氢研究，打通了从微观分子催化机理到大宗绿色氢能高效制造的产业应用闭环。

2. 标志性成果

比拟天然放氧复合物的超高效分子催化剂创制与 $\text{O-O}$ 成键机制破译（攻克水氧化催化速率极限）：在催化水分解制氢和氧气中，最艰难、能垒最高的步骤是水氧化以及 $\text{O-O}$ 键的形成。孙立成在国际上率先系统合成了大批结构新颖的高效钌（$\text{Ru}$）、锰（$\text{Mn}$）、铁（$\text{Fe}$）等多核配合物。在 $2012$ 年，他在 Nature Chemistry 上发表了里程碑式的成果，成功研制出一种水氧化催化速率达 $300\text{ s}^{-1}$（后续优化突破至数千每秒）的单核钌分子催化剂。该催化效率首次赶上了自然界绿色植物天然放氧复合物（放氧活性为 $100\text{ - }400\text{ s}^{-1}$）的催化速率。他系统探究并阐明了该反应体系中 $\text{Ru(IV)}$ 高价活性中间体、基于水辅助的亲核进攻（$\text{WNA}$）以及自由基耦合（$\text{I2M}$）两种不同路径在放氧 $\text{O-O}$ 键形成过程中的主导动力学和热力学机制，为开发新一代廉价非贵金属水氧化催化材料奠定了系统的物理化学底层理论。
染料敏化与钙钛矿太阳能电池新型功能分子材料设计（拓宽电池吸光与空穴抽取谱带）：在高效、低成本第三代薄膜太阳能电池领域，如何通过调控共轭分子微观结构提升载流子抽取和迁移率，是该领域的国际竞争焦点。孙立成与国内外的合作者深入探讨了分子结构对器件物理行为的调控机制，合成了一系列兼具优良能级匹配、高电荷传输系数和抗光氧化特性的新型三苯胺、酞菁以及多维配位分子有机染料和空穴传输材料（$\text{HTM}$）。他主导研发的一系列全有机敏化染料和无掺杂、溶液法加工的低成本空穴传输材料，极大拓宽了电池在可见及红外区域的谱带响应，并显著降低了电学复合迟滞效应，使染料敏化和新型钙钛矿太阳能电池的光电转换效率实现了跨越式发展。
高稳定低成本阴离子交换膜（$\text{AEM}$）材料与高性能电解水制氢系统开发（西湖大学时期核心突破）：在全职加入西湖大学后，针对目前我国工业化碱性电解水效率低、质子膜电解水（$\text{PEM}$）依赖昂贵铱/铂贵金属催化材料的卡脖子现状，孙立成院士带领团队向阴离子交换膜电解水（$\text{AEM-WE}$）制氢技术的关键底座发起冲锋。他发明了具有完全自主产权的新型强碱耐受性、高电导率、无芳醚主链的高分子阴离子交换膜（$\text{AEM}$）材料。通过设计和修饰纳米结构 $\text{Ni-Fe}$ 催化电极界面并将其与该自研膜高度集成，成功研制了高性能 $\text{AEM-WE}$ 兆瓦级/千瓦级高效电解槽。该系统不仅能完全免除贵金属催化剂的使用，还能提供与质子交换膜电解槽相媲美的超高电流密度和长周期稳定性，为可再生能源“绿氢”的规模化、低成本制造打下了厚实的产业转化基础。

3. 学术地位与影响

孙立成院士是全球人工光合作用、水氧化分子催化及太阳能燃料领域极具学术声誉的领军科学家，也是致力于推动我国“绿氢”能源革命和光电转换前沿发展的核心学者。他系统构建的拟天然放氧分子模型，多次改写了国际配位催化关于水氧化成键动力学的理论上限。他至今在国内外顶尖学术期刊上公开发表学术论文 $800$ 余篇（包括多篇发表在 Nature、Nature Chemistry、Nature Communications、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. 等旗舰期刊上的文章），论文被他人引用累计超过 $5.3 \times 10^4$ 次， $H\text{-index}$ 高达 $106$ 。他自 $2014$ 年起连续十余年入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers）”名录。他曾获瑞典皇家科学院“沃尔玛克奖”（$2016$ 年），中国政府授予的“中华人民共和国国际科学技术合作奖”（$2018$ 年），显著确立了中国和瑞典在国际太阳能人工光合作用与氢能转换交叉领域的学术话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1980.09 - 1984.07$：大连工学院（现大连理工大学）化学工程系，本科毕业获工学学士学位
$1984.09 - 1987.07$：大连工学院（现大连理工大学）化学工程系，研究生毕业获工学硕士学位
$1987.09 - 1990.10$：大连理工大学化工学院，精细化工专业，博士研究生毕业获工学博士学位（其间在光敏与染料分子化学方向展现出卓越的领悟力）

2. 工作履历

$1990.10 - 1992.08$：中国科学院感光化学研究所，博士后、助理研究员（开展高活性自由基与光化学基础研究）
$1992.08 - 1993.09$：德国马普辐射化学研究所（$\text{Max-Planck-Institut für Strahlenchemie}$），博士后、访问科学家
$1993.10 - 1995.09$：德国柏林自由大学有机化学系，洪堡学者（$\text{Alexander von Humboldt Fellow}$）
$1995.10 - 1997.09$：瑞典皇家工学院（$\text{KTH}$）有机化学系，助理教授（$\text{Research Associate}$）
$1997.09 - 1999.09$：瑞典皇家工学院，助理教授、高级研究员
$1999.09 - 2004.09$：瑞典斯德哥尔摩大学有机化学系，副教授（$\text{Associate Professor}$）
$2004.10 - 2020.03$：瑞典皇家工学院（$\text{KTH}$）化学系，分子器件讲席教授（$\text{Chair Professor in Molecular Electronics}$）
$2006.11 - 至今$：大连理工大学精细化工全国重点实验室，分子器件联合研究中心（大连理工-瑞典皇家工学院联合中心）中方主任
$2017.01 - 2020.03$：瑞典国家研究理事会（$\text{VR}$）杰出教授（$\text{Distinguished Professor}$，获评瑞典国家杰出教授基金资助）
$2020.04 - 至今$：西湖大学理学院，化学讲席教授、西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心主任（$2020$ 年疫情期间全职回国加盟西湖大学）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国际与海外级科技奖项

国际前沿大奖：
- 获瑞典皇家科学院“沃尔玛克奖”（$\text{Wallmark Prize}$，$2016$ 年度，表彰其在水氧化分子催化及太阳能电池领域的杰出贡献）
- 获瑞典化学会“阿伦尼乌斯奖章”（$\text{Arrhenius Medal}$，$2014$ 年度，瑞典物理化学领域的顶级个人荣誉）
- 获瑞典乌普萨拉大学“乌拉与斯蒂格·霍姆奎斯特有机化学奖”（$\text{Ulla och Stig Holmquist Prize}$，$2013$ 年度，全球有机手性及能源合成领域的重磅学术大奖）

2. 国家级及双边合作奖项

双边科技最高奖：
- 荣获中华人民共和国国际科学技术合作奖（$2018$ 年度，第一完成人/主要合作者）

3. 多国/地区最高学术会士与院士称号

学术多国院士：
- 当选中国科学院院士（化学部，原于 $2019$ 年当选为外籍院士；后于 $2023$ 年恢复中国国籍，转为中国科学院院士）
- 当选瑞典皇家工程院（$\text{IVA}$）外籍院士（$2017$ 年度）
学术学会会士：
- 当选英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）
- 当选欧洲化学出版协会会士（$\text{Chemistry Europe Fellow}$）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

副主编职务：
- 担任国际高水准交叉物理化学期刊《人工光合作用》（Artificial Photosynthesis）副主编（$\text{Associate Editor}$）
- 长期担任《能源化学学报》（Journal of Energy Chemistry）副主编
学术顾问与编委：
- 曾任 Wiley 旗下著名材料学与能源期刊 ChemSusChem 编委会主席（$\text{Editorial Board Chairman}$）
- 担任国内外多家重要催化、储能、二维材料期刊的顾问委员会成员（$\text{IAB}$）或常务学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心主任、理学院化学讲席教授
- 大连理工大学-瑞典皇家工学院分子器件联合研究中心主任
学术团体及兼职：
- 中国电化学学会常务理事、中国化学会太阳能化学专业委员会委员
- 曾担任多个国际太阳能燃料、光/电催化反应等顶尖国际学术大会的主席或分会主席

六. 个人风格与格言

孙立成院士在科研中推崇打破常规，极力提倡做“无人涉足”及“别人做不出来”的超一流基础工作。西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心（$\text{CAP}$）的墙壁上，高悬着他与团队的核心座右铭：

“想别人不敢想的，做别人做不到的。如果你不做，我来做；如果你做了，我做得比你更好。”（$\text{Think something different. You don't do, I do. You do, I do better.}$）

他在数十年的科研长跑中始终坚持在实验室和办公室第一线。针对国家绿色碳转型和“双碳”目标的实现，他时刻勉励年轻一代化学和材料学工作者要跨越纸面上的高分文章，把微观分子控制实落到造福老百姓和国家绿色氢能转化的物理样机上：

“人工光合作用是人类解决能源与生态危机的‘极点之梦’。我们在西湖大学不仅要追求分子催化成键在理论上的极限突破，更要把我们自研的、完全摆脱贵金属依赖的高稳定阴离子交换膜（$\text{AEM}$）制氢电解槽，一步一个脚印地推上工业生产的‘货架’。在世界的绿色新能源轨道上写下我们中国人的‘新标准’，这就是我们科技自立自强的担当与底气。”

七. 参考文献

施剑林（无机非金属材料与纳米催化医学）院士｜我国“纳米催化医学”研究领域的开拓者与奠基人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

施剑林（无机非金属材料与纳米催化医学）院士｜我国“纳米催化医学”研究领域的开拓者与奠基人

一. 基础信息概览

姓名：施剑林 (Jianlin Shi)
生卒年月：$1963$ 年出生于上海
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2019$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：先进陶瓷制备科学、介孔主客体复合材料、纳米药物递送系统、诊疗一体化纳米制剂、纳米催化医学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

施剑林院士长期致力于无机非金属材料的基础及前沿交叉研究。在学术生涯早期（$1983 - 2005$ 年），他主要聚焦于先进陶瓷材料制备科学、烧结理论、结构陶瓷高温可靠性评价及光学透明陶瓷领域。自 $1998$ 年起，他将研究方向拓展至无机纳米材料、介孔材料与介孔主客体复合材料的合成及其非均相催化性能研究；自 $2003$ 年起，他进一步聚焦于无机纳米药物载体材料的可控合成及其生物相容性、多功能化、药物递送和多模态诊疗一体化。近年来，他在国际上积极开拓了“纳米催化医学”这一崭新的生物医学交叉研究方向，致力于攻克传统化疗药物毒副作用大、重大疾病特异性治疗难的行业瓶颈。

2. 标志性成果

首创并开拓“纳米催化医学”研究新领域（建立疾病无毒/低毒治疗新范式）：传统化学治疗在癌症治疗中虽不可或缺，但其高毒性导致了严重的全身性副作用。施剑林院士在国际上首次提出并创建了“纳米催化医学（$\text{nanocatalytic medicine}$）”的颠覆性生物医学研究前沿方向。其核心思想是不使用传统的高毒性小分子化疗药物，而是采用对正常组织无毒或低毒的无机纳米材料（如纳米酶、单原子催化剂等），进入病灶（如肿瘤）后利用病灶特异性的微环境（如弱酸性、高 $\text{H}_2\text{O}_2$ 浓度），原位引发高效的化学催化反应（如原位类 $\text{Fenton}$ 反应）。该催化过程能仅在肿瘤等病灶内部原位、选择性地产生高活性氧（如羟基自由基 $\cdot\text{OH}$）或其他强毒性抗癌物种，从而在不伤及健康细胞的前提下，实现重大疾病的特异性、精准无毒/低毒治疗。这一成果将经典的化工多相催化理论引入活体医学体系，为肿瘤等重大疾病的临床诊疗提供了全新范式。
多功能复合介孔纳米药物载体与诊疗一体化材料构筑（提高递药质控与靶向效率）：施剑林是我国在介孔二氧化硅等介孔纳米复合材料应用于生物医学载体领域的早期开拓者。针对无机载体功能单一、体内精准运移监测难等难题，他系统研究了介孔主客体间弱相互作用及多维孔道限域效应对药物分子的物理化学行为调控规律。他设计并制备出一系列基于肿瘤微环境响应（如偏酸性、氧化还原态等）精准释放的智能药物控释材料，并集成了核磁共振、荧光、光声等多模态成像功能，实现了活体水平下的纳米诊疗一体化（$\text{theranostics}$）。
先进陶瓷物理化学烧结理论与特种结构透明陶瓷创制（早期材料学奠基成果）：在研究生涯初期，面对传统固相烧结基础理论无法合理解释团聚对高技术陶瓷致密化行为负面影响的瓶颈，施剑林建立了固相烧结中热力学与动力学分析新模型，系统揭示了先进结构陶瓷的高温可靠性微观裂纹扩展及疲劳机制。同时，他开发出具有高光学均匀性和极低散射损耗的多晶无机光学透明陶瓷材料，攻克了国家高科技工程领域对光学窗口等特种透明结构件的急迫需求。

3. 学术地位与影响

施剑林院士是国际无机纳米材料与生物化学、催化医学交叉学科的奠基人和杰出领军学者，也是推动我国临床导向无机纳米诊疗材料转化应用的核心力量。他系统构建的纳米催化医学理论，在国际上重构了无毒精准治疗的物理化学模型。他至今已在 Nature Materials、Nature Nanotechnology、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition 以及 Advanced Materials 等国际顶尖学术期刊上发表 $SCI$ 高水平论文 $780$ 余篇，论文被他人累计引用超过 $8.6 \times 10^4$ 次，$\text{H-index}$ 高达 $156$。自 $2015$ 年起，他连续多年入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers）”目录，并曾担任高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主任。他作为第一完成人，先后荣获了 $2011$ 年度国家自然科学二等奖、上海市自然科学一等奖等多项重磅奖励，显著确立了中国在纳米生物材料与催化治疗领域的国际学术话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1979.09 - 1983.07$：南京化工学院（现南京工业大学）硅酸盐工程系，本科毕业获工学学士学位
$1983.09 - 1989.03$：中国科学院上海硅酸盐研究所，无机非金属材料专业，研究生毕业获理学博士学位（导师：李家治研究员等，攻读期间开展陶瓷制备基础理论研究）

2. 工作履历

$1989.04 - 1993.10$：中国科学院上海硅酸盐研究所，历任助理研究员、副研究员（$1991.12$ 破格晋升）
$1993.10 - 1994.10$：德国马克斯·普朗克（Max Planck）金属研究所物理金属实验室（PML），访问学者、客座研究员
$1994.10 - 至今$：中国科学院上海硅酸盐研究所，研究员、博士生导师（于 $1995.12$ 破格晋升），高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室（现已重组为关键陶瓷材料全国重点实验室）副主任、主任（$1998 - 2005$ 年）
$2004.04 - 2008.03$：中国科学院上海硅酸盐研究所，所长
$2019.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）
$2021.01 - 至今$：同济大学医学院等高校，特聘教授、博士生导师，中国医学科学院学术咨询委员会学部委员

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2011$ 年度，第一完成人，获奖项目：“介孔基主客体复合材料的设计合成、介观结构调控及催化性能”）
省部级科技奖项：
- 上海市自然科学一等奖（$2014$ 年度，第一完成人，获奖项目：“功能化介孔二氧化硅纳米颗粒作为药物载体及诊疗剂的探索研究”）
- 上海市科技进步一等奖（$2009$ 年度，第一完成人，获奖项目：“多功能复合介孔纳米药物载体”等）
- 上海市自然科学一等奖（$2008$ 年度，第一完成人，获奖项目：“大面积取向纳米线和微介孔主客体复合材料的制备和性质”）
- 上海市自然科学牡丹奖（$2007$ 年度）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术大奖：
- 荣获“上海市最美科技工作者”称号（$2021$ 年度）
- 荣获“上海市科技精英”称号（$2009$ 年度）
- 有关科研成果入选两院院士评选的“中国十大科技进展”（$2005$ 年度）
- 荣获中国青年科技奖（$1994$ 年度）、中国化学会青年化学奖、中国科学院青年科学家奖一等奖
- 享受国务院政府特殊津贴专家

3. 其他重要荣誉

$1997$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2021$ 年：当选为中国医学科学院学术咨询委员会学部委员
科研群体及项目资助：作为项目首席科学家，多次主持国家重大基础研究计划（$973$计划）/国家重点研发计划纳米专项项目、国家自然科学基金重点项目等

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术顾问与编委：担任国内外多种先进陶瓷、功能材料以及生物医药影像学旗舰期刊的顾问编委或常务编委，积极推动和提升我国自办高性能无机陶瓷及介孔生物材料期刊的国际影响力。

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 关键陶瓷材料全国重点实验室（原高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室）学术顾问
- 中国医学科学院学术咨询委员会学部委员
- 同济大学化学和生物医药创新研究院学术委员会委员
国家科研管理与决策机构：
- 国家科技重大基础研究计划（$973$ 计划）“信息功能陶瓷若干基础问题研究”项目首席科学家（$2002 - 2008$ 年）
- 国家重点研发计划纳米专项项目首席科学家（自 $2013$ 年起连续多项主持）
- 国家自然科学基金重大项目、重点项目首席负责人
学术团体兼职：
- 中国硅酸盐学会特种陶瓷分会副理事长

六. 个人风格与格言

施剑林院士在科研中阻断平庸，极力主张突破传统学术思维的局限。作为我国先进陶瓷和纳米催化医学领域的先驱，他在长达三十余年的科研生涯中数次跨越并重构了自己的研究范畴。对于如何平衡基础前沿探索与国计民生重大疾病的防治考量，他抱持极其朴素、客观务实的科学信念：

“科学研究的魅力，就在于寻找新的研究领域和方向，并不断深入。一个基础研究者，如果仅仅满足于在纸面上发表漂亮的文章，而不能将研究成果实打实地引向‘产业化’、走向造福重大民生疾病的‘货架’上，那就成了空中楼阁。我们要去探求无机材料在生物病灶微观催化转化的极限规律。‘让材料造福人类’，不仅需要我们提出新机制，更要在喧嚣的名利场之外，用真刀真枪踩出属于我们中国人完全自主、绿色的药物催化治疗新标准。”

七. 参考文献

樊春海（分析化学与核酸纳米技术）中国科学院院士｜我国框架核酸概念奠基人与通用数字DNA计算开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

樊春海（分析化学与核酸纳米技术）中国科学院院士｜我国框架核酸概念奠基人与通用数字DNA计算开拓者

一、基础信息概览

姓名：樊春海（Fan Chunhai）
生卒年月：$1974$ 年 $3$ 月生，籍贯江苏张家港。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2019$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2026$ 年当选为欧洲科学院（$\text{Academia Europaea}$）外籍院士）
主要研究领域：分析化学、核酸自组装、框架核酸（$\text{FNA}$）、DNA纳米技术与分子计算、生物传感与生命图像成像。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

樊春海院士长期致力于核酸分析化学、纳米生物学、化学生物学以及DNA分子计算等方向的研究。针对固体基底界面分子行为无序且极易发生非特异性干涉的经典多相传感难题，他的科研切入点聚焦于利用人工设计的高级三维拓扑核酸结构（即框架核酸）对固体界面进行分子级的精密构筑。研究主攻方向包括建立“先组装、后检测”的框架核酸传感理论与高灵敏临床诊断平台、开发通用性液相DNA数字计算机与可编程阵列、以及通过纳米自组装结构诱导宏观耐高温高抗压复合材料的仿生智造。

2. 标志性成果

“框架核酸（Framework Nucleic Acids, FNA）”概念提出与“先组装、后检测”分析新方法的奠基：
- 在传统的固体基底多相生物传感研究中，修饰在电极或基底上的探针分子往往呈现随机扩散与无序取向，导致界面分子识别的选择性、饱和性极差，且难以控制多相界面下的随机热力学碰撞。
- 针对此项多相生物分析难题，樊春海院士在国际上首次将DNA自组装技术引入分析化学传感修饰界面的精密调控中，创造性地提出了“框架核酸”（$\text{FNA}$）的概念。他利用结构刚性、三维尺寸和力学性质可控的DNA四面体（$\text{DNA Tetrahedron}$）等多级框架分子，构建出了具备超高精确度、长程有序排列的传感自组装纳米界面。
- 基于此，他确立了“先组装、后检测”的框架核酸分析学新范式。该策略在多相复杂环境下表现出优异的阻遏非特异性物理干涉的屏障性能，有效突破了固体界面纳米限域识别的本征传质障碍和热力学瓶颈。其领衔主导的“生物分子界面作用过程的微观测量与核酸分析新方法”项目荣获了 $2016$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
通用性数字DNA可编程门阵列（DPGA）与多层级分子计算电路创制：
- 利用生物大分子级联反应开发液相生物计算是一条具备海量高并行潜力的后摩尔技术路线。然而，由于可溶性核酸分子在液体环境中无定向地随机碰撞和混合，此前的研究很难像电子元件（如 $\text{FPGA}$）那样通过简单的软件指令编程实现通用数字计算，导致DNA计算硬件大都只能针对单一特定功能进行定制。
- 针对这一制约该领域的全球性瓶颈，樊春海院士团队联合王飞副教授，成功开发了一种支持通用性数字计算的DNA可编程门阵列（$\text{DPGA}$）。在该电路中，他们首次证明利用特定的单链DNA作为统一传输信号（$\text{DNA-UTS}$）能够发挥出类似电子在物理集成电路中定向传输的功能。
- 利用该体系高度可重构和无衰减多级传输的物理特性，他们在液相实验中首次实现并展示了集成高达 $30$ 个逻辑门元件、包含 $30$ 层分子反应链取代以及规模达 $500$ 条DNA链的长路段大规模计算电路的可靠、无衰减运行。该成果攻克了近二十年来液相DNA分子计算在规模和逻辑层级深度上的极限瓶颈，成果发表于《$\text{Nature}$》（$2023$ 年）。为此，他被国际纳米科学、计算与工程学会（$\text{ISNSCE}$）授予 $2024$ 年度“罗森伯格-郁金香奖”（$\text{Rozenberg Tulip Award}$），这也是中国科学家首次获此殊荣。
DNA折纸自组装矿化与超稳定光热纳米机器构建：
- 生物自组装材料在纳米尺度上面临着机械稳定性差、容易形变和对温度变化极度敏感等应用缺陷。樊春海团队利用三维DNA折纸（$\text{DNA Origami}$）高分子自组装骨架作为精确的宏观模板，首创了多级诱导纳米尺度精确二氧化硅无机矿化（$\text{Silicification}$）的新方法。该方法制备出的DNA-二氧化硅仿生复合材料，其外壳和多级纳米孔道的形貌完全由用户可编程设计，且抗压强度比纯DNA自组装材料提高了十倍以上，达到了 $1\text{ GPa}$ 量级。研究成果发表于《$\text{Nature}$》（$2018$ 年），实现了我国在DNA纳米技术研究领域的重要突破。
- 此外，针对生物机器由于纳米界面极易由于无规热流失控而发生的失活问题，他的团队利用分子界面设计，成功攻克了多相层级纳米界面热传导过程中的卡皮查热阻（$\text{Kapitza Resistance}$）效应，制备出了抗热损的原子级超稳定光热纳米机器，相关成果发表于《$\text{Nature Materials}$》上，拓宽了核酸材料在体内成像与光热诊疗应用的外延。
新冠病毒核酸应急国家标准物质研制与计量质量控制：
- 在 $2020$ 年初新冠肺炎疫情暴发的紧要关头，大量快速仓促上市的新冠检测试剂盒面临着“假阴性”频发、各企业判定标准不统一的溯源质控死角。
- 作为分析化学学者，樊春海院士依托转化医学国家重大科技基础设施（上海），全力协同上海市计量测试技术研究院刘刚等专家，夜以继日地开展了高精度核酸绝对定量和保存稳定性工艺攻关。团队在 $40$ 天内成功攻克了RNA分子脆弱易降解的物理瓶颈，研制出了两种“新冠病毒体外转录RNA标准物质”（国家标准物质编号：$\text{GBW(E)091111}$、$\text{GBW(E)091112}$），作为把控试剂盒出厂精度的国家“生物公平秤”。该计量量具获得了国家相关应急批件并免费投入一千余家检测试剂生产研发单位使用，为我国在大规模筛查和国际精准援助中规避“假阴性”、核准量值传递筑牢了关键基石。

3. 学术地位与影响

樊春海院士是国际表界面分子分析化学、核酸纳米技术和生物传感设计领域的泰斗级学者之一，同时也是推动我国核酸生物分析向转化医学临床诊疗应用落地的杰出先驱。他提出的框架核酸自组装概念不仅已被全球同行引为调控固体传感表面界面的经典方法学范式，更启发了大量关于智能递药、分子机器人等交叉领域的后继探索。樊春海自 $2014$ 年起，已持续十余年蝉联科睿唯安（Clarivate）全球高被引科学家，在《$\text{Nature}$》正刊、Nature/Science系列子刊发表学术论文 $500$ 篇以上，论文引用总计超 $5$ 万次，极大树立并巩固了我国在世界前沿纳米分析化学与生物计算等战略交叉领域的学科话语权。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1992$ 年 $09$ 月－$1996$ 年 $07$ 月：南京大学生物化学系，获理学学士学位。
$1996$ 年 $09$ 月－$2000$ 年 $07$ 月：南京大学生命科学学院生物化学与分子生物学专业，获理学博士学位（导师：朱德煦教授等）。
$2001$ 年 $08$ 月－$2003$ 年 $12$ 月：美国加州大学圣芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara，$\text{UCSB}$）物理系、高分子与有机固体研究所（$\text{IPOS}$），开展博士后研究工作（合作导师：$2000$ 年诺贝尔化学奖得主 $\text{Alan J. Heeger}$ 教授）。

2. 工作履历

$2020$ 年 $01$ 月至今：上海交通大学转化医学研究院执行院长、国家转化医学科学中心唐仲英首席科学家。
$2018$ 年 $04$ 月至今：上海交通大学化学化工学院，讲席教授、院长、上海市核酸化学与纳米医学重点实验室主任。
$2004$ 年 $01$ 月－$2018$ 年 $06$ 月：中国科学院上海应用物理研究所工作，入选中国科学院“百人计划”，担任研究员、博士生导师、物理生物学研究室主任（其间作为学术骨干全程参与并保障了国家大科学装置“上海光源”的物理实验线站建设）。
$2000$ 年 $08$ 月－$2001$ 年 $08$ 月：南京大学生命科学学院，助理研究员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖奖项

国家自然科学奖二等奖（$2016$ 年，获奖项目：“生物分子界面作用过程的微观测量与核酸分析新方法”，作为第一完成人）；
上海市自然科学一等奖（作为第一完成人）；
中国青年科技奖（$2011$ 年）。

2. 国际荣誉与顶尖表彰

欧洲科学院（$\text{Academia Europaea}$）外籍院士（$2026$ 年当选）；
国际纳米科学、计算与工程学会（$\text{ISNSCE}$）“罗森伯格-郁金香奖”（$\text{Rozenberg Tulip Award}$）（$2024$ 年度，代表着分子计算与纳米程序自组装领域的国际最高荣誉，他是中国首位荣获该国际奖项的科学家）；
德国洪堡研究奖（$\text{Humboldt Research Award}$）（$2026$ 年，表彰其在生物传感器及可编程核酸计算领域的先驱贡献）；
美国化学会（$\text{ACS}$）“测量科学进展讲座奖”（$\text{Advances in Measurement Science Lecture Award}$）（$2019$ 年）；
美国科学促进会会士（$\text{AAAS Fellow}$）（$2017$ 年当选）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）（$2015$ 年当选）；
国际电化学学会会士（$\text{ISE Fellow}$）（$2014$ 年当选）。

3. 其他重磅行业及地方先进荣誉

何梁何利基金科学与技术创新奖（$2019$ 年）；
谈家桢生命科学创新奖（谈家桢生命科学奖）（$2019$ 年）；
全国先进工作者称号（$2020$ 年）；
上海“最美科技工作者”（$2022$ 年）；
药明康德生命化学杰出成就奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{ACS Applied Materials & Interfaces}$》副主编；
《$\text{ChemPlusChem}$》共同主编（$\text{Co-Editor-in-Chief}$）；
《中国科学：化学》、《高等学校化学学报》、《科学通报》、《分析化学》 等国内外重要期刊编委及顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会 会士、常务理事、化学生物学专业委员会委员；
中国毒理学会 纳米毒理学专业委员会副主任委员；
上海市核酸化学与纳米医学重点实验室 主任；
转化医学国家重大科技基础设施（上海） 转化医学科学中心学术骨干与平台首席专家。

六、个人风格与格言

樊春海院士作风实干、严谨谦逊，在我国青年和中生代科学家群体中素有极具亲和力和实干活力的声誉。他常打趣说自己并不是个“绝顶聪明”的人，但他对自己拥有极高且近乎纯粹的好奇心感到自豪，也正是这份探求自然未知边界的强烈渴望，指引着他二十多年来坚韧地沉浸在DNA纳米和分子组装的世界中。他在 $45$ 岁当选中科院院士后，多次呼吁要让“冷板凳上产出的硬科技基础成果造福于国人的健康”，并大力推动上海大型转化医学物理平台服务于临床的一线筛查。对待团队和学生，他一贯推崇自由且富有自我驱动的培养方式，从不规定硬性的课题，旨在鼓励年轻学子在理性的学科交融中敏锐地去捕捉那些被别人轻易忽略的偶然发现。

其代表性科学治学格言如下：

“框架核酸在极微观的尺度上，就像是用分子织出来的网，引导无序的物质重归秩序。做科研要有一份对大自然自组装本领的强烈好奇和敬畏。去感知那些最细微的原子排列、去测准复杂的生命反应，这就是我们作为分析化学人的立身本职。”
“基础研究要耐得住冷清和寂寞，但一旦我们掌握了确定性的科学规律，就应该有担当，架起一座把基础理论向临床实践转化的桥梁。只有当冷冰冰的纳米公式，真正编织成保护千百人健康的温情铠甲，科学探索的脚步才算没有白费。”

七、参考文献

陈学思（生物医用高分子与高分子物理化学）中国科学院院士｜我国聚乳酸（PLA）产业化关键技术开拓者与生物可降解医用材料先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈学思（生物医用高分子与高分子物理化学）中国科学院院士｜我国聚乳酸（PLA）产业化关键技术开拓者与生物可降解医用材料先驱

一、基础信息概览

姓名：陈学思（Chen Xuesi）
生卒年月：$1959$ 年 $12$ 月生，籍贯吉林长春。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2019$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：生物降解医用高分子材料、聚乳酸（$\text{PLA}$）产业化与改性、手性聚合化学、药物缓释与组织工程支架。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈学思院士长期致力于生物降解高分子材料的合成、表征和应用开发。他的研究聚焦于如何通过高分子化学合成调控，解决高分子材料的生物相容性、降解速率以及力学性能匹配等核心科学问题。其主攻方向包括高立构选择性手性聚合化学、高性能环保型聚乳酸（$\text{PLA}$）的工业规模产业化、可吸收骨折固定及软骨修复等高端生物医用高分子材料，以及靶向抗肿瘤药物和基因纳米级智能递送系统。

2. 标志性成果

高性能聚乳酸（$\text{PLA}$）产业化关键技术的重大突破与量产：
- 针对生物基环保材料聚乳酸合成过程中单体“丙交酯”合成困难、容易裂解结焦的行业瓶颈，陈学思带领团队筛选了数百种催化剂并探索了上千种工艺条件，实现了高纯度丙交酯的稳定国产化，打碎了国外高技术垄断，使原材料价格大幅降低。
- 他与浙江海正集团深度合作，突破了系列制备与改性的工程技术难题，成功建成了年产 $1.5$ 万吨的聚乳酸生产线并满产运行，其旋光纯度、耐热和耐老化等指标达到国际领先水平。作为第一起草单位，他主持制定了我国聚乳酸国家标准（$GB/T\text{ }29284-2012$）。其领衔的“高性能聚乳酸产业化关键技术”项目荣获了 $2024$ 年度中国科学院杰出科技成就奖（技术发明奖）。
高端可吸收植入式医疗器械的创制与转化：
- 陈学思极为注重学术理论在临床医疗的应用推广。他组建了长春圣博玛生物材料有限公司，率先将医用级聚乳酸和羟基磷灰石（$\text{HAP}$）纳米复合材料（$\text{PLLA/HAP}$）等成果成功实现产业化转化。
- 团队研发的高性能可吸收骨折内固定钉、可吸收骨板、防粘连膜等产品相继获得多项国家药品监督管理局（$\text{NMPA/CFDA}$）$\text{III}$ 类医疗器械注册证。这些产品能在人体内逐步降解并被吸收排除，避免了金属骨钉因二次手术拆除给患者带来的痛苦，打破了该领域进口器械的长期垄断。
高立构选择性手性聚合化学与智能递送系统：
- 在高分子基础理论方面，陈学思系统提出了“分子内多核协同”催化与“生物可降解导电高分子”等前沿理论，实现了丙交酯等环状单体的高选择性手性开环聚合，攻克了降解聚合物链结构微观精准控制的难题。
- 针对精准诊疗需求，他的团队开发出了手性聚氨基酸医用高分子材料，将其作为抗肿瘤高分子纳米药物/核酸的转染载体；同时构建出智能高分子水凝胶用于骨/软骨组织工程及肌腱修复，展现出极佳的微环境响应调控性能与生物安全表现。
$\varepsilon\text{-}$己内酯合成技术开发与国产化替代：
- $\varepsilon\text{-}$己内酯（$\varepsilon\text{-Caprolactone}$）是高附加值生物降解塑料的关键合成单体，其核心合成工艺曾长期由海外跨国公司控制。
- 陈学思团队攻关自主知识产权制备工艺，依托长春应化所的技术积累建设了年产 $1000$ 吨的 $\varepsilon\text{-}$己内酯生产示范装置并稳定运行，成功获得完整工业级工艺包，为国内发展超大范围、高柔韧性生物降解高分子材料产业奠定了原料底座。

3. 学术地位与影响

陈学思院士是我国生物降解高分子和生物医用材料领域的战略科学家与杰出领军人。他发表 $\text{SCI}$ 学术论文千余篇，其多项关于可降解合成高分子改性及医学应用的标志性综述在该领域享有盛誉。陈学思院士实现了从“基础理论发现－关键催化剂设计－万吨级规模产业化生产－高端医疗器械国家准入”的完整链条闭环，是我国科技自主自强、推进绿色生态建设与“双碳”国家战略落地的高分子化学研究范式代表。

四、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978$ 年 $09$ 月－$1982$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系高分子专业，获理学学士学位。
$1985$ 年 $09$ 月－$1988$ 年 $09$ 月：中国科学院长春应用化学研究所，获理学硕士学位（导师：景遐斌研究员）。
$1993$ 年 $10$ 月－$1997$ 年 $03$ 月：日本早稻田大学大学院理工学研究科应用化学专攻，获工学博士学位。
$1997$ 年 $05$ 月－$1999$ 年 $04$ 月：美国宾夕法尼亚大学医学部，开展生物物理与生物化学博士后研究。

2. 工作履历

$2012$ 年 $07$ 月－$2024$ 年 $12$ 月：中国科学院长春应用化学研究所学术委员会副主任。
$2010$ 年 $08$ 月至今：中国科学院长春应用化学研究所党委委员。
$1999$ 年 $05$ 月至今：中国科学院长春应用化学研究所研究员、博士生导师（先后兼任高分子物理与化学国家重点实验室生物高分子课题组长、中国科学院生态环境高分子材料重点实验室学术委员会副主任）。
$1989$ 年 $01$ 月－$1993$ 年 $09$ 月：中国科学院长春应用化学研究所功能高分子实验室，助理研究员。
$1985$ 年 $04$ 月－$1988$ 年 $12$ 月：中国科学院长春应用化学研究所，研究实习员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家及中科院重磅奖项

$2024$ 年度中国科学院杰出科技成就奖（获奖项目：“高性能聚乳酸产业化关键技术”，作为项目领衔完成人荣获技术发明奖）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

第二届全国创新争先奖状（$2020$ 年）；
全国五一劳动奖章（$2021$ 年）；
国际生物材料与工程联合会会士（$\text{FIBSE}$）（$2016$ 年当选）；
国家万人计划科技创新领军人才（$2013$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2004$ 年）；
日本早稻田大学水野奖（$1997$ 年）；
爱思唯尔中国高被引学者。

3. 省部级及其他重要荣誉

中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖；
第六届侯德榜化工科学技术奖“创新奖”；
吉林省科技进步奖一等奖（共 $2$ 项，分别为项目“可降解医用高分子材料的基础及应用研究”等的第一完成人）；
首届赢创化学创新奖（$\text{Evonik Chemical Innovation Award}$）（$2012$ 年）；
中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{Polymer Science & Technology}$》（高分子科学与技术） 主编；
《$\text{ACS Biomaterials Science and Engineering}$》副主编；
高分子物理与化学国家重点实验室 生物高分子课题组组长。

2. 重要社会与学术兼职

中华人民共和国第十四届全国人民代表大会 代表；
吉林省科学技术协会 副主席；
中国生物材料学会生物医用高分子材料分会 主任委员、学会第四届理事会党委副书记；
深圳先进技术研究院智能医用材料中心 首席科学家（$2024$ 年聘任）。

六、个人风格与格言

陈学思院士深受其父亲陈文启先生（长春应化所资深高分子科学家，曾主导我国尼龙-$11$ 的研发）的影响与熏陶，形成了极为严谨且追求“经世致用”的科学作风。他认为，科研成果必须“走入寻常百姓家”，真正造福民生和环境才有持久价值。在长春应化所里，他的办公桌上常常同时摆放着科研计算软件和企业车间生产进度表。他倡导在产业化实干中发现真学问，并以此为课题组建立了一套鼓励交叉融合、基础与产业并进的人才培养体系。其代表性治学格言如下：

“研究方向不宜太多、太杂，要能瞄准应用。在应用和推广的过程中不断发现瓶颈、解决关键难题，才能反过来推动基础研究向着更深、更前沿的地方迈进。”
“只有当我们在基础理论上取得原始创新，解决卡脖子技术难点，让产品的核心工艺指标达到国际领先水平时，我们才能在绿色产业中拥有国际话语权，真正做好中国人自己的生产线。”

七、参考文献

马大为（有机化学与化学生物学）院士｜我国手性药物高效合成与铜催化偶联反应的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

马大为（有机化学与化学生物学）院士｜我国手性药物高效合成与铜催化偶联反应的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：马大为（Dawei Ma）
生卒年月：$1963$ 年 $9$ 月 $11$ 日出生于河南省社旗县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2019$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：有机合成化学、复杂天然产物全合成与构效关系、金属催化偶联方法学、药物化学与生命科学交叉

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

马大为院士长期致力于有机化学、药物化学与生命科学的交叉前沿研究。他聚焦于攻克传统不饱和碳及杂原子成键反应活性低、反应条件苛刻等关键科学瓶颈。他主要围绕三大方向展开深入探索：第一，开发高效、实用的过渡金属催化和有机小分子催化新方法；第二，完成具有重要生理活性的复杂天然产物的全合成并对其开展结构-活性关系（$\text{SAR}$）及作用机制分析；第三，与生物学、医学专家深度跨学科合作，创制靶向关键蛋白质和细胞死亡信号通路的小分子调节剂，实现前沿有机合成技术在临床药物开发中的高效转化。

2. 标志性成果

草酰二胺及氨基酸调控的铜催化偶联反应（“乌尔曼-马”反应）：传统的乌尔曼（$\text{Ullmann}$）偶联反应自 $1901$ 年发现以来，长期面临需要化学当量铜作催化剂、反应温度高（通常 $> 200\ ^\circ\text{C}$）以及底物适用范围窄等重大工程难题，限制了其在大规模药物工业生产中的应用。在 $1998$ 年，马大为在合成蛋白激酶抑制剂的实验中，首次发现并确立了 $\alpha$-氨基酸（如脯氨酸、$N,N$-二甲基甘氨酸）作为配体能够大幅加速铜催化的 $\text{C-N}$、$\text{C-O}$、$\text{C-S}$ 和 $\text{C-C}$ 偶联反应，将反应温度降低至 $100\ ^\circ\text{C}$ 以下。在此基础上，经过长达十年的持续攻关，他团队于 $2015$ 年创制了高活性的草酰二胺（$\text{Oxalamides}$）系列新型配体，首次攻克了高稳定性（杂）芳基氯化物与核苷酸、胺类、醇类等分子的高效碳杂键偶联。该系列成果被国际学术界广泛命名为 “乌尔曼-马反应”（Ullmann-Ma Reaction）。它为基础化学键的高效、廉价构筑提供了普适手段，并已被全球制药与农药巨头广泛采用，实现了数吨级规模的抗肿瘤、抗病毒等临床新药的绿色工业化制造，成为写进中外经典有机化学教科书的里程碑式发现。
复杂天然产物的全合成与抗癌新药的低成本规模化合成：马大为在复杂天然产物全合成领域做出了多项极具创造性的工作，至今已完成了超过 $40$ 个极具合成挑战性的复杂生物碱、多肽及萜类天然分子的全合成。他发展了基于吲哚与烯醇负离子之间的分子内氧化脱氢偶联新策略，构筑了螺环吲哚啉（$\text{Spiro-indolines}$）核心骨架的通用合成路径，完成了多类吲哚生物碱的统一全合成。特别是针对来源于海洋生物、具有极强抗肿瘤活性但自然界蕴藏极微的药物分子麦普沙辛（$\text{Ecteinascidin-743, Et-743}$，又称他贝定 $\text{Trabectedin}$），他带领团队开发了极具工业放大前景的低成本、高收率全合成新工艺，以廉价的 $(S)$-酪氨酸为起点，仅需 $26$ 步完成了这一超复杂多环天然产物的规模化合成，大幅降低了该抗癌特效药的生产门槛，造福广大的肿瘤病患。
细胞程序性坏死与关键蛋白调节剂的发现：马大为积极将合成化学武器引入生命过程探索，通过与生物学家跨学科联合攻关，发现了一系列具有自主知识产权的高活性生物活性分子。他团队针对脑卒中、神经退行性疾病等临床重大创伤，研发了能有效抑制细胞程序性坏死（$\text{Necroptosis}$）通路的关键小分子候选药物，并设计了针对变构谷氨酸受体（$\text{mGluRs}$）的高选择性抑制剂。其中，有 $3$ 个候选新药分子已分别在中、美等国获批进入 $\text{I/II}$ 期临床试验，用于治疗非小细胞肺癌（$\text{NSCLC}$）、神经退行性变以及艾滋病毒（$\text{HIV}$）感染，打通了从基础偶联方法学到创新化学药研制的完整科学链路。

3. 学术地位与影响

马大为院士是国际上有机合成化学和化学生物学交叉领域的领军学者，也是使我国铜催化方法学与复杂药物分子合成走向世界一流前沿的核心力量。因其在铜催化偶联反应方法学（即“乌尔曼-马”反应）及复杂天然产物全合成上的颠覆性贡献，他先后受邀在众多国际顶级学术会议上做特邀报告，并于 $2018$ 年荣获每两年评选一次的美国化学会“$\text{Arthur C. Cope}$ 学者奖”（为极少数获此殊荣的中国本土学者），同年摘得我国民间重磅科学大奖——未来科学大奖“物质科学奖”。他至今在国内外顶级学术期刊（如 JACS, Angew. Chem., Nat. Chem. 等）发表论文 $370$ 余篇，他人引用次数超过 $1.9 \times 10^4$ 次，$\text{H-index}$ 超过 $70$。他的发现被国际同行评价为“改写了有机化学教科书的成就”，奠定了我国在低成本绿色药物合成技术领域的国际领先话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1980.09 - 1984.07$：山东大学化学系，本科毕业获理学学士学位
$1984.09 - 1989.07$：中国科学院上海有机化学研究所，研究生毕业获理学博士学位（导师：陆熙炎院士，开展不饱和烃与金属参与的有机合成研究）

2. 工作履历

$1990.05 - 1992.08$：美国匹兹堡大学化学系，博士后研究员
$1992.08 - 1994.02$：美国梅奥医学中心（$\text{Mayo Clinic}$）神经化学和神经生物学研究部，博士后研究员（完成跨学科“深造”，转向化学与生命科学交叉的药物合成）
$1994.03 - 至今$：中国科学院上海有机化学研究所，副研究员、研究员、博士生导师（于 $1994$ 年作为首批中国科学院“百人计划”入选者引进回国，并于 $1995$ 年 $1$ 月破格晋升为研究员）
$1997.09 - 至今$：复旦大学化学系，兼职教授
$2012 - 至今$：中国科学院生物与化学交叉研究中心，副主任、课题组长（双聘）
$2019.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2007$ 年度，第一完成人，获奖项目：“具有重要生理活性的复杂天然产物全合成及方法学研究”）
省部级科技最高奖：
- 上海市自然科学奖一等奖（主要完成人）
- 上海市科学技术进步奖一等奖（$2005$ 年度，第一完成人）
- 第七届上海市自然科学牡丹奖（$2009$ 年度）
- 上海市科技精英（$2009$ 年度）
- 上海市十大杰出青年（$2001$ 年度）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿大奖：
- 获美国化学会“$\text{Arthur C. Cope}$ 学者奖”（$\text{Arthur C. Cope Scholar Award}$，$2018$ 年度）
- 获未来科学大奖“物质科学奖”（$2018$ 年度，获奖项目：“在发明新催化剂和配体、开辟高效合成方法，以及合成复杂天然产物与药物分子领域作出的杰出贡献”）
- 获 $\text{N. C. Yang}$ 讲座奖（$\text{N. C. Yang Lecturer Award}$，$2016$ 年度）
行业学术大奖：
- 首届“药明康德生命化学研究奖”一等奖/杰出成就奖（$2007$ 年度）
- 香港求是科技基金会“杰出青年学者奖”（$1998$ 年度）
- 第六届“中国青年科技奖”（$1998$ 年度）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术顾问与编委：
- 担任美国化学会开放获取旗舰期刊 ACS Organic & Inorganic Au 国际顾问编委（$\text{Editorial Advisory Board}$）
- 担任国际重要学术期刊《贝尔斯坦有机化学杂志》（Beilstein Journal of Organic Chemistry, BJOC）编委（$\text{Editorial Board}$），并主编了多期关于“过渡金属与有机催化在天然产物合成中应用”的专题学术特刊
- 担任国内《中国药物化学杂志》副主编、国家核心期刊《有机化学》（Chinese Journal of Organic Chemistry）编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级学术平台与决策机构：
- 中国科学院生物与化学交叉研究中心副主任、金属有机化学国家重点实验室（现重组）学术委员会委员
- 中国科学院上海有机化学研究所学术委员会副主任、学位评定委员会副主席
- 国家自然科学基金委员会重大项目评审专家组组长/成员

六. 个人风格与格言

马大为院士行事低调务实、敢于在冷门和未知里寻找突破。在上世纪 $90$ 年代初，当国内药物合成在实验场地、经费和基础手段上均面临严重短缺的情况下，他毅然选择转向了当时国内尚属空白的“有机化学与生命科学交叉”这一全新赛道。回顾导师陆熙炎院士对他的言传身教，以及他自己在分子世界中反复求索、打破常规的治学岁月，他常冷静且高瞻远瞩地告诫年轻学人：

“年轻人要勇敢地跳出‘舒适区’、勇于去探索‘无人区’。如果别人做什么你也做什么，那至多是做了一些重复性或延伸性的补充工作，而无法给整个世界增加本质上的新知识。科学探索是一项需要极高定力的事业。做科研，失败通常是常态，而获奖仅仅是工作中的一个小插曲。唯有在喧嚣的名利面前保持平实的心态，我们才能在漆黑未知的‘禁区’中，摸索出属于我们中国人自己独一无二的规则和最优解。”

在面对应用开发与药效转化的终极科学考量上，他始终抱持着强烈的实用主义与民生关怀：

“对于做有机化学和药物合成的学者来说，我们提出一种新反应、设计一个新配体，其最高标准不是纸面上发表了多少高分文章，而是去拷问：我们提出的方法是否真正被全球的实验室或工厂所采用？我们设计出来的合成路线是否实实在在地把原本昂贵的抗癌药价格降了下来、走上了大众的‘货架’？科学家的责任，就是把对化学鍵的精准控制，写在造福人类、绿色可持续发展的健康现实中。”

七. 参考文献

刘买利（分析化学与生物核磁共振波谱）院士｜我国生物波谱分析化学与磁共振方法学的奠基者与开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

刘买利（分析化学与生物核磁共振波谱）院士｜我国生物波谱分析化学与磁共振方法学的奠基者与开拓者

一. 基础信息概览

姓名：刘买利（Mailing Liu）
生卒年月：$1958$ 年 $12$ 月出生于陕西省蓝田县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2021$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：液体核磁共振分析方法学、生物大分子相互作用及原位动力学、高灵敏度与快速核磁共振分析技术

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

刘买利院士长期致力于分析化学中核磁共振（$\text{NMR}$）波谱分析方法、原理及在生物医药领域应用的交叉前沿研究。他聚焦于攻克复杂生物体系在核磁共振分析中面临的“高浓度溶剂水信号强干扰”、“谱线重叠严重”以及“低自然丰度（如 $^{13}\text{C}$）检测灵敏度低、分析耗时长”等关键基础性科学瓶颈。他通过将分子物理学、微观统计学与传统分析化学深度结合，提出了“谱峰分离、不分离样品”的物理编辑分析策略，实现了核磁共振对活细胞、中药等多相多组分体系在原位条件下的高保真解析，为生物波谱分析提供了系统的原创方法学。

2. 标志性成果

高选择性水峰抑制方法 $\text{W5}$ 脉冲序列的创制：在液体生物大分子核磁共振分析中，高浓度的溶剂水峰信号强于微量生物大分子信号达 $4\text{ - }5$ 个数量级，如何彻底抑制超强水信号且不破坏处于水峰下方的生物弱活性信号，是该领域的国际共性难题。刘买利在国际上率先开发出了一种基于组合脉冲的高选择性水峰抑制方法，被国际同行正式命名为 $\text{W5}$ 脉冲序列。该技术可实现大于 $10^6$ 的超高抑制效率，并极大地降低了对水峰附近（如蛋白质酰胺质子）低偏置信号的干扰。因其卓越的普适性能，该方法被全球主要核磁共振厂商直接内置为谱仪标准运行程序，并被数十部国际经典 $\text{NMR}$ 手册及专著收录，成为液体生物 $\text{NMR}$ 实验中的基石手段。此外，他还开发了通过信号转移获取水峰下弱信号的 $\text{RECUR}$ 方法，极大避免了关键活性谱线信息的丢失。
“不分离样品、物理分离谱峰”的重叠 $\text{NMR}$ 谱编辑机制建构：针对细胞、中药等复杂混合物由于信号极度重叠而难以定性定量的难题，刘买利打破传统色谱法极易破坏体系完整性的局限，首次提出了“分离谱峰，不分离样品（$\text{Separate Spectra without Separating Samples}$）”的物理编辑方案。他将“扩散加权”和“弛豫加权”机制有机融合，构筑了高选择性扩散-弛豫加权谱编辑方法。利用游离态与结合态药物分子具有不同扩散系数的微观物理特性，他建立了测定药物-蛋白质稳定常数、多肽酰胺氢（$\text{NH}$）交换动力学、以及区分特异性与非特异性相互作用的通用动力学模型，实现了复杂大分子相互作用的原位波谱剖析。
定量 $^{13}\text{C}$ 极化增强与快速多维 $\text{NMR}$ 采样重构算法创新：针对 $^{13}\text{C}\text{-NMR}$ 定量分析中由于信号强度高度依赖于 $\text{C-H}$ 耦合常数而难以精准定量的瓶颈，刘买利提出了全新的核极化自适应传递方案，研制出 $\text{Q-DEPT}^+$ 和 $\text{Q-POMMIE}$ 定量极化转移序列，在耦合常数 $90\text{ - }220\text{ Hz}$ 范围内实现了 $\text{CH}$、$\text{CH}_2$ 和 $\text{CH}_3$ 极化信号 $225%$ 的均一性增强，突破了传统谱仪的定量测定阈值。此外，为消除非均匀采样多维实验的耗时难题，他提出了网格化转换-快速傅里叶变换（$\text{GFFT}$）重组算法，使多维数据处理与实验时间大幅缩短至原来的 $1/60$；并在此基础上发明了基于重复采样原理抑制伪峰与噪声的 $\text{NASR}$ 重建算法，极大改善了快速多维 $\text{NMR}$ 谱的分辨率。

3. 学术地位与影响

刘买利院士是我国生物核磁共振波谱分析化学和核磁方法学领域的卓越领军学者，也是我国标志性国家大型科学仪器中心——武汉磁共振中心的核心建设者之一。他领导完成了多项国家杰出青年科学基金项目、国家重大科学研究计划（原“$973$”计划）项目及国家重点研发计划重点专项。其研制的 $\text{W5}$ 及系列多维谱编辑脉冲序列已成为全球液体生物核磁分析的底层通用规范。他的开拓性工作不仅成功将多相复杂生物系统波谱解析由宏观“跟跑”推移至局部“并跑”和“领跑”，也使我国在非均相体系和活细胞磁共振方法学领域牢固占据了不可或缺的国际话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978.10 - 1982.07$：西北大学化学系分析化学专业，本科毕业获理学学士学位
$1993.09 - 1996.10$：英国伦敦大学 Birkbeck（伯贝克）学院化学系，研究生毕业获理学博士学位

2. 工作履历

$1982.08 - 1990.07$：西北大学分析测试研究中心，历任研究实习员、助理研究员
$1990.07 - 1991.07$：英国 Wellcome Research Laboratory（惠康研究实验室），访问学者
$1991.09 - 1993.08$：西北大学分析测试研究中心，副教授（其中 $1993.04$ 起兼任该中心副主任）
$1996.11 - 1998.07$：中国科学院武汉物理与数学研究所，博士后（合作导师：叶朝辉院士）
$1998.07 - 2019.05$：中国科学院武汉物理与数学研究所，历任副研究员、研究员、博士生导师、波谱与原子分子物理国家重点实验室主任、常务副所长、所长
$2019.05 - 至今$：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，研究员、博士生导师、首席科学家（于 $2021$ 年 $11$ 月正式当选为中国科学院院士）

四. 主要荣誉与奖项

1. 省部级与行业重大奖项

省部级科技奖项：
- 湖北省自然科学一等奖（$2006$ 年度，第一完成人，获奖项目：“复杂体系的液体核磁共振直接分析方法研究”）
- 湖北省技术发明一等奖（$2018$ 年度，第二完成人）
- 湖北省科技进步二等奖（两项，主要完成人）
波谱学专业大奖：第十届“王天眷波谱学奖”（旨在奖励在波谱学基础和应用研究中做出突出贡献的中青年学者）

2. 重要荣誉称号

$2004$ 年：入选首批国家“新世纪百千万人才工程”
$2008$ 年：荣获中国科学院“朱李月华优秀教师奖”
$2021$ 年：荣获中华全国总工会授予的“全国五一劳动奖章”
其他荣誉：享受国务院政府特殊津贴专家、湖北省有突出贡献中青年专家

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

创刊/联合主编：
- 国际学术期刊 Magnetic Resonance Letters（《磁共振快报》）创刊共同主编
- 《波谱学杂志》主编
学术期刊编委：曾任《中国化学》、《分析化学》、《物理化学学报》等主流期刊编委

2. 重要社会与学术兼职

国家重点创新平台：波谱与原子分子物理国家重点实验室主任（原）、国家大型科学仪器中心“武汉磁共振中心”首席科学家
学术团体职务：中国物理学会波谱学专业委员会主任委员（原）、中国化学会常务理事、中国物理学会理事、“亚太磁共振论坛”（$\text{APMRF}$）国际顾问
国家重点研发计划与基金委平台：国家自然科学基金委员会化学科学部专家咨询委员会委员、国家重点研发计划“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项总体专家组成员、基金委“糖脂代谢”重大研究计划专家组组长

六. 个人风格与格言

刘买利院士在极高精度科研仪器的开发与教学实践中，始终倡导敢于突破思维壁垒、回归客观理性的学术道路。作为我国恢复高考后的首批大学生，他甘愿在已获得副教授高级职称的前提下，奔赴英国攻读博士学位以探寻学术盲区。学成后，面对一封来自国内磁共振开拓者叶朝辉院士的邀请信，他甘愿舍弃国外优渥待遇，以极低物质水平的博士后身份进入武汉物数所“补课”。他常用“寻找研究舒适区”来总结这段冷热交替的科研求索：

“科学探索就像走一条人迹罕至的路，每个人都希望留在自己熟悉的地方，但真正的发现往往需要我们敢于走出温室。我们在波谱学这个‘冷’与‘热’交替的领域坚守了四十多年，一直默默‘补课’。只要你能够在喧嚣之外，找到适合自己长期专注、反复推敲的‘研究舒适区’，‘冷板凳’终会被捂热，你也能为我国科研基础底座的稳固留下一道深刻的科学痕迹。”

对待生物磁共振仪器的国产化升级与人才培养，他反复告诫青年学人，做研究不能仅仅停留在数据发表层面，要将理论模型真正写入大国重器，服务于社会民生的一线：

“磁共振技术是剖析生命奥秘和物质本质的‘显微镜’。一个理论学者如果只会翻译别人的实验结果，那不叫创新。要把我们自己研发的高效脉冲序列和水峰抑制方法，真正内置在我国自主设计生产的核磁谱仪核心算法里，让中国造的装备在生物制药、临床诊断和基础化学前沿，掌握真正的底层技术话语权。”

七. 参考文献

卜显和（无机化学）院士｜提出配体引导的配位聚合物结构调控方法并开拓新型智能材料的无机化学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

卜显和（无机化学）院士｜提出配体引导的配位聚合物结构调控方法并开拓新型智能材料的无机化学家

模块一：基础信息概览

姓名：卜显和（Xian-He Bu） [1, 2]
生卒年月：1964年8月出生于辽宁省朝阳市，目前健在。 [1, 3]
所属学部：中国科学院化学部 [4]
当选年份：2021年正式当选为中国科学院院士 [1, 2]
主要研究领域：功能配合物化学、配位聚合物（金属有机框架）、晶体工程、超分子化学、智能柔性晶体材料 [1, 5]

模块二：核心学术贡献

1. 研究方向

卜显和长期致力于功能配合物化学、配位聚合物（$\text{Coordination Polymer}$）与金属有机框架（$\text{MOFs}$）基础研究 [1, 2, 5]。他聚焦于配位空间的功能导向构筑、晶体工程及结构与性能调控等化学前沿问题，探究分子基多孔与智能材料在吸附/分离、催化、储能、传感等领域的重大科学和工程应用，并着力阐明非平衡态和多刺激响应下配合物材料的微观演化及构效关系 [2, 5]。

2. 标志性成果

提出并建立“配体引导的配位聚合物结构调控”方法：通过设计合成一系列富含主族活性供体原子及富柔性或半刚性骨架的有机配体，揭示了配体拓扑构型、电荷分布及次级配位键效应对框架网络几何构型、孔道性质和多孔稳态的微观控制规律 [1, 2]。该理论推动了多孔功能材料从经验合成向精准定向合成的重要飞跃，核心研究“配位聚合物构筑与结构性能调控”荣获2014年度国家自然科学奖二等奖（排名第一） [1, 2]。
发现动态行为新机制并成功构筑新型智能柔性配合物材料：系统研究了基于无机-有机杂化特征的弹性/塑性配合物晶体在温和物理及化学（如压力、温度、气体分子等）刺激下呈现的可逆结构转变，提出调节模块刚性以平衡柔性配合物分子骨架“变形度”与“结晶性”的设计原则 [2, 5]。这一机制在多重刺激应答（如智能显色、智能吸附和宽温域多电铁性，如 $\text{MDABCO-NH}_4\text{I}_3$ 的高弹性与铁电行为）中实现了性能的可逆调变 [1, 6]。相关重大理论成果荣获2018年度天津市自然科学特等奖（排名第一） [1, 2]。
开拓配位多孔材料在复杂组分高效吸附分离与催化中的应用：针对二氧化硫（$\text{SO}_2$）等酸性污染气体的深度脱除与绿色回收难题，设计了高度稳定的多孔氢键有机框架（$\text{HOFs}$）和金属有机框架（$\text{MOFs}$），实现了微量气体的超高效特异性吸附 [5]。在此基础上，开发出具有高度协同金属活性中心的配合物仿生电催化剂，在氧还原反应（$\text{ORR}$）和析氧反应（$\text{OER}$）中表现出突破性的活性与耐久性 [5]。

3. 学术地位与影响

卜显和是我国功能配合物与晶体工程领域的学术带头人 [1, 2]。他在《Nature Chemistry》、《Journal of the American Chemical Society》、《Angewandte Chemie International Edition》等国际顶尖学术期刊发表高水平论文 $600$ 余篇，主编出版了该领域里程碑式专著《配位聚合物化学》（$240$ 万字，科学出版社出版） [1, 2]。他于2014年当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$），先后荣获国家杰出青年科学基金、教育部特聘教授等学术荣誉，极大地提升了我国晶体化学与分子基多孔材料在国际学术界的地位 [1, 2, 5]。

模块三：教育与职业轨迹

1. 教育背景

1988.09 – 1992.11：南开大学化学系，无机化学专业，获理学博士学位（其间在1988年至1990年转段，师从著名化学家陈荣悌院士；其后受公派赴日本广岛大学等机构留学，师从著名科学家木村荣一教授） [2, 3]
1986.09 – 1988.07：南开大学化学系，无机化学专业，攻读理学硕士学位（后提前转为博士研究生） [3]
1982.09 – 1986.07：南开大学化学系，化学专业，获理学学士学位 [2, 3]

2. 工作履历

2021.11 至今：中国科学院院士，南开大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，南开大学国家新材料研究院院长，金属与分子基材料化学天津市重点实验室主任 [2, 7]
2015.07 – 2021.11：南开大学材料科学与工程学院，首任院长 [2, 3]
1995.12 至今：南开大学化学系/材料科学与工程学院，教授、博士生导师（1996年任博导） [2, 3]
1992.11 – 1995.12：南开大学化学系，讲师、副教授 [2, 3]
1988.01 – 2004.12：曾先后在日本分子科学研究所、东京大学、京都大学、香港中文大学、香港科技大学等著名高校与科研机构担任博士后、客座教授或高级访问学者 [2, 5]

模块四：主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2014年：国家自然科学奖二等奖（项目：“配位聚合物构筑与结构性能调控”，排名第一） [1, 2]

2. 省部级科技奖项

2018年：天津市自然科学特等奖（项目：“基于无机-有机杂化的配位空间的构筑与性能研究”，排名第一） [1, 2]
2011年：天津市自然科学奖一等奖（项目：“新型功能配位聚合物的构筑与结构性能调控”，排名第一） [1, 2]
2002年：天津市自然科学奖一等奖（排名第一） [2]

3. 其他重要荣誉

2022年：荣获中华全国总工会“全国五一劳动奖章” [8]
2017年：入选首批天津市杰出人才 [1, 2]
2014年：当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$） [2]
2004年：入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选，同年获评教育部特聘教授 [2]
2002年：获得“国家杰出青年科学基金”资助 [1, 2]
1997年：入选教育部跨世纪优秀人才支持计划 [3]

模块五：社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

《Chemical Society Reviews》（化学学会评论）：副主编 [1]
《中国化学快报》（Chinese Chemical Letters）：副主编 [3]
《高等学校化学学报》、《无机化学学报》：编委 [3]

2. 重要社会与学术兼职

国家级智库/重要学术职务：中国化学会晶体化学专业委员会主任、中国晶体学会小分子专业委员会副主任、中国化学会无机化学学科委员会委员、中国化学会分子筛专业委员会委员 [1, 3]
重点实验室/工程中心职务：国家新材料研究院（南开大学）院长、金属与分子基材料化学天津市重点实验室主任、无机固体材料与能源化学引智基地负责人 [2, 7]

模块六：个人风格与格言

卜显和院士治学严谨执着，强调基础研究必须脚踏实地 [3]。在归国之初面临极其艰难的科研环境下，他依靠校内极少的启动经费，白手起家搭建实验台 [3]。他始终深切感念其恩师陈荣悌院士的悉心培养，并以此作为标杆 [3]。他时常激励学生要珍惜如今优渥的科研平台，严厉极力杜绝任何学术不实，全心投入研究工作 [3]。

治学格言：

“科学来不得半点虚假，必须脚踏实地。要珍惜如今的发展机遇和实验条件，尽心尽力地做研究，才无愧于这么好的实验条件。” [3]

模块七：参考文献

[1] 南开大学化学学院卜显和院士主页. https://chem.nankai.edu.cn/2019/0909/c24064a416421/page.htm [2] 南开大学材料科学与工程学院院士风采. https://mse.nankai.edu.cn/36137/list.htm [3] 科学网学术人物报道（卜显和：潜心科教砥砺前行）. https://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2019/9/430549.shtm [4] 中国科学院学部与院士（化学部-卜显和简介）. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/202201/t20220111_4821742.html [5] 卜显和课题组（Bu Lab）官方网站. https://bulab.nankai.edu.cn/ [6] 新科院士“卜显和”研究进展. https://wap.ceshigo.com/article/10717.html [7] 南开大学材料科学与工程学院组织架构. https://mse.nankai.edu.cn/9277/list.htm [8] 中国工程院院士馆（南开大学卜显和院士荣获全国五一劳动奖章）. https://ysg.ckcest.cn/ysgNews/1742307.html

房喻（物理化学与功能表界面材料）中国科学院院士｜我国敏感薄膜荧光探测领域的开拓者与隐藏危险品薄膜传感器领军科学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

房喻（物理化学与功能表界面材料）中国科学院院士｜我国敏感薄膜荧光探测领域的开拓者与隐藏危险品薄膜传感器领军科学家

一、基础信息概览

姓名：房喻（Fang Yu）
生卒年月：$1956$ 年 $9$ 月 $30$ 日生，籍贯陕西西安（临潼）。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2021$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：物理化学、功能表界面化学、薄膜荧光传感器、分子凝胶、高分子胶体与软物质。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

房喻院士长期致力于新概念传感器和分子材料、薄膜基荧光传感及分子凝胶等物理化学与表界面应用前沿研究。他带领团队面向国家重大安全（如反恐防暴、缉毒侦测、国防军工安全）和国民经济重大需求，攻坚具有极高灵敏度、超快响应速度和高抗干扰性能的微痕量危险物质检测技术。他的科学探索立足于敏感薄膜材料的创制和激发态过程的精密调控，攻克复杂环境下痕量隐藏危险品（爆炸物、毒品、毒气等）非接触式瞬时气相探测的经典科技难题。同时，他深度结合分子凝胶理论，将其拓展至高分子乳液和推进剂体系，解决了航空航天中的高性能关键材料与推进剂制造中的瓶颈。

2. 标志性成果

“单分子层化学策略”、“分子凝胶策略”及薄膜荧光传感器（FFS）奠基：
- 薄膜荧光传感器（$\text{FFS}$）是国际公认最具发展潜力的新一代微痕量物质探测技术。为突破高通透性、高稳定性的敏感薄膜制备瓶颈，房喻在国际上首次提出了用于敏感薄膜创新制备的“单分子层化学策略”（$\textit{monolayer chemical strategy}$）、“分子凝胶策略”（$\textit{molecular gel strategy}$）和分子组合设计思想。
- 他首次系统揭示了“$\textit{adlayer}$ 效应”（吸附层效应，调控敏感分子与基底或相邻组分之间的局域耦合），并通过引入激发态分子内电荷转移（$\text{ESICT}$）等手段调控激发态分子内质子转移（$\text{ESIPT}$）路径，开发出了高发光效率、高光化学稳定性、具有独特分子级泡孔结构的多样化荧光敏感薄膜材料。基于此种高度通透敏感单元发展的阵列型荧光传感器，对芥子气模拟物（$2\text{-}$氯乙基硫醚）气体的实验检出限低于 $50\text{ ppb}$，响应时间小于 $5\text{ s}$。
“叠层式”传感器结构的创制与爆炸物、毒品气相探测装备国产化突破：
- 针对实际反恐、扫雷和缉毒等环境极其复杂、异味多重干涉的瓶颈，传统检测手段往往存在误报率高或响应慢等严重缺陷。
- 房喻院士团队独辟蹊径，在国际上首创发明了“叠层式”传感器结构。该结构能够在排除臭味、化妆品、酒精及有机废气等复杂气味本底干扰的前提下，实现极其敏锐的目标分子气相收集。
- 基于该叠层结构与多维敏感材料，他的团队历经二十余年持续攻关，成功自主研发出痕量隐藏爆炸物、毒品、新型危险品及 $\text{BTEX}$（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）系列薄膜荧光传感器和便携式探测装备。该设备达到了“接触过爆炸物并清洗两三天、或者装过爆炸物并冲洗 $40$ 多次的容器，均能在数秒内探测出”的国际领先水平。装备成功实现工业化生产，在十九大、G20 峰会、博鳌论坛、港珠澳大桥通车典礼等多项国家级重大安保和工程任务中发挥了不可替代的安全保卫作用，打破了西方在该技术领域的垄断，填补了国内空白。
小分子胶凝剂稳定凝胶乳液（Gel Emulsion）的提出与轻质高强软模板工艺：
- 房喻在国内外率先将小分子凝胶概念及分子凝胶研究拓展至凝胶乳液体系，首创了小分子胶凝剂稳定的新型高内相凝胶乳液。该方法有效打破并突破了传统高内相凝胶乳液分散相体积分数的物理极限限制。
- 他的团队建立了基于该凝胶乳液为软模板的轻质高强交联聚苯乙烯等高分子多孔泡沫材料制备新工艺。该工作在国际上实现了高分子功能材料品种和绿色制备工艺的双重创新，为多孔吸附、阻热防护等先进高分子材料的设计提供了全新的合成路线。
分子凝胶理论用于凝胶推进剂雾化及高能材料长期稳定化：
- 在面向国防重大需求、高附加值的军工能源转化体系中，高能液体/固液悬浮推进剂易发生相分离或雾化燃烧不均，是航天动力和导弹制导领域的“卡脖子”技术难题。
- 房喻院士将团队深厚的分子凝胶化学理论与国防工科技术紧密融合，首次在推进剂体系中引入了具有温敏和剪切稀化特性的物理分子凝胶，圆满解决了凝胶推进剂在极端高剪切负荷下“雾化燃烧效率低”以及“高能量密度多相悬浮体系长期悬浮易分层”等重大技术痛点，直接推动了我国在凝胶火箭推进剂领域的工艺跃迁。

3. 学术地位与影响

房喻院士是国际功能表界面化学、敏感薄膜基荧光气相传感器领域的开拓者与标志性领军人物之一。他首次将表界面物理化学、激发态过程调控、高分子自组装与国防、国家公共安全装备深度融合。他在《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Adv. Mater.}$》、《$\text{Nat. Commun.}$》等学术期刊发表论文 $240$ 余篇，授权发明专利 $40$ 项。他的“基础研究-技术创新-产业应用”全链条研发路径，将我国危险品快速非接触式气相检测装备产业推至世界前列。此外，他作为国家教材委员会委员、国家高中和义务教育化学课程标准修订组组长，对我国化学高等教育和基础教育的发展产生了深远影响。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978$ 年 $02$ 月－$1982$ 年 $01$ 月：陕西师范大学化学系化学教育专业，获理学学士学位（恢复高考后首届大学生，以年级第一的成绩毕业）。
$1984$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $06$ 月：陕西师范大学化学系/华中师范大学化学系（联合培养在职硕士研究生），获无机化学理学硕士学位（导师：孙作民教授等）。
$1995$ 年 $03$ 月－$1998$ 年 $02$ 月：英国兰卡斯特大学（Lancaster University）大分子中心/高分子科学，获哲学博士（$\text{PhD}$）学位（导师：世界知名高分子光物理学家 $\text{Prof. Ian Soutar}$，求学期间获海外杰出研究生奖学金 $\text{ORS Award}$）。

2. 工作履历

$2021$ 年 $11$ 月至今：正式当选中国科学院院士（化学部）。
$1998$ 年 $08$ 月至今：陕西师范大学化学化工学院教授、博士生导师（其间：$1999$ 年 $01$ 月任化学与材料科学学院院长；$2002$ 年 $12$ 月起任副校长；$2004$ 年 $05$ 月－$2014$ 年 $05$ 月担任陕西师范大学校长，现兼任西安交通大学教授、新概念传感器与分子材料研究院院长）。
$1998$ 年 $02$ 月－$1998$ 年 $07$ 月：英国兰卡斯特大学（Lancaster University）大分子中心，开展短期 $\text{Research Fellow}$ 合作研究。
$1993$ 年 $09$ 月－$1995$ 年 $02$ 月：英国伯明翰大学（University of Birmingham）化学系多糖和蛋白质工程实验室，作为访问学者/助理研究员（$\text{Research Assistant}$）开展生物大分子合作研究。
$1982$ 年 $02$ 月－$1993$ 年 $08$ 月：陕西师范大学化学系任教，历任助教、讲师、破格晋升副教授（$1987$ 年起）。
$1975$ 年 $08$ 月－$1977$ 年 $12$ 月：陕西省临潼区某小学/初中一贯制学校，民办教师。

四、主要荣誉与奖项

1. 国际与国家及省部级重磅科技奖项

陕西省科学技术奖一等奖（共 $3$ 项，作为项目第一完成人）；
原国家教委科技进步奖二等奖（$1$ 项，作为项目主要完成人）；
陕西省科学技术奖二等奖（$1$ 项，第一完成人）。

2. 行业学术荣誉与个人重磅称号

中国化学会胶体与界面化学专业委员会“软物质研究杰出贡献奖”（$2022$ 年，即郎迪森中国软物质研究杰出贡献奖）；
陕西省化学会“陕西化学杰出贡献奖”；
国家级教学名师奖（$2008$ 年，第二届）；
全国先进工作者（$2004$ 年）；
全国优秀教师（$2001$ 年）；
全国“五一”劳动奖章 获得者；
宝钢优秀教师特等奖（提名奖）；
国务院政府特殊津贴专家（$1993$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

国家教材委员会 委员；
《$\text{Langmuir}$》（美国化学会） 顾问编委；
《$\text{Carbohydrate Polymers}$》（Elsevier） 顾问编委 / 编委；
《物理化学学报》、《应用化学》、《化学学报》、《影像科学与光化学》 等核心期刊编委及顾问。

2. 重要社会与学术兼职

国家高中和义务教育化学课程标准修订组 组长；
中国化学会 常务理事、应用化学专业委员会副主任、国际事务委员会委员；
西安市科学技术协会（西安市科协） 主席；
陕西省科普作家协会 理事长；
应用表面与胶体化学教育部重点实验室、西北大学合成与天然功能分子化学教育部重点实验室 学术委员会副主任；
西北工业大学高分子科学与技术陕西省重点实验室 学术委员会主任。

六、个人风格与格言

房喻院士温和坚毅、淡泊名利，对学术和教学展现出极高且近乎痴迷的执着。作为中国西部化学教育和科技创新领域的引路人，他始终将个人命运与国家安全利益深度交融。为了揭示防爆和痕量分子的气相行为，他曾多次走访车间与安保一线，甚至在机场长久跟随嗅爆犬观察其反应。对待学生，他提倡人格平等，坚持在严谨治学的同时，引导学生在自由的学科交融中敏锐地捕捉被别人忽视的偶然物理现象。

其代表性科学治学格言如下：

“搞科研和当老师是一样的道理，都最忌讳急功近利。只有把基础理论研究透了、把底子的技术夯实了，让走出去的学生能在国际高水平讲台上凭硬实力对话，我们的国防和安全材料产业才能真正实现在自主可控上的独立与自由。”
“做学问就如同在悬崖绝壁上攀登，必须心无旁骛，能耐得住几十年的冷清与寂寞。计算和公式背后的物理规律是有温度的，把冷冰冰的敏感纳米薄膜，化作守护国家和百姓生命安全的温情铠甲，才不负一个科研人、一个教师的终身本职。”

七、参考文献

迟力峰（物理化学与表界面纳米科学）中国科学院院士｜我国表面在位化学领域的开拓者与超分子表界面自组装领军科学家

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

迟力峰（物理化学与表界面纳米科学）中国科学院院士｜我国表面在位化学领域的开拓者与超分子表界面自组装领军科学家

一、基础信息概览

姓名：迟力峰（Lifeng Chi）
生卒年月：$1957$ 年 $10$ 月生，籍贯吉林长春。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2021$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2020$ 年当选为欧洲科学院（$\text{Academia Europaea}$）外籍院士，于 $2023$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：物理化学、表界面分子与超分子化学、表面在位化学（表面合成）、扫描探针显微技术（$\text{STM/AFM}$）、纳米表征与智能响应功能薄膜。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

迟力峰院士长期致力于表界面分子与超分子化学、表面在位化学以及扫描探针显微表征的前沿物理化学研究。她的研究聚焦于两大核心科学问题：一是分子及超分子在固/液、固/气界面的自组装动力学与平衡态调控机制，旨在建立微纳尺度精确、长程有序的超 supramolecular 图案化结构；二是开辟和发展“表面在位化学”（$\text{On-surface Chemistry}$）这一全新交叉学科。她利用固体表面一维或二维超宽空间限域效应，精准调控高活性自由基在特定金属或非金属基底上的活化、迁移和偶联路径，从而实现传统液相合成无法制备的新型一维、二维低碳纳米结构及拓扑大分子的原子级精准创制。

2. 标志性成果

“表面在位化学”反应选择性及精准合成新机制的系统奠基：
- 传统的液相合成化学受溶剂热力学和均相催化限制，难以制备具有大共轭结构的长程共价高分子及高纯碳基纳米材料。针对这一难题，迟力峰院士在国际上系统提出了利用“表面晶格调控”和“分子预组装”双重约束来指导分子偶联的学术思想。
- 她在国际上首次实现了利用金属表面（如 $\text{Cu}(110)$ 晶面）的各向异性排布，通过多步级联脱氢反应，将正构烷烃（$\text{n-alkanes}$）直接催化转化为高纯度、结构完全均一的“全反式”（$\textit{all-trans}$）共轭聚烯烃纳米线，实现了前所未有的长度与选择性控制。
- 她针对惰性 $\text{C-H}$ 键的表面选择性活化，提出了外加活性过渡金属原子（如 $\text{Fe}$ 等）协同基底晶格，实现对酚类等前驱体分子特定位点一单活化（$\text{mono-selective}$）与双活化（$\text{di-selective}$）调控的新路线，打破了传统宏观表面催化中产物复杂无序的定势。
自组装导向的新型碳富勒烯及 $[4]$ 径向烯等多环共轭固体表界面构筑：
- 利用金属表面配位与分子间弱相互作用的精确平衡，其团队通过自组装前驱体设计，实现了在室温以下（低于 $120\text{ K}$）高选择性的四面体苯乙炔分子环状四聚化反应，直接在 $\text{Cu}(100)$ 表面精准合成了高度不稳定的 $[4]$ 径向烯（$[4]\text{radialenes}$）衍生物。
- 该工作通过高分辨扫描隧道显微镜（$\text{STM}$）原位捕获了反应过程中的分子级取向与氢互变异构（$\text{hydrogen tautomerization}$）中间态，揭示了表面自组装构型对反应过渡态能垒的决定性影响，开创了“自组装结构导向表面精密化学键合”的新范式。
表界面超分子结构微纳图案化调控技术：
- 在早期的界面自组装研究中，她系统深入地拓展了 $\text{Langmuir-Blodgett}$（$\text{LB}$）膜技术。针对复杂的两亲性分子体系，发展了多维、非平衡态界面物理化学理论。
- 她利用物理模板与化学引导力，发展出在数平方厘米宏观尺度上，制备具有纳米级周期性、长程有序排列的聚合物点阵、条纹以及复杂功能器件阵列的制造工艺。这极大缩短了分子自组装到宏观分子电子器件（如超高灵敏有机电化学晶体管 $\text{OECT}$ 等）的应用技术鸿沟。

3. 学术地位与影响

迟力峰院士是全球表界面分子科学与表面合成（表面在位化学）领域的标志性领军人物之一。她的一系列原创性研究工作彻底打通了“表界面超分子弱相互作用自组装”向“高稳定性表面共价键化学反应”跨越的桥梁。她在包括《$\text{Science}$》、《$\text{Nature}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》、《$\text{Phys. Rev. Lett.}$》等国际顶级学术期刊发表论文 $400$ 余篇，撰写多部国际英文专著章节。其成果获得了国际物理与化学界的高度肯定，她于 $2016$ 年和 $2017$ 年连续荣获美国化学会 $\text{ACS Nano Lectureship}$ 奖以及国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）化学化工杰出女性奖，显著提升了我国在物理化学表界面控制及微纳表征领域的国际话语权与领航地位。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1978$ 年 $02$ 月－$1982$ 年 $01$ 月：吉林大学物理系固体物理专业，获理学学士学位。
$1982$ 年 $02$ 月－$1985$ 年 $01$ 月：吉林大学化学系物理化学专业，获理学硕士学位（导师：李铁津教授）。
$1985$ 年 $09$ 月－$1989$ 年 $12$ 月：德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所（哥廷根马普所）/哥廷根大学物理化学专业，获理学博士学位（师从世界著名表面物理化学家 $\text{Dr. Moebius}$ 及 $\text{Prof. Dr. Troe}$）。
$1990$ 年 $01$ 月－$1991$ 年 $03$ 月：德国美因茨大学化学系，开展博士后研究工作（合作导师：高分子化学家 $\text{Helmut Ringsdorf}$ 教授）。
$1991$ 年 $04$ 月－$1993$ 年 $03$ 月：德国巴斯夫公司（$\text{BASF AG}$），开展博士后研究工作（合作导师：$\text{Harald Fuchs}$ 教授）。

2. 工作履历

$2014$ 年 $04$ 月至今：德国明斯特大学（University of Münster）物理系，兼职教授（$\text{Adjunct Professor}$）。
$2012$ 年 $04$ 月至今：苏州大学功能纳米与软物质研究院（$\text{FUNSOM}$），特聘教授、博士生导师、表界面分子科学研究所负责人。
$2004$ 年 $01$ 月－$2014$ 年 $03$ 月：德国明斯特大学物理系，教授。
$2003$ 年 $01$ 月－$2011$ 年 $12$ 月：吉林大学化学学院/超分子结构与材料国家重点实验室，双聘教授。
$2001$ 年 $01$ 月－$2003$ 年 $12$ 月：德国明斯特大学物理系，私人讲师（$\text{Privatdozent}$）。
$1993$ 年 $04$ 月－$2000$ 年 $12$ 月：德国明斯特大学物理系，获得教授资格（$\text{Habilitation}$，等同于德国大学助理教授/独立研究员阶段）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国际荣誉与顶尖表彰

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士（$2023$ 年当选）；
欧洲科学院（$\text{Academia Europaea}$）外籍院士（$2020$ 年当选）；
国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）化学化工杰出女性奖（$2017$ 年，表彰其在表界面组装、纳米结构图案化及表面反应调控领域的杰出国际成就）；
美国化学会 $\text{ACS Nano Lectureship}$ 奖（$2016$ 年，该奖项每年仅在国际上表彰两到三位在纳米科学领域做出先驱工作的科学家）；
德国北威州 $\text{Lise-Meitner Award}$（$1997$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$\text{B}$ 类，海外青年合作基金）（$1999$ 年）。

2. 国家级、省部级及行业重要荣誉

中国化学会首批会士（$2020$ 年）；
江苏省“最美科技工作者”（$2023$ 年）；
第三届江苏省“十佳研究生导师”（$2022$ 年）；
苏州市顶尖人才团队领衔人（$2023$ 年，所负责的“智能响应界面与技术创新团队”成功入选）；
苏州市劳动模范（$2018$ 年）；
苏州大学—东吴证券科技创新重大贡献奖（$2023$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术期刊任职

《$\text{ACS Nano}$》副主编；
《高等学校化学学报》/《$\text{Chemical Research in Chinese Universities}$》副主编；
《$\text{Chemical Communications}$》、《$\text{Small}$》、《$\text{Accounts of Materials Research}$》、《$\text{ACS Applied Materials & Interfaces}$》等国际学术期刊编委或顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会 常务理事（第三十一届常务理事会）；
中国化学会女化学工作者委员会 副主任；
国家重点研发计划、国家自然科学基金委重大研究计划 项目首席科学家、重大仪器专项负责人；
国家同类科技评审专家及国际知名科学基金（如德国 $\text{DFG}$）评审专家。

六、个人风格与格言

迟力峰院士治学严谨细致、作风实干，在物理学与化学的交叉学术圈里展现出深邃的学术洞察力和强烈的好奇心。在苏州大学的研究院内，她总是将极大的精力倾注在基础科研的一线。她时常将“人体器官与显微技术的演进”作对比，指出显微技术是突破人类视觉和触觉极限的钥匙，因此在扫描探针显微镜下的每一次针尖操纵、每一个原位微观图像的获取，都需要倾注无尽的耐心。作为杰出的女性科学家代表，她多次在教育教学及学术演讲中鼓励青年一代，不能有任何浮躁、投机的思想，要保持对自然的纯粹好奇，在寂寞中把少有人涉足的表界面分子规律研究做精、做细。

其代表性科学治学格言如下：

“扫描探针技术在微观表征中，就像是人类触觉的无限延伸。科学探索往往要求我们不能只看表象，更要在原子与分子的纳米尺度上‘去摸、去感受’，并在这种终极细微里去寻找宏观物质反应最深处的真理。”
“搞科研、做学问，最需要的是一份沉得下心的恒力。在科学的未知世界里，我们每天都会面临实验的偏差与不确定性，而所谓的发现与突破，往往就隐藏在无数次被别人忽略的细节与执着之中。”

七、参考文献

马於光（高分子化学与有机光电材料）院士｜我国利用电致磷光提高OLED效率新原理与“热激子”机理的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

马於光（高分子化学与有机光电材料）院士｜我国利用电致磷光提高OLED效率新原理与“热激子”机理的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：马於光（Yuguang Ma）
生卒年月：$1963$ 年 $11$ 月出生于吉林省长春市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2021$ 年当选为中国科学院院士（$2025$ 年当选为亚太材料科学院院士）
主要研究领域：有机/高分子发光材料、高分子化学与物理、激发态光谱学与多级凝聚态结构调控、有机发光二极管（$\text{OLED}$）发光机理

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

马於光院士长期致力于有机/高分子光电功能材料的基础科学问题研究。他聚焦于攻克传统 $\text{OLED}$ 器件中“电致激发态激子利用率低、高色纯度蓝光发射效率低下、难溶性聚合物薄膜难以精细加工”等关键物理化学瓶颈。他围绕“有机/高分子多级结构（分子化学结构、凝聚态超分子排布、电子激发态特征）与光电转化性能（发光、激光、电荷迁移）的内在规律”这一主线，开发了多种新型分子聚集体材料体系，提出了基于高能自旋态利用的新兴激发态调控物理机理，构建了具有完全自主知识产权的高性能有机发光薄膜自组装与电聚合加工方法学。

2. 标志性成果

利用磷光材料突破 OLED 激子利用率极限的物理机制建立（国家自然科学二等奖成果）：在早期的荧光 $\text{OLED}$ 器件中，由于自旋量子力学规律限制，电激发产生的单线态激子（$\text{Singlet Excitons}$）和三线态激子（$\text{Triplet Excitons}$）比例为 $1:3$。传统荧光材料只能利用 $25%$ 的单线态激子，导致内量子效率（$\text{IQE}$）极低。马於光在国际上率先提出并论证了利用过渡金属配合物磷光材料捕获 $75%$ 的三线态激子的科学思想，在国际上首次报道了利用磷光材料提高电致发光器件效率的新原理。该成果彻底打破了电致发光激子利用率 $25%$ 的传统荧光理论瓶颈，开辟了理论上能够实现 $100%$ 内量子效率的第二代电致发光磷光材料研发前沿，该项目成果“新概念有机电致发光材料”荣获 $2009$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
“热激子”机理及杂化电荷转移态（HLCT）设计原则的创立：由于重金属电致磷光材料（如铱、铂等配合物）成本高昂且在深蓝光器件中极易发生淬灭退化，学术界极力寻求廉价的高效非贵金属电致发光材料。马於光团队在国际上首次提出了“热激子”（$\text{Hot Exciton}$）物理发光机理，其核心思想是利用高能级激发态通道，实现自旋禁止的三线态向单线态的反系间窜越（即高能级反系间窜越 $T_n \rightarrow S_m, n \ge 2, m \ge 1$），从而在高能轨道层面绕过了传统的非辐射淬灭路径。在此基础上，他建立了杂化电荷转移态（$\text{HLCT}$）分子设计原则。该方法完美兼顾了高荧光辐射速率和近 $100%$ 激子利用率的特征，为发展具有中国自主知识产权、免除重金属依赖的超高色纯度新一代廉价纯有机蓝光 $\text{OLED}$ 材料提供了重要理论与合成依据。
交叉“X-聚集”超分子堆积蓝光发射机制的发现：有机共轭分子在凝聚态由于紧密平行堆积（即经典的 $\text{H-聚集}$ 或 $\text{J-聚集}$ 范式）极易产生明显的激发态电荷转移动力学淬灭，导致固态薄膜状态下的发光效率剧烈下降（即聚集诱导淬灭效应）。马於光在研究高效率蓝光晶态发光体时，发现并命名了一种全新的分子排布方式——“$\text{X-聚集}$”（$\text{X-aggregation}$）。该堆积模式通过分子长轴相互交叉错位堆积，减弱了偶极自淬灭效应并引入了特异性的 $\text{C-H}\cdots\pi$ 弱相互作用，从而首次在凝聚态实现了理论上最高荧光量子产率的超亮、窄谱带蓝光分子晶体发射体系。
难溶有机聚合物光电薄膜电化学聚合制备法的创制：高性能共轭聚合物光电材料普遍面临化学溶剂难溶解、热稳定度低从而难以进行图案化精密加工的工程难题。马於光打破传统湿法涂布和真空蒸镀的工艺局限，在国际上独树一帜地发明了难溶有机发光薄膜的原位电聚合（$\text{Electrochemical Polymerization}$）加工方法。他设计了带有可交联电活性外围（如咔唑基团）的高聚物前驱体分子，实现了在基底表面高发光、高导电薄膜的选择性定向电沉积。该项技术为实现高质量红绿蓝（$\text{RGB}$）阵列全彩全色电致发光器件图案化提供了一种工艺极简、成本低廉、稳定性优异的全新底层加工工艺方案。

3. 学术地位与影响

马於光院士是我国在有机/高分子光电功能材料领域、电致发光理论前沿极具代表性的学术带头人和开拓者。他不仅首次奠定了电致磷光理论的物理基石，还带领我国科学家在分子激发态自旋控制和“热激子”发光科学上持续引领着国际学术潮流。他至今在国内外顶级学术期刊（如 JACS, Angew. Chem., Adv. Mater. 等）发表高水平学术论文 $470$ 余篇，论文被他人引用超过 $1.45 \times 10^4$ 次，连续多年入选材料科学领域“全球高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”目录。他牵头组建并作为负责人的国家自然科学基金委“有机聚合物发光材料的基础研究”创新研究群体，显著提升了中国科学家在新型发光器件制造与新型有机半导体标准制定中的国际学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1981.09 - 1985.07$：吉林大学化学系，物理化学专业，本科毕业获理学学士学位
$1985.09 - 1988.07$：吉林大学化学系，高分子化学与物理专业，硕士研究生毕业获理学硕士学位
$1988.09 - 1991.07$：吉林大学化学系，高分子化学与物理专业，博士研究生毕业获理学博士学位（导师：沈家骢院士等）

2. 工作履历

$1991.07 - 1993.09$：吉林大学电子科学系，博士后研究员
$1993.11 - 1998.09$：吉林大学化学系，副教授
$1995.07 - 1996.07$：香港大学化学系，访问学者
$1998.01 - 1998.07$：香港大学化学系，访问学者
$1998.09 - 2012.09$：吉林大学化学学院，教授、博士生导师
$1999.06 - 2000.05$：英国剑桥大学化学系，访问教授（与卡文迪许实验室开展有机光电联合研究）
$2006.07 - 至今$：教育部“长江学者奖励计划”特聘教授
$2012.09 - 至今$：华南理工大学材料科学与工程学院，教授、博士生导师
$2013.01 - 至今$：华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室（原发光材料与器件国家重点实验室），主任、学术委员会委员
$2021.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）
$2025.11 - 至今$：当选为亚太材料科学院院士（$\text{APAM}$）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2009$ 年度，第一完成人，获奖项目：“新概念有机电致发光材料”，主要完成人：马於光、王悦、沈家骢）
省部级科技最高奖：
- 教育部自然科学奖一等奖（$2008$ 年度，第一完成人）
- 教育部优秀科技成果奖一等奖（$2001$ 年度，第一完成人）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿荣誉：
- 当选亚太材料科学院院士（$\text{APAM}$，$2025$ 年，表彰其在有机半导体凝聚态物理领域的颠覆性创新贡献）
行业学术会士：
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

3. 其他重要荣誉

$2001$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2013$ 年：入选国家“新世纪百千万人才工程”
$2016$ 年：作为带头人获得国家自然科学基金委“创新研究群体”项目资助

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术期刊编委：长期担任国内外材料学、高分子及发光研究领域主流期刊的编委、顾问编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级学术平台与决策机构：
- 华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室（国家重点实验室重组后）主任
- 广东省分子聚集发光重点实验室主任
- 琶洲实验室（广州人工智能与数字经济广东省实验室）常务副主任、研究员/教授
- 九三学社广东省委会常委、九三学社华南理工大学委员会主委
- 中国化学会高分子学科委员会常务委员、有机固体专业委员会委员

六. 个人风格与格言

马於光院士严谨治学，在分子光电研究中高度提倡“独立探索”与“挑战权威极限”。他的实验室里处处洋溢着严密求实的求真精神，但在对待年轻一代科研工作者及研究生的培养时，他又极具亲和力，常常手把手与学生在一线讨论激发态物理模型的计算偏差，并启发他们跳出常规的学术思维定势。对于有机光电半导体材料的源头创新，他常常冷静地总结道：

“探索未知是有机光电材料研究最核心的魅力。我们在‘化学分子结构－凝聚态超分子调控－器件物理工程’这条主线上不断摸索，不是为了跟在别人的后面刷出几篇纸面上的高分文章，而是为了在世界电致发光版图上写下我们自己的机制与命名。打破国外在关键光电材料上的技术壁垒，建立起我们中国人完全自主、绿色的光电发光规则，这就是我们科学家的责任和担当。”

七. 参考文献

卿凤翎（有机氟化学与含氟材料）院士｜我国“卿氟化反应”的开拓者与高性能国防氟材料研制先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

卿凤翎（有机氟化学与含氟材料）院士｜我国“卿氟化反应”的开拓者与高性能国防氟材料研制先驱

一. 基础信息概览

姓名：卿凤翎（Fengling Qing）
生卒年月：$1964$ 年 $3$ 月出生于湖南省新邵县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2023$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：有机氟化学、氟化与氟烷基化反应方法学、含氟功能分子设计、高性能有机含氟材料（如耐低温氟醚橡胶、氟溴醚油等）、先进氟氮材料

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

卿凤翎院士长期致力于有机氟化学基础研究及高性能有机氟材料研制。他聚焦于攻克传统含氟基团（尤其是三氟甲基 $-CF_3$ 与三氟甲硫基 $-SCF_3$）引入有机分子时面临的反应条件苛刻、试剂成本昂贵、官能团兼容性差等化学活性控制瓶颈，提出了“氧化氟烷基化”这一有机合成化学新概念。同时，他紧密围绕我国在航空航天、惯性导航、高端密封等战略前沿领域对特种含氟高分子及工作液体的卡脖子重大需求展开攻关，在国际上独树一帜地将有机氟方法学源头创新与特种氟材料规模化制备完美融合，打通了从基础试剂创制到国家重大装备工程应用的闭环。

2. 标志性成果

首次提出并实现“氧化三氟甲基化和三氟甲硫基化反应”（即“卿氟化反应”，国家自然科学奖二等奖成果）：鉴于氟原子的强电负性和高脂溶性特征，向有机大分子中引入含氟官能团能大幅优化其在医药、农药及材料中的理化性质（目前国际上约 $50%$ 的农药及大量重要上市药物均为含氟活性体）。几十年来，学术界一直缺乏在温和条件下高选择性引入三氟甲基的高效普适方法。卿凤翎在国际上首次提出了“氧化三氟甲基化反应”的全新科学思想：即在氧化剂和过渡金属协同催化下，使原本充当亲核源的亲核三氟甲基化试剂，与各种亲核底物直接发生氧化交叉偶联反应，这从根本上绕开了制备和应用极不稳定的亲电三氟甲基化试剂的学术瓶颈。他陆续开发出一系列氧化三氟甲基化、氧化三氟甲硫基、氧化二氟亚甲基化及相关烯烃双官能团化反应，这一系列原创性的氟化新方法被国际同行广泛命名为 “卿氟化反应（Qing Fluorination）”，引领并主导了国际氟化学方法学的发展。该成果项目“氧化氟烷基化反应”荣获了 $2019$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
创制全新分子结构的“氟溴醚油”解决惯性导航陀螺仪悬浮介质急需（国防重大应用成果）：针对国防重大装备及战略核武器惯性导航系统用陀螺仪关键工作液体的需求，传统的含氟悬浮液极难兼顾极低冰点和超高密度、高黏度相妥协的双重热物理特性。卿凤翎基于长期的氟化与聚合理论沉淀，设计并合成出具有全新独特结构的“氟溴醚油”（工作悬浮介质）。该系列聚合物分子解决了低凝固点与高稳定性、高密度等参数在流体介质中的经典矛盾关系。其研制出的低凝固点高稳定“氟溴醚油”性能优越，已成功替代进口，规模化装机应用于我国多项重点武器装备型号中，有力支撑了我国航天国防等高新技术产业的相关保障。该方向成果荣获了 $2019$ 年度军队科学技术进步奖一等奖（第一完成人）。
攻克耐低温高性能氟醚橡胶研制关键技术（打破国外垄断）：氟醚橡胶由于具有极高的热稳定性和耐化学介质侵蚀特征，是国防、半导体制造、高端精密化工等领域在苛刻工况下的核心密封材料，但其制备单体和可控聚合技术曾被国外跨国巨头绝对垄断并对我国封锁。卿凤翎带领科研队伍攻坚克难，在关键共聚单体（全氟烯醚单体、含氟硫化点单体）和专用配合剂的分子构型及催化转化上取得系统突破，实现了高分子含氟单体的精密聚合和工程化放大。团队成功研发出耐低温的偏氟醚橡胶和液体全氟聚醚橡胶，产品满足了我国高新技术产业装备在极寒及极端腐蚀状态下的可靠性密封要求。

3. 学术地位与影响

卿凤翎院士是国际上在有机氟化学及特种高性能含氟新材料领域享有崇高国际话语权的领军学者之一。他不仅凭借“卿氟化反应”打破了国际有机合成界对传统反应物配位模式的思维定势，更是我国实现战略含氟特种高分子材料“自给自足、自主可控”的先驱力量。他至今已在国内外重要学术期刊上公开发表正式学术论文 $310$ 余篇，获授权中国发明专利 $26$ 项，并联合编著出版了我国该领域第一部系统性的学术经典专著《有机氟化学》（科学出版社， $2007$ 年）。他培养了 $50$ 多位高层次氟化学博士（包括多位成长为国家级青年人才的新生力量）。他于 $2014$ 年荣获我国氟化学界最高荣誉——“中国化学会黄维垣氟化学奖”，并于 $2025$ 年度被授予中国科学院“先进个人”荣誉称号，显著奠定了中国“上海氟”在国际氟化学领域的引领性地位。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1980.09 - 1983.07$：湖南师范学院涟源分院（现湖南人文科技学院）化学系，本科毕业获理学学士学位
$1985.09 - 1988.07$：西南师范大学（现西南大学）化学系有机化学专业，研究生毕业获理学硕士学位
$1988.09 - 1990.12$：中国科学院上海有机化学研究所，有机氟化学专业，博士研究生毕业获理学博士学位

2. 工作履历

$1983.08 - 1985.08$：湖南省新邵县第三中学，任化学教师
$1991.01 - 1992.04$：中国科学院上海有机化学研究所，助理研究员
$1992.05 - 1996.12$：中国科学院上海有机化学研究所，副研究员（于 $1992.04$ 破格晋升；并且自 $1992.05$ 起担任课题组长，自 $1995.04$ 至 $1999.09$ 兼任元素有机研究室副主任）
$1992.11 - 1995.04$：美国惠氏研究院（Wyeth Research, Pearl River, New York），从事药物化学博士后研究
$1997.01 - 至今$：中国科学院上海有机化学研究所，研究员、博士生导师、课题组长
$1999.10 - 2009.01$：中国科学院有机氟化学重点实验室，主任
$2000.09 - 2022.12$：东华大学化学化工与生物工程学院，教授、博士生导师（双聘，期间历任生物科学与技术研究所所长、化学化工与生物工程学院院长、校长助理、民用航空复合材料东华大学协同创新中心主任）
$2015.12 - 2022.12$：东华大学，副校长、党委常委
$2023.03 - 至今$：先进氟氮材料全国重点实验室（原中国科学院有机氟化学重点实验室与能量调控材料重点实验室整建制合并重组成立），主任
$2023.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（中国科学院化学部）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级及重大科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2019$ 年度，第一完成人，获奖项目：“氧化氟烷基化反应”）
- 军队科学技术进步奖一等奖（$2019$ 年度，第一完成人，表彰其在高性能氟醚及陀螺仪精密悬浮介质研制方面的重大国防贡献）
省部级科技最高奖：
- 上海市自然科学奖一等奖（$2017$ 年度，第一完成人，获奖项目：“氧化氟烷基化反应和含氟活性物质创制”）
- 中国科学院自然科学奖二等奖（合作完成人，项目涉及氟卤烷烃在还原系统中的反应特征，$1990$ 年代）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术大奖：
- 荣获第二届“中国化学会黄维垣氟化学奖”（$2014$ 年度，中国氟化学界最高个人学术奖）
- 荣获“中国科学院-拜耳（Bayer）青年科学家奖”（$2007$ 年度）
行业学术会士：
- 当选中国化学会会士（$2022$ 年度）

3. 其他重要荣誉

国家及院级先进个人荣誉：
- 荣获人社部、中国科学院联合授予的“中国科学院先进个人”称号（$2025$ 年度，五年评选一次的院级个人至高荣誉，于 $2026$ 年初受表彰）
优秀中青年及群体资助：
- $2001$ 年：受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授（第四批，东华大学，为东华大学化学学科核心带头人）
- $2003$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
- $2014$ 年：作为学术带头人，获得国家自然科学基金委“创新研究群体”项目资助
- $2019$ 年：作为首席科学家，主持国家自然科学基金重大项目

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术期刊任职：
- 长期担任国际含氟物理化学领域权威顶级期刊 Journal of Fluorine Chemistry 的国际编委（自 $2001$ 年起至今，为极少数担任该刊核心编委的中国学者）
- 担任国内《有机化学》（Chinese Journal of Organic Chemistry）编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级及省部级科研平台：
- 先进氟氮材料全国重点实验室（国家重点实验室重组后首批成立）主任
- 上海市人民政府参事（$2025$ 年 $7$ 月起受聘，为上海市科学和高技术决策建言献策）
重要国际与国内学术组织：
- 国家氟化学执行委员会委员
- 国际穆瓦桑（Moissan）氟化学奖评委（为具有国际公信力的无机与氟科学最高个人大奖的评委成员之一）
- 曾担任第 $17$ 届世界氟化学会议秘书长（该会议于 $2005$ 年在上海举行，为主席黄维垣、蒋锡夔、陈庆云共同组织的中国氟化学史诗级盛会，在国际上影响深远）
- 担任每两年举办一届的“中日韩三方氟化学讨论会”中方召集人（自 $2007$ 年起）

六. 个人风格与格言

卿凤翎院士治学严谨务实，在学术探索与人才培养的课题组建设中高度倡导“兴趣驱动”与“自由张弛”。面对新晋院士及各项国家荣誉，他始终保持着对科学最纯粹的工匠定力。他对学生管理极其开明，鼓励独立思考，极力破除流水线式的平庸模仿：

“我从不给学生限定死的条框、限定很多任务，我更希望发挥年轻人思维活跃的优势，想方设法去保护他们对科学的兴趣，培养起他们独立做科研的‘胆识’和魄力。只有在自发的好奇和千百次实验的打磨里，我们才有可能在看似平淡的元素周期表上，留下属于中国人独立名字的新规则。”

面对国家工业和国防特种含氟高分子底座在“卡脖子”状态下的被动局面，他常年牢记陈庆云等老一辈院士“为国舍爱”的奉献精神，并以此勉励青年一代中国化学家：

“科学研究没有捷径，也绝不容许投机。我们这一代氟化学工作者，不仅要在‘书架’上留下让国际认可的新氟化反应机制（Qing Fluorination），更要克服困难，到工厂和国防的一线去，把我们研制出来的偏氟醚橡胶和高稳定‘氟溴醚油’实打实地摆到国家重大航空航天的‘货架’上，这就是我们不可推卸的时代担当。”

七. 参考文献

常俊标（化学生物学与药物化学）中国科学院院士｜我国首个自主研发双靶点抗艾滋病及抗新冠口服药“阿兹夫定”发明人

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

常俊标（化学生物学与药物化学）中国科学院院士｜我国首个自主研发双靶点抗艾滋病及抗新冠口服药“阿兹夫定”发明人

一、基础信息概览

姓名：常俊标（Chang Junbiao）
生卒年月：$1963$ 年 $10$ 月生，河南省滑县人。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2023$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：药物化学、有机化学、核苷类抗病毒重大新药创制、活性天然产物的合成与药物开发。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

常俊标院士长期致力于有机化学、药物化学以及化学生物学的交叉前沿研究。其科学研究主要聚焦于围绕病毒复制过程中的关键酶（如逆转录酶、RNA依赖的RNA聚合酶 $RdRp$ 等）设计并合成新型核苷类小分子，旨在攻克抗病毒药物易产生耐药性、高毒副作用及靶向性差等重大行业难题。其学术探索深植于国家重大公共卫生安全需求，通过多尺度结构修饰与活性筛选，建立了系列具有完全自主知识产权的抗病毒创新药物研发体系。

2. 标志性成果

国家 $1.1$ 类创新药物“阿兹夫定”（$Azvudine$，代号：$FNC$）的发明与产业化：常俊标院士带领团队历时近 $18$ 年，合成了数以千计的核苷类化合物分子。阿兹夫定（化学名：$2'\text{-deoxy-}2'\text{-}\beta\text{-fluoro-}4'\text{-azidocytidine}$，分子式：$C_9H_{11}FN_6O_4$）是全球首个 $HIV\text{-}1$ 逆转录酶与辅助蛋白 $Vif$ 双靶点抑制剂，单次口服后其活性代谢物能高效靶向并维持在人外周血单个核细胞（$PBMCs$）中，靶向系数是同类药物的 $140$ 多倍，实现了长效抗病毒治疗。该药于 $2021$ 年 $7$ 月作为抗艾滋病 $1.1$ 类新药获批上市。后续研究证实，该药亦能通过靶向抑制 $RdRp$ 阻断新冠病毒复制，于 $2022$ 年 $7$ 月作为我国首个完全自主知识产权的口服小分子新冠治疗药物获批上市。两项适应症均已纳入国家医保目录，并于 $2023$ 年 $2$ 月在俄罗斯注册获批上市。
多项国家 $1$ 类候选新药管线的临床推进：
- 研发了长效治疗艾滋病国家 $1$ 类新药 $CL\text{-}197$，目前已获批开展 $I$、$\text{II}$、$\text{III}$ 期临床试验。
- 研发了治疗急性脑卒中的国家 $1.1$ 类新药“布罗佐喷钠”（$BZP$），已进入临床研究阶段。
- 研发了治疗非小细胞肺癌的国家 $1$ 类新药“甲磺酸哆希替尼”，正处于临床试验阶段。
植物油菜素内酯等受体激酶的结构及功能研究：在植物化学生物学领域，常俊标院士与合作团队在植物受体激酶的活化机制和配体识别领域取得重大进展。该研究明确了异源二聚化是植物受体激酶活化的基本模式，并阐明了其高度保守的线性肽识别模式。该成果荣获 $2017$ 年度国家自然科学奖二等奖（个人排名第二）。
活性天然产物五味子醇甲及甲素的首次仿生全合成：针对中药五味子的活性成分进行深入探索，针对其天然含量低、难以直接开发成药的瓶颈，常俊标在国际上首次完成了具有抗病毒及调节中枢神经活性的天然产物“五味子醇甲”的仿生全合成。

3. 学术地位与影响

常俊标院士提出的抗病毒药物设计新理念与系列原始创新成果，极大提升了我国核苷类药物研发的国际学术地位。阿兹夫定等新药的成功上市，打破了国外在新冠及艾滋病小分子口服特效药领域的市场垄断，确保了国家在重大传染病防控药物理学层面的自主可控。该成果作为“科技抗疫”代表性项目亮相国家“十三五”科技创新成就展，并被写入《中国基础研究发展报告》，在临床中成功救治了数以千万计的患者，产生了巨大的社会、经济与国家战略价值。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1982$ 年 $09$ 月－$1986$ 年 $07$ 月：河南大学化学系，获理学学士学位。
$1986$ 年 $09$ 月－$1989$ 年 $07$ 月：郑州大学化学系，获理学硕士学位。
$1992$ 年 $10$ 月－$1996$ 年 $01$ 月：中国协和医科大学（现北京协和医学院）药物研究所，获理学博士学位（师从谢晶曦教授）。
$1996$ 年 $01$ 月－$1998$ 年 $10$ 月：美国佐治亚大学（University of Georgia）化学系，开展博士后研究。
$2000$ 年 $02$ 月－$2002$ 年 $02$ 月：美国诺华基因研究所（Novartis Genomics Institute，G. Stork基金）访问科学家。

2. 工作履历

$2022$ 年 $04$ 月至今：郑州大学党委副书记、副校长（正校级）。
$2015$ 年 $05$ 月－$2022$ 年 $04$ 月：河南师范大学校长、党委副书记。
$2006$ 年 $05$ 月－$2015$ 年 $05$ 月：郑州大学副校长、党委常委。
$2003$ 年 $11$ 月－$2006$ 年 $05$ 月：新乡医学院副院长、党委委员、教授。
$2002$ 年 $10$ 月－$2003$ 年 $11$ 月：河南省科学院质量检验与分析测试研究中心主任、研究员。
$1999$ 年 $10$ 月－$2002$ 年 $10$ 月：河南省科学院化学研究所所长、研究员、博士生导师。
$1989$ 年 $07$ 月－$1992$ 年 $10$ 月：河南省科学院化学研究所工作，先后任研究室主任、副所长，助理研究员、副研究员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2017$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“植物油菜素内酯等受体激酶的结构及功能研究”，个人排名第二）。
$2004$ 年度国家科技进步奖二等奖（$1$ 项）。
第二十三届中国专利金奖（获奖项目：“阿兹夫定在治疗新型冠状病毒感染中的应用及药物组合物”，$2022$ 年）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

$2021$ 年度全国杰出专业技术人才；
$2020$ 年度第二届全国创新争先奖状；
国家“万人计划”领领军人才；
“新世纪百千万人才工程”国家级人选（$2004$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2008$ 年）；
国家有突出贡献中青年专家（$1998$ 年）；
全国科技系统抗击新冠肺炎疫情先进个人（$2020$ 年）；
国务院政府特殊津贴专家（$1999$ 年）。

3. 省部级及其他重要荣誉

河南省科学技术杰出贡献奖；
河南省技术发明奖一等奖（$1$ 项）；
河南省科技进步奖一等奖（$2006$ 年，$1$ 项）；
河南省“中原学者”。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台任职

抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室 主任；
平原实验室 主任；
创新药物研究与评价国家药监局重点实验室 主任；
河南省新药创制与药物安全性评价协同创新中心 主任。

2. 重要社会与学术兼职

第十、十一、十二届国家药典委员会 委员；
教育部高等学校化学类专业教学指导委员会 委员；
河南省科学技术协会 副主席；
河南省药学会 理事长；
国家自然科学基金委员会 评审专家。

六、个人风格与格言

常俊标院士在科研上始终秉承“面向国家重大战略需求”的务实作风。他曾表示，创新药的研制犹如攀登科技险峰，需要极大的恒心与不畏失败的毅力。其代表性科学治学格言如下：

“科研创新是从 $0$ 到 $1$ 的过程，没有任何捷径。一旦迈出新药研发这第一步，就只能直奔想要的目标去，停不下来，也回不了头。”
“为了真理可以付出一切。做科研必须有坚守的信念，哪怕失败了一万次，也要为第一万零一次的可能性全力以赴。”

七、参考文献

彭慧胜（高分子化学与纤维器件）院士｜我国纤维电子器件研究与智能织物领域的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

彭慧胜（高分子化学与纤维器件）院士｜我国纤维电子器件研究与智能织物领域的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：彭慧胜（Huisheng Peng）
生卒年月：$1976$ 年 $7$ 月出生于湖南省邵阳县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2023$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：纤维电子学、高分子纤维器件（纤维状电池、纤维显示器件）、金属主链高分子、内层电子能源器件、分数元素化学

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

彭慧胜院士长期致力于化学、物理、能源、材料和医学等学科的交叉前沿研究。他特别聚焦于新型高分子纤维器件与可穿戴智能织物（纤维电子学）这一战略性新兴赛道。他致力于解决传统微电子与能源储能器件在形态上偏向刚性、平面的物理局限，探索如何在直径仅数十至数百微米的微细柔性纤维表面进行多层活性材料的精密负载与定向组装。他围绕纤维器件中的微观弯曲相变动力学、多相多级界面电荷传输规律，研发了一系列集光电转化、化学储能、高效电致发光及生理电学信号传感于一体的智能纤维组件，打通了从源头金属主链高分子创制到全柔性智能成衣加工的整条研究链条。

2. 标志性成果

纤维能源与光电器件的创建及评价标准奠定（国家自然科学二等奖成果）：长期以来，微型化学储能和发光二极管器件均基于传统的刚性硅片或平面塑料基底制造，无法适应人体高频复杂的剪切弯曲，更难以直接编织融入日常服装。彭慧胜在国际上率先提出并创建了新型纤维器件。他系统解决了高活性电极材料在微尺度曲面纤维基底上的定向结晶与无定型高分子精密包裹沉积等工艺物理难题，研制出超高功率与超高柔性的微细纤维太阳能电池、纤维锂离子电池。他团队的研究率先证明了将一系列功能纤维通过经典纺织技术直接“编织”成一体化衣服的可行性，打破了传统平面器件的物理界限。该成果“新型纤维状能源器件”荣获了 $2019$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人），并主导建立了国际纤维器件的性能评价标准。
高性能纤维发光显示器件与全柔性智能织物系统创制（中国科学十大进展成果）：针对传统无机或有机半导体发光显示材料在高度折弯、扭转等形变状态下活性极易发生衰减或断裂的行业死角，彭慧胜团队发明了全套具有高发光亮度和机械强度的纤维状发光与显示器件制备工艺。他利用多孔高导电碳纳米管纤维，将聚合物半导体与弹性体介电层进行多维同轴卷绕与超声辅助融合，成功制备了即使在经受多达 $10^6$ 次以上的强力弯弯折折下，电致发光性能依然保持完全不衰减的活性纤维部件。这一工作成功实现了在衣服表面直接显示实时图案、生理健康监测以及与数据微芯片的高柔性集成。该项工作“高性能纤维电子器件及其织物集成”入选了 $2021$ 年度“中国科学十大进展”（第一完成人），并领衔两项成果入选了 $2022$ 年国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）化学领域十大新兴技术。
金属主链高分子、内层电子能源器件与分数元素化学概念探索：在分子源头的创新突破方面，彭慧胜院士课题组开发出全新型的“金属主链高分子”，在聚合物的核心主链结构中直接嵌入金属-金属键，赋予材料优异的本征电学和光学调控活性。同时，他开辟了利用重金属的“内层电子”（例如过渡金属或镧系原子的内层电子跃迁）构建能量和功率密度发生数量级跃升的新型超微型能源器件。在此基础上，他提出了“分数元素”（$\text{Fractional Elements}$）的新颖化学构想，打破了经典无机与高分子的宏观物性边界。

3. 学术地位与影响

彭慧胜院士是国际纤维电子学和可穿戴智能织物领域极具代表性的奠基人和中坚开拓者。他的系列原创纤维储能及发光器件被国际同行盛赞为“将科幻转化为现实”的颠覆性产品，被编入多部高分子与微电子经典教材。他至今在国内外重要学术期刊公开发表正式论文 $350$ 余篇，包括 Nature 正刊 $6$ 篇、Nature 子刊 $13$ 篇，以及 JACS, Angew. Chem., Adv. Mater., PRL 合计 $120$ 余篇。他获授权国内外发明专利 $110$ 多项，其中 $50$ 多项已在工业界和重点工业部门实现了商业转让和转化。他是科睿唯安全球“高被引科学家”，多次在国际重要纳米、材料大会上做特邀报告，显著确立了我国科学家在智能纤维电子系统制备领域的国际引领性话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1995.09 - 1999.07$：中国纺织大学（现东华大学）材料科学与工程学院，本科毕业获工学学士学位
$2000.09 - 2003.07$：复旦大学高分子科学系，高分子化学与物理专业，研究生毕业获理学硕士学位
$2003.09 - 2006.07$：美国杜兰大学（$\text{Tulane University}$）化学与生物分子工程系，博士研究生毕业获哲学博士学位

2. 工作履历

$2006.07 - 2008.09$：美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室（$\text{Los Alamos National Laboratory}$），助理研究员、$\text{Director's Fellow}$（博士后研究阶段）
$2008.09 - 至今$：复旦大学先进材料实验室、高分子科学系、纤维电子材料与器件研究院，教授、博士生导师、复旦大学特聘教授、高分子科学系主任、纤维电子材料与器件研究院院长

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2019$ 年度，第一完成人，获奖项目：“新型纤维状能源器件”）
- 国家级教学成果奖一等奖（$2022$ 年度，第一完成人，表彰其在拔尖科教融合人才培养中的杰出工作）
省部级科技最高奖：
- 上海市自然科学牡丹奖（$2016$ 年度）
- 上海领军人才（$2010$ 年度）

2. 国际与行业重大奖项

国际前沿大奖：
- 荣获德国跨界创新基金会科学突破奖（$\text{Falling Walls Science Breakthroughs of the Year}$，$2021$ 年）
- 领衔纤维电子研究成果入选国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）化学领域十大新兴技术（$2022$ 年）
- 荣获钱宝钧纤维材料奖（$2019$ 年，国际纤维材料领域重磅学术大奖）
- 荣获美国杜邦青年教授奖（$\text{DuPont Young Professor Award}$，$2013$ 年）
- 荣获美国李氏基金会杰出成就奖（$2010$ 年）
行业学术大奖与会士：
- 当选为英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$，$2014$ 年）
- 当选中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）
- 荣获宝钢教育基金会优秀教师特等奖（$2023$ 年度）
- 获中国化学会英国皇家化学会青年化学奖（$2015$ 年）
- 获中国复合材料学会青年科学家奖（$2015$ 年）
- 获第十三届中国青年科技奖（$2013$ 年）
- 获中国化学会青年化学奖（$2010$ 年）

3. 其他重要荣誉

$2012$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2014$ 年：受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授
$2017$ 年：入选国家万人计划领军人才、国家百千万人才工程
$2017$ 年：荣获“国家有突出贡献中青年专家”称号
$2018$ 年：获批享受国务院政府特殊津贴专家
$2019$ 年：荣获“上海市四有型好教师（教书育人楷模）”称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

副主编与版面主编（Section Editor）：
- 长期担任中国高水平综合性期刊《科学通报》（Science Bulletin）副主编
- 担任国家顶级期刊《国家科学评论》（National Science Review）的 Section Editor
- 担任国际学术期刊 Watt 的主编
学术编委与顾问委员：
- 担任国际高分子材料和先进功能器件权威期刊 Progress in Polymer Science、Advanced Functional Materials 等 $20$ 多个期刊的顾问编委或常务编委
- 担任《化学学报》、Science China Materials（《中国科学：材料科学》）编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级及校内重点创新平台：
- 教育部先进能源材料化学重点实验室副主任
- 复旦大学高分子科学系主任、纤维电子材料与器件研究院院长
学术团体与国家专家组：
- 教育部材料领域战略专家组成员、教育部科学技术委员会学部委员
- 科技部高端功能与智能材料专项指南编制专家组成员、科技部材料领域战略专家组成员
- 中国复合材料学会纳米复合材料委员会副主任委员、中国复合材料学会第七届理事会荣誉理事
- 世界顶尖科学家发展基金会副理事长

六. 个人风格与格言

彭慧胜院士治学思想极为活跃、勇于突破传统桎梏，提倡将高度自由的文学想象力和艺术直觉注入冷冰冰的材料物理化学探索中。他曾将他对于微观分数元素和纤维晶格相变规律的理解，归因于武侠小说中招式变幻与内力运转的“启发”；其设立的多学科无缝交叉课题组，更是复旦江湾校区素有“最具创新想象力”的学人高地。对待学生指导和高等教育的发展，他在复旦建校 $120$ 周年（$2025$ 年）的讲台上深情吐露：

“我衷心希望在美丽的复旦园里再干 $50$ 年。我们在高分子和纤维电子器件这片未知的处女地里探索，最重要的就是不给自己和学生设限。研究生的培养和高等教育的核心，就是要想方设法去激发年轻一代的科学胆识和想象力。只要我们勇于在喧嚣名利之外的‘荒地’上持续花力气、下真功、勤勉积累，中国的新质材料底座就一定能结出傲视国际的果实。”

在谈到如何打破科研的自我满足、实现基础前沿成果向产业实质跨越时，他常冷静地警醒科研工作者：

“科学研究没有投机。一个理论如果只能以冷冰冰的论文形式永远躺在抽屉里，那就是纸面上的空中楼阁。我们要将实验室里研发出来的哪怕只有一微米厚的光伏纤维，实打实地编织到日常服装的每一个缝隙里去，真正解决柔性穿戴和国防便携式能源的核心卡脖子难题。在世界材料的延长线上刻下中国人的绿色新规则，这就是我们的底气和担当。”

七. 参考文献

陈春英（纳米分析化学与纳米安全）中国科学院院士｜我国纳米生物效应与安全性领域的奠基人与纳米蛋白冠研究先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈春英（纳米分析化学与纳米安全）中国科学院院士｜我国纳米生物效应与安全性领域的奠基人与纳米蛋白冠研究先驱

一、基础信息概览

姓名：陈春英（Chen Chunying）
生卒年月：$1969$ 年 $6$ 月生，籍贯湖北武汉。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2023$ 年（正式当选中国科学院院士；并于 $2023$ 年当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士）
主要研究领域：纳米分析化学、纳米生物效应与安全性（纳米毒理学）、纳米蛋白冠化学生物学、高效智能纳米佐剂与体内精准药物递送。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈春英院士长期致力于分析化学、纳米生物学、纳米毒理学与医学应用的交叉前沿研究。研究重点聚焦于：典型无机及金属纳米材料进入复杂生物体后的界面物理化学反应、结构转化与代谢规律；建立“纳米蛋白冠”（Protein Corona）分析检测方法学；解析纳米结构在器官、细胞和分子多级水平上的化学生物学机制；以此指导开发高效安全的新型疫苗纳米佐剂、抗肿瘤靶向递送系统，并制定纳米技术相关的国家与国际标准，为我国纳米材料的安全稳步升级和临床医学转化提供扎实坚固的理论和物质支撑。

2. 标志性成果

“纳米蛋白冠”化学生物学效应的系统阐明与发现：
- 纳米材料进入复杂的体内环境后，由于其巨大的比表面积，会迅速吸附生物流体中的蛋白质分子，在表面形成层状包裹体，即“纳米蛋白冠”。这层蛋白冠直接决定了纳米材料在体内的命运和药理/毒理行为。陈春英院士领衔团队攻克了纳米界面原位动态观测与微量表征的方法学瓶颈，系统阐明了纳米蛋白冠的形成动力学、空间演变与热力学机制。
- 她率先发现了蛋白冠能有效屏蔽纳米颗粒表面的活性位点，从而产生“解毒效应”与“隐身效应”（$\text{stealth effect}$）；同时，首次提出了蛋白冠共同参与体内协同输运的“远端效应”（$\text{distal effect}$）和“生物可利用效应”（$\text{bioavailability effect}$）。作为第一完成人，其主持完成的“纳米材料蛋白冠的化学生物学特性及其机制”项目荣获 $2018$ 年度国家自然科学奖二等奖，实现了国家纳米科学中心成立以来该奖项零的突破。
典型纳米材料的体内全景行为与系统安全性评价：
- 为准确评估纳米材料的生物安全性，陈春英院士团队率先将同步辐射（$\text{SR}$）等先进核分析技术、单细胞多元素痕量分析以及先进质谱成像技术（$\text{MSI}$）交叉应用于纳米毒理学领域。
- 团队系统建立了分析低剂量纳米材料在复杂生物系统（如血液、骨髓、主要脏器）中的转运、化学价态演变及亚细胞定位的方法学。多维解析了典型金属与碳纳米材料的靶器官蓄积及毒性阈值，系统绘制了金属纳米材料体内代谢及转化的安全物理化学窗口。作为第二完成人，其参与的项目“纳米材料的安全性研究”荣获 $2012$ 年度国家自然科学奖二等奖。
高性能智能纳米佐剂与肿瘤靶向递送体系开发：
- 陈春英极为重视如何将纳米生物学基础研究向临床实际应用延伸。针对传统疫苗佐剂免疫应答弱、常规化学抗癌药靶向性低且脱靶毒性高的瓶颈，她带领团队开发了系列具有低本征毒性、极佳生物相容性及高转运效率的智能纳米载体（如超薄二维纳米材料 $\text{CIPS}$、金纳米棒等）。
- 团队揭示了在材料-细胞动态界面处，结构和尺寸效应对免疫细胞吞噬和抗原提呈效率的调控机制。该技术不仅显著增强了重大传染病（如新冠病毒）疫苗佐剂在体内的特异性富集与长效免疫应答，还通过受激实现的高分辨率第二近红外窗口（$\text{NIR-II}$）比率成像，实现了高精度的肿瘤多模态显像与精准靶向治疗。
创制发布核心标准物质与领衔制定国际标准：
- 在我国及全球纳米技术的标准化和规范化建设中，陈春英院士做出了历史性的贡献。她针对工业及医学级纳米材料形貌与表面特性的可控评估，主持创制并发布了 $14$ 项国家标准物质与标准样品，并起草主导了 $7$ 项核心理化性质表征的国家标准。
- 她多次代表中国向国际标准化组织纳米技术委员会（$\text{ISO/TC 229}$）提交并成功发布了关于无机纳米颗粒毒性评价的多项国际标准。这不仅大幅提升了我国在纳米科技安全规范领域的国际话语权，还成功规避了西方在纳米新材料临床准入层面的技术壁垒。

3. 学术地位与影响

陈春英院士是国际上纳米生物效应与安全性（纳米毒理学）领域的奠基人与杰出领军科学家。她被国际顶尖学术期刊《$\text{Nature Nanotechnology}$》专访并评价为该领域的“$\text{Leading Scientist}$（引领科学家）”。她的科研工作成功实现了从“微观纳米-生物界面物理化学机理发现”到“多尺度体内高精度检测技术突破”，再到“国家/国际标准体系构筑与新型纳米制药开发”的完整产业与学术闭环。她在国际知名期刊发表论文 $450$ 余篇，被引用超过 $6.6$ 万次，$\text{H}$ 因子达 $137$，连续多年入选全球高被引科学家，极大提升了我国化学、材料、医学深度交叉学科的国际学术领航权。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1987$ 年 $08$ 月－$1991$ 年 $07$ 月：华中理工大学（现华中科技大学）化学系，获理学学士学位。
$1991$ 年 $08$ 月－$1996$ 年 $10$ 月：华中理工大学化学系无机化学专业，获理学博士学位。
$1996$ 年 $11$ 月－$1998$ 年 $10$ 月：中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室，开展博士后研究（合作导师：柴之芳院士）。
$2001$ 年 $09$ 月－$2002$ 年 $09$ 月：瑞典卡罗林斯卡医学院（Karolinska Institute）诺贝尔医学生物化学研究所，开展博士后研究。

2. 工作履历

$2025$ 年 $12$ 月至今：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（苏州纳米所）所长。
$2018$ 年 $12$ 月至今：中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室副主任。
$2008$ 年 $01$ 月至今：中国科学院大学化学科学学院、中丹学院，特聘教授、博士生导师（先后兼任国科大本科 $2405$ 班“科学家班主任”）。
$2006$ 年 $06$ 月至今：国家纳米科学中心研究员、博士生导师、课题组组长。
$2002$ 年 $10$ 月－$2006$ 年 $05$ 月：中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全重点实验室，副研究员、课题组长、研究员。
$1998$ 年 $11$ 月－$2001$ 年 $08$ 月：中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室，助理研究员、副研究员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

$2018$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“纳米材料蛋白冠的化学生物学特性及其机制”，作为第一完成人）；
$2012$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“纳米材料的安全性研究”，作为第二完成人）。

2. 国际荣誉与国家级重磅称号

发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士；
第二期“新基石研究员”（$2023$ 年）；
国际纯粹与应用化学联合会（$\text{IUPAC}$）化学化工杰出女性奖（$2023$ 年）；
美国医学与生物工程院会士（$\text{AIMBE Fellow}$）（$2021$ 年）；
英国皇家化学会“环境奖”（$\text{RSC Environment Prize}$）（$2021$ 年）；
发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）化学奖（$2020$ 年度，于 $2022$ 年颁发）；
美国化学会“$\text{Bioconjugate Chemistry}$”讲座奖（$2021$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2014$ 年）；
国家“百千万人才工程”国家级人选、国家有突出贡献中青年专家（$2014$ 年）；
第十一届“中国青年女科学家奖”（$2014$ 年）；
享受国务院政府特殊津贴专家；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）、中国化学会会士。

3. 省部级及其他重要荣誉

全国三八红旗手（$2025$ 年）；
全国五一巾帼标兵（$2021$ 年）；
中国科学院杰出科技成就奖（$2019$ 年，作为“纳米生物效应与安全性研究集体”突出贡献者）；
中国毒理学杰出贡献奖（$2019$ 年）；
中国科学院第五届“十大杰出妇女”（$2017$ 年）；
中国标准化杰出人物—创新人物奖（$2011$ 年）；
中国科学院大学领雁奖、优秀导师奖。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{ACS Nano}$》执行主编；
《$\text{Nanotoxicology}$》、《$\text{Science China Chemistry}$》、《应用化学》 等国内外重要学术期刊编委/顾问编委。

2. 重要社会与学术兼职

中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室 副主任（$2018$ 年 $12$ 月起）；
中国毒理学会 副理事长、纳米毒理学专业委员会主任委员（曾任）；
中国药学会纳米药物专业委员会 委员、秘书长；
中国化学会 理事；
国家科技部重点研发计划 首席科学家（曾任“纳米科技”与“纳米前沿”重点专项首席科学家）；
国际标准化组织（$\text{ISO}$）、世界卫生组织（$\text{WHO}$）及经合组织（$\text{OECD}$）特聘中国专家。

六、个人风格与格言

陈春英院士温文尔雅、书卷气十足，但对待科学探索具有极强的韧性、耐力和严谨的作风。她作为国内纳米生物安全研究领域的开拓者之一，在 $21$ 世纪初纳米毒理学尚处于冷门交叉方向时便毅然投身于此，一守便是二十余年。在她所建立并带领的科研队伍中，女性科研人员占比极高，陈春英也长期致力于鼓励和资助更多优秀女性青年学者坚定地走在科研道路上。在治学与教书育人中，她极度看重好奇心的驱动与严谨的实干。其代表性治学格言如下：

“选择你所热爱的，热爱你所选择的。漫长的科学探索之路难免会有挫折和不易，但只要你能深入进去，你就会在每一次攻克瓶颈时，发现科学真的是一件挺有意思、也极其美妙的事情。”
“纳米生物学是一门处于高度变幻和微观微纳交织的前沿科学。我们在显微镜下不仅要保持最为细致的洞察力，更要有坚守科研底线与不懈钻研的决心，这才是让中国纳米技术与安全走向世界高地的底座。”

七、参考文献

申有青（高分子化学与生物医用大分子）院士｜我国“主动渗透型肿瘤靶向纳米药物”的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

申有青（高分子化学与生物医用大分子）院士｜我国“主动渗透型肿瘤靶向纳米药物”的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：申有青 (Youqing Shen)
生卒年月：$1968$ 年 $3$ 月出生于山东省日照市莒县
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：功能高分子合成、生物医用功能高分子、肿瘤靶向纳米药物、树枝状大分子、基因递送系统

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

申有青院士长期致力于功能高分子、药用高分子、药用纳米材料及其肿瘤靶向递送系统的前沿交叉研究。他聚焦于攻克传统肿瘤靶向递药系统在体内递送上面临的“有效性、安全性、质控生产”三大瓶颈问题。他围绕“高分子在体内的级联递送规律和微观转胞运机制”这一主线，系统开展了功能递药高分子的创新设计与精密合成，突破了肿瘤靶向递药的传统血管增强与滞留（$\text{EPR}$）效应理论窠臼，是我国在主动渗透型肿瘤靶向纳米药物领域的开拓者。

2. 标志性成果

基于细胞转胞运的主动递药新理论与主动渗透型纳米药物创制（建立肿瘤主动递药新理论）：传统的肿瘤靶向纳米药物主要依赖于病理状态下肿瘤毛细血管内皮细胞间隙增宽所引起的被动滞留效应，即经典的“$\text{EPR}$ 效应”。然而，基于该理论构建的纳米药物在临床中往往面临“渗透能力差、肿瘤内蓄积效率极低”等瓶颈，难以达到预期疗效。申有青院士在国际上较早提出了“主动渗透型肿瘤靶向纳米药物（$\text{active-infiltration tumor-targeted nanomedicines}$）”的颠覆性科学构想。他系统阐明了纳米药物在肿瘤组织内高效输运的功能要求与结构关系，发现了通过诱导肿瘤细胞“转胞运（$\text{transcytosis}$）”过程实现靶向富集的新机制，率先建立了基于细胞转胞运的主动递药新理论。该工作打破了传统对被动扩散机制的绝对依赖，设计并开发出一系列具有超高组织渗透能力和细胞内吞效率的新一代高效靶向高分子载体系统，开辟了显著提高药物治疗指数的新途径。
单分散树状高分子高效合成与高活性、低残留活性聚合催化剂发明（提高递药高分子结构可控性与生产质控）：生物医用高分子载体的分子量分布宽、末端官能团化率难以精密控制等特征，一直限制着其在临床产业化中的严苛质控要求。针对这一难题，申有青发明了用于原子转移自由基聚合（$\text{ATRP}$）的高活性、低残留过渡金属催化剂体系。同时，他开发并建立了单分散树枝状高分子（$\text{dendrimers}$）的高效大规模化学合成新方法，实现了高分子载体材料结构、多维官能团位置和密度的可控性。该项成果使多相药用功能大分子的生产质控达到了临床级纯化标准。
肿瘤靶向递药五步级联过程提出及纳米载体特性智能调控（构建级联递药及调控手段）：为了提供系统、定量化的载体设计指导，申有青院士在国际上总结并提出了肿瘤靶向递药的“五步级联过程（$\text{five-step cascade process}$）”以及高效纳米递送系统的普适性设计原则。针对药物在血液循环、肿瘤蓄积、深部渗透、细胞内吞、细胞内定点释药五个核心物理阶段所面临的不同矛盾，他发明了“电荷反转（$\text{charge reversal}$）”调控高分子载体电荷、“子母弹（$\text{submunition-type}$）”式智能调控载体尺寸等多维功能化方案，在国际递药高分子界得到了广泛的采纳与应用。

3. 学术地位与影响

申有青院士是国际生物医用高分子和药用纳米载体科学领域的领军学者，也是我国推动临床导向功能递送材料转化应用的核心学者。他系统构建的主动渗透纳米递药新理论，对重构肿瘤精准治疗的给药范式起到了极佳的学科引领作用。他至今已在 Nature Nanotechnology、Nature Biomedical Engineering、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition 以及 Advanced Materials 等国际顶尖学术期刊上发表高水平论文数十篇，累计获授权中美发明专利十余项。他于 $2018$ 年当选为美国医学与生物工程院会士（$\text{AIMBE Fellow}$），于 $2023$ 年当选为中国化学会会士（$\text{FCCS}$），并于 $2025$ 年正式增选为中国科学院院士，显著确立了中国高分子化学与医学交叉产业在国际生物材料界的科学话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1987.09 - 1991.07$：浙江大学化学系，本科毕业获理学学士学位
$1991.09 - 1995.09$：浙江大学高分子科学与工程系，高分子化学与物理专业，研究生毕业获理学博士学位（导师：沈之荃院士，主要开展配位催化及活性聚合研究）
$1999.09 - 2001.10$：加拿大麦克马斯特大学（$\text{McMaster University}$）化学工程系，研究生毕业获工学博士（$\text{Ph.D.}$）学位（导师：朱世平院士，重点开展反应工程及活性自由基聚合研究）

2. 工作履历

$1995.10 - 1997.10$：中国科学院北京化学研究所，博士后研究员
$1997.10 - 1998.04$：美国马萨诸塞大学（$\text{UMass}$）化学系，博士后研究员
$1998.05 - 1999.08$：加拿大麦克马斯特大学（$\text{McMaster University}$）化学工程系，博士后研究员
$2001.11 - 2002.10$：加拿大阿克苏诺贝尔（$\text{Akzo Nobel}$）Casco 浸渍纸公司，研发部（$\text{R&D}$）科学家
$2002.11 - 2007.06$：美国怀俄明大学（$\text{University of Wyoming}$）化学工程与石油工程系， Tenure-track 助理教授、博士生导师
$2007.07 - 2008.05$：美国怀俄明大学（$\text{University of Wyoming}$）化学工程与石油工程系、分子与细胞生命学科，终身教职（$\text{Tenured}$）副教授、软物质实验室主任（破格提前晋升）
$2008.06 - 至今$：浙江大学化学工程与生物工程学院，教授、求是特聘教授、博士生导师、生物纳米工程中心主任（全职引进）
$2019.08 - 2021.11$：浙江大学工学部，副主任
$2021.11 - 至今$：浙江大学化学工程与生物工程学院，院长、浙江省智能生物材料重点实验室主任、浙江大学生物质化工教育部重点实验室主任
$2025.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

教育部重要奖项：
- 教育部首届“全国百篇优秀博士学位论文奖”（$1999$ 年度，全国高水平博士论文最高个人荣誉）
- 教育部科技进步奖三等奖（基础类，$1998$ 年度，重要完成人）

2. 国际与学术会士荣誉

最高学术荣誉：
- 当选中国科学院院士（$2025$ 年度，化学部，是当年增选出的高分子与生物材料界中坚院士）
- 当选美国医学与生物工程院会士（$\text{AIMBE Fellow}$，$2018$ 年度）
- 当选中国化学会会士（$\text{FCCS}$，$2023$ 年度）
- 荣获美国怀俄明大学 “$\text{Sam D. Hakes}$ 优秀研究生教学和研究奖”（$2006$ 年度）

3. 其他重要荣誉

$2008$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2014$ 年：受聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授
科研群体及项目资助：作为项目首席科学家，主持国家重大科学研究计划（$973$计划）/国家重点研发计划纳米专项项目（连续多项主持）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

国际著名期刊副主编：
- 担任美国化学会（$\text{ACS}$）工业与工程化学研究旗舰期刊 Industrial & Engineering Chemistry Research 副主编（$\text{Associate Editor}$）
国际著名期刊执行主编：
- 担任国际控释与给药领域权威学术期刊 Advanced Drug Delivery Reviews（$\text{ADDR}$）执行主编（$\text{Executive Editor}$）
期刊编委：担任多个国际高分子材料、药物释放及临床纳米医学期刊的顾问委员会成员

2. 重要社会与学术兼职

高校与省重点创新平台：
- 浙江大学化学工程与生物工程学院院长
- 浙江省智能生物材料重点实验室主任、浙江大学生物纳米工程和纳米药物中心主任、浙江大学生物质化工教育部重点实验室主任
学术团体职务：
- 中国生物材料学会常务理事、生物医用高分子专业委员会副主任委员
- 中国药学会纳米药物专业委员会副主任委员
- 中国医药生物技术协会纳米生物技术分会副主任委员
- 中国抗癌协会纳米肿瘤学专业委员会副主任委员

六. 个人风格与格言

申有青院士在科研中阻断平庸，极力主张突破传统学术迷思。他攻读博士期间曾师从沈之荃院士，深受老一辈科学家脚踏实地、甘于奉献的品格感召。他常年警醒组内的研究人员，不能仅仅满足于在纸面上发表漂亮的文章：

“科学研究不能亦步亦趋地做‘影子工作’。纳米递药大分子在临床上面临的核心困境不是在动物模型上刷出几条漂亮的生存率曲线，而是能否实安全、实实在在地克服体内屏障、跨越肿瘤组织中的每一微米。我们要去探求生物体和肿瘤大分子相互作用的微观级联规律。像荃草那样，将根深扎在国家和民生的需求底座之上，在喧嚣的名利场之外，用真刀真枪踩出我们自己完全绿色的、能治病救人的药用大分子新标准。”

七. 参考文献

胡文平（有机半导体晶体与器件）院士｜我国有机半导体晶体工程及场效应晶体管领域的开拓者之一

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

胡文平（有机半导体晶体与器件）院士｜我国有机半导体晶体工程及场效应晶体管领域的开拓者之一

一. 基础信息概览

姓名：胡文平（Hu Wenping）
生卒年月：1970年5月生
出生地点：湖南衡山
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：2025年当选为中国科学院院士
主要研究领域：物理化学、有机半导体晶体工程、场效应晶体管器件物理、有机集成电路

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

胡文平院士长期致力于有机半导体物理化学的前沿基础与应用研究，是我国有机半导体晶体工程及场效应晶体管（OFET）器件物理的主要学术带头人之一。他瞄准“有机集成电路”这一重大科技前沿，聚焦源头创新，构筑了“有机半导体晶体 $\rightarrow$ 高迁移率材料 $\rightarrow$ 高性能物理器件”的特色研究体系，系统性地解决了有机半导体在凝聚态结构调控、电荷输运机制以及高性能器件加工等方面的关键科学与工程技术难题。

2. 标志性成果

有机场效应晶体管基本物理化学问题的系统突破 胡文平在国际上率先开展了有机半导体微纳晶场效应晶体管的研究。他系统探索了有机高分子光电功能材料的分子设计、凝聚态结构调控与电荷输运规律。通过分子结构和界面物性的精密调控，有效解决了有机场效应晶体管中接触电阻高、载流子输运受限等核心科学问题，为实现有机半导体器件的普适性规律探索奠定了物理化学基础。该研究成果荣获2016年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
高迁移率有机半导体材料与器件的晶体工程创新 针对有机半导体载流子迁移率较低这一制约产业化应用的“瓶颈”，他提出并发展了系列高迁移率有机半导体晶体生长与自组装技术，首次实现了大面积、高结晶度有机半导体二维单晶的精确制备。该晶体工程方法打破了传统有机电子学器件输运性能的国际纪录，系统开拓了高迁移率有机半导体材料的研究方向。该项目“高迁移率有机半导体材料与器件的研究”荣获2023年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
轻薄、高透光、高清有机光电子显示系统 面向下一代光电显示器件的高效化、柔性化和极简化制造需求，他带领团队研制出先进的超薄（厚度仅为 $0.01\ \text{mm}$ 级别）、近乎完全透明的超高清显示原位系统，实现了印刷晶体管背板在低功耗集成显示中的成功集成。该成果有力推进了我国在印刷柔性电子及新一代显示技术领域的国际领先学术及产业化竞争力。

3. 学术地位与影响

胡文平院士是我国有机半导体物理化学和柔性印刷电子学领域的领军学者，也是国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”领军人才、科技部中青年创新领军人才和国家自然科学基金创新研究群体负责人。他带领的有机光电材料与器件团队，在国际学术界产生了广泛影响，累计发表高水平论文数百篇，被引用超过 $29,000$ 次（H因子达 $85$ ）。他是《SmartMat》期刊主编，并在《Advanced Electronic Materials》等多个国际主流学术期刊中担任编委，系统地推动了我国在有机光电器件物理与晶体工程领域的国际学术地位。

三. Education and Career Path

1. 教育背景

1989年09月 - 1993年07月：湖南大学化学化工系，获学士学位。
1993年09月 - 1996年07月：中国科学院金属研究所（原金属腐蚀与防护研究所），获硕士学位（导师：杜元龙研究员）。
1996年09月 - 1999年07月：中国科学院化学研究所，获理学博士学位（导师：朱道本院士、刘云圻院士）。

2. 工作履历

1999年 - 2001年：日本大阪大学太阳能化学研究中心，在日本学术振兴会（JSPS）资助下从事博士后研究。
2001年 - 2003年：德国斯图加特大学第一物理研究所，在德国洪堡基金（AvH）资助下从事博士后研究。
2003年04月 - 2003年09月：日本电话电讯株式会社（NTT），担任研究员。
2003年09月 - 2013年：中国科学院化学研究所，研究员、博士生导师（入选中国科学院“百人计划”归国）。
2013年 - 2016年：天津大学校长助理、理学院院长。
2016年 - 2021年：天津大学副校长。
2021年 - 2025年11月：天津大学常务副校长（正局级）。
2025年11月 - 至今：厦门大学校长、党委副书记。

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级奖项

2016年：项目“有机场效应晶体管基本物理化学问题的研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
2023年：项目“高迁移率有机半导体材料与器件的研究”获 国家自然科学奖二等奖（第一完成人，于2024年颁发）。

2. 国际荣誉

英国皇家化学会（RSC）会士（FRSC）

3. 其他重要荣誉

2003年：入选中国科学院“百人计划”并于结题时获评“优秀”。
2007年：获得国家杰出青年科学基金资助。
2009年：获评全国优秀博士学位论文指导教师。
2010年：获 “中国化学会－英国皇家化学会青年化学奖”。
2012年：获 “中国化学会－赢创化学创新奖”。
2013年：获中国石油和化学工业联合会科技进步奖。
2016年：获批享受国务院政府特殊津贴。
2020年：获评天津市“最美科技工作者”。
2020年：项目“高迁移率有机半导体材料与器件”获天津市自然科学奖一等奖（第一完成人）。
2022年：项目“高性能分子光电材料与器件”获天津市自然科学奖特等奖（第一完成人）。
2023年：获第三届 “全国创新争先奖”。

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

2020年05月 - 至今：学术期刊《SmartMat》主编。
2013年05月 - 2016年05月：英国皇家化学会期刊《Polymer Chemistry》副主编。
2010年10月 - 至今：德国Wiley出版社《Advanced Electronic Materials》《Advanced Energy Materials》国际编委。
2011年01月 - 至今：《Nano Research》国际编委。
2015年01月 - 至今：《Science China Materials》国际编委。

2. 重要社会与学术兼职

厦门大学校长、党委副书记（2025年11月任）。
天津大学常务副校长（2021年 - 2025年11月任）。
国家重大研发计划首席科学家。
国家自然科学基金创新研究群体负责人。

六. 个人风格与格言

胡文平院士是在科研黄金期毅然回国的海归学者代表。2003年，面对海外优渥的工作和生活环境，因恩师的一封邮件呼唤，他毅然放弃高薪职位选择归国效力。他对科研执着无私，始终将服务国家战略和科技自立自强作为毕生的追求。

在面向青年学者和研究生的培养中，他十分强调坚持不懈的拼搏作风和踏实心态：

“回国是我人生最关键的一步，科研最重要的是贡献国家。” “做研究不能总想着‘一蹴而就’。科研是一场持久战，而科研最重要的是坚持。在漫长枯燥的实验过程中，只有耐得住寂寞、不断自我磨练，才能捕捉到真正的科学灵感。”

他在人才培养上循循善诱，从青年导师逐步蜕变为极富责任感的科研“大家长”，始终坚信严师出高徒与言传身教的有机结合，在为我国培养新一代有机电子学骨干力量的道路上倾注了大量热忱。

七. 参考文献

中华人民共和国教育部. 胡文平同志任厦门大学校长. http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202511/t20251128_1165431.html
中国科学院. 关于公布2025年中国科学院院士增选当选院士名单的公告. https://casad.cas.cn/ysxx2022/ysmd/hxb/202511/t20251121_1902288.html
天津大学理学院. 院士风采：胡文平. http://science.tju.edu.cn/info/1097/3708.htm
国家科学技术奖励工作办公室. 2023年度国家自然科学奖获奖项目. https://www.nosta.gov.cn/web/detail.aspx?menuID=26&contentID=1023
天津市科学技术协会. 致力有机集成电路创新矢志报国的科学家胡文平. https://www.tast.org.cn/rcfw/system/2020/09/17/030011285.shtml

郭林（无机化学与非晶纳米材料）中国科学院院士｜我国非晶微纳材料合成化学开拓者与无机复合材料增韧研究先驱

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

郭林（无机化学与非晶纳米材料）中国科学院院士｜我国非晶微纳材料合成化学开拓者与无机复合材料增韧研究先驱

一、基础信息概览

姓名：郭林（Guo Lin）
生卒年月：$1964$ 年 $10$ 月生，籍贯吉林省吉林市，生于吉林省吉林市。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：无机化学、固体化学、纳米材料化学、无机非晶微纳米材料、轻质高强高韧复合纳米材料。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

郭林院士长期致力于无机非金属材料化学、非晶微纳材料设计及合成方法学的基础与应用前沿研究。他的研究深度聚焦于三大核心科学难题：一是针对非晶材料由于长程无序、本征各向同性而极难诱导定向生长的瓶颈，探索规则形貌无机非晶微纳材料的可控合成方法学，确立非晶微纳材料的结构-特性构效关系理论；二是过渡金属及化合物微纳米材料的界面电子结构、缺陷调控与高能电化学储能（如锂二次电池、碱金属离子电池等）行为研究；三是基于仿生微观多级拼装理念，设计并制备轻质、高强、高韧的仿生多级微纳米复合材料（如新型生物自愈合牙修复材料等），推动新型工程防护与高性能结构材料的国产化应用。

2. 标志性成果

非晶微纳材料化学合成方法学的建立与“单原子层非晶碳”可控合成突破：
- 具有规则形貌和特定维度无机非晶材料的精密构筑一直是固体化学领域的国际公认难题。郭林院士攻克了传统无序成核的物理限制，系统发展了系列非晶纳米材料的普适性液相制备新策略。
- 在二维非晶材料合成领域，他带领团队与合作者于 $2024$ 年在《$\text{Nature}$》发表了题为“$\textit{Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon}$”的标志性成果。他们首次提出利用纳米尺度二维无机层状模板进行小分子聚合的限域液相合成新策略，在温和条件下成功制备出了具有高热力学稳定性的氮掺杂单原子层非晶碳材料。
- 该工作填补了二维非晶材料在单原子层厚度下可控合成的空白，为其在微纳电子器件及能源催化等领域的应用提供了崭新的材料底座。他受邀出版了本领域首部英文学术专著《$\textit{Amorphous Nanomaterials}$》（$\text{2021, Wiley-VCH}$）并荣获优秀作者奖。
纳米孪晶金刚石复合材料微观协同增韧机制的发现与原位验证：
- 超硬材料金刚石通常具有极高的硬度但伴随着极大的脆性，如何协同提高金刚石的硬度与韧性是材料科学的皇冠级瓶颈。
- 针对此项难题，郭林院士团队与燕山大学田永君院士团队开展深度合作。通过控制前驱体分子在极高压力（$15\text{ GPa}$）与极端高温（$2000\text{ }^\circ\text{C}$）下的转变过程，成功构筑了由纳米孪晶金刚石和多种非立方相（非 $\text{3C}$）多型结构（如 $\text{2H}, \text{4H}, \text{9R}, \text{15R}$ 等）相互交织组成的非均匀级配结构金刚石复合材料。
- 其团队利用先进的扫描与透射电镜搭建原位力学测试设备，通过原位单边切口梁弯曲实验系统探明了该材料的裂纹扩展机制。结果证实，该复合材料的断裂韧性高达 $26.6\text{ MPa}\cdot\text{m}^{1/2}$，达到传统合成金刚石的 $5$ 倍以上。该研究原位揭示了裂纹在穿过非 $\text{3C}$ 多型结构时因诱导相变及“之”字形起伏路径而极大地耗散断裂能量的协同强韧化物理机制，成果发表于《$\text{Nature}$》（$2020$ 年）。
高能二次电池纳米结构电极调控与仿生高强韧复合材料研发：
- 在电化学储能领域，郭林院士立足于解决高比能、长循环寿命电极材料内部的应力失稳。他利用过渡金属氧化物微纳阵列调控机制，开发出多款集成同步辐射原位表征手段的高性能二次电池纳米结构电极材料。
- 此外，他积极推动化学与生命医学交叉。通过模拟牙齿等天然矿化组织的多级多重界面特征，他承担了国家重点研发计划“变革性技术”专项，开发出具备优异生物相容性与超高力学刚性的“新型生物组装自愈合牙修复材料”，显著推动了仿生矿化材料在航天与医疗领域的应用。

3. 学术地位与影响

郭林院士是我国无机固体化学、无机非晶微纳材料领域的开拓者与杰出领军科学家。他首次将无机非晶可控合成、微观相变协同增韧机制与国家大型能源及特种工业应用深度结合。他发表学术论文 $450$ 余篇（包括《$\text{Nature}$》、《$\text{Science}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》等），被引用超过 $2.8$ 万次，授权国家发明专利 $46$ 项，连续多年入选科睿唯安与爱思唯尔“全球高被引科学家”名录。他作为第一完成人，其项目“过渡金属及其化合物纳米材料的微结构调控与特性研究”荣获 $2013$ 年度国家自然科学二等奖。他的成果获得了极高的国际学术声誉，在 $2024$ 年被英国皇家化学会授予国际材料领域重磅奖项——“$\text{Dalton Horizon Prize}$”（全球仅 $2$ 个团队入选）。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1981$ 年 $09$ 月－$1985$ 年 $07$ 月：东北师范大学化学系化学专业，获理学学士学位。
$1989$ 年 $09$ 月－$1992$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系物理化学专业，获理学硕士学位。
$1994$ 年 $09$ 月－$1997$ 年 $01$ 月：北京理工大学化学与化工学院应用化学专业，获工学博士学位。

2. 工作履历

$2025$ 年 $11$ 月至今：正式当选中国科学院院士（化学部）。
$2020$ 年 $04$ 月至今：北京航空航天大学化学学院教授、一级学科带头人、仿生界面材料科学全国重点实验室副主任。
$2008$ 年 $06$ 月－$2020$ 年 $04$ 月：北京航空航天大学化学学院，历任教授、副院长、常务副院长（其间协助江雷院士等创办北航化学学院，并主导了化学一级学科博士点和博士后流动站建设）。
$2001$ 年 $06$ 月－$2008$ 年 $05$ 月：北京航空航天大学材料科学与工程学院，教授（其间：$2001$ 年受聘为北航首批校长直聘教授，并于 $2007$ 年获得国家杰出青年科学基金资助）。
$2001$ 年 $08$ 月－$2003$ 年 $03$ 月：德国德累斯顿理工大学（TU Dresden）物理化学研究所，作为“洪堡学者”开展博士后研究。
$1999$ 年 $03$ 月－$2000$ 年 $03$ 月：香港科技大学化学系，作为访问学者开展纳米电化学合作研究。
$1998$ 年 $12$ 月－$2001$ 年 $05$ 月：北京航空航天大学材料科学与工程学院，副教授。
$1997$ 年 $02$ 月－$1998$ 年 $12$ 月：中国科学院高能物理研究所核分析技术国家重点实验室，博士后、副研究员。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与行业顶尖奖项

国家自然科学奖二等奖（$2013$ 年，获奖项目：“过渡金属及其化合物纳米材料的微结构调控与特性研究”，作为项目第一完成人）；
教育部自然科学奖一等奖（$2010$ 年，获奖项目：“过渡金属及其氧化物微纳米材料的可控合成及特异性质”，作为项目第一完成人）；
中国颗粒学会自然科学一等奖（$2024$ 年，作为项目第一完成人）。

2. 国际荣誉与行业重磅称号

英国皇家化学会 Dalton Horizon Prize（$2024$ 年，表彰其在过渡金属及非晶纳米材料结构设计领域的创造性贡献）；
教育部长江学者特聘教授（$2011$ 年）；
国家杰出青年科学基金获得者（$2007$ 年）；
新世纪百千万人才工程国家级人选（$2009$ 年）；
英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；
中国化学会会士（$\text{CCS Fellow}$）；
科睿唯安全球高被引科学家 / 爱思唯尔中国高被引学者。

3. 其他重磅荣誉及先进称号

全国优秀教师（$2024$ 年）；
北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才（$2016$ 年）；
北京航空航天大学“立德树人卓越奖”（$2020$ 年，北航人才培养最高荣誉）；
北京市优秀研究生指导教师（$2022$ 年） / 全国优秀博士论文指导教师（$2012$ 年）；
享受国务院政府特殊津贴专家（$2013$ 年）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

《$\text{Fundamental Research}$》（国家自然科学基金委员会主办） 编委；
《$\text{Renewables}$》、《$\text{Catalysts}$》国际编委；
《物理化学学报》、《高等学校化学学报》 等国内核心期刊编委；
仿生界面材料科学全国重点实验室 副主任。

2. 重要社会与学术兼职

中国化学会 理事；
中国颗粒学会 理事；
中国化工学会 无机酸碱盐学会学科带头人；
科技部重点研发计划、国家自然科学基金重大项目 首席科学家与评审委员会专家。

六、个人风格与格言

郭林院士治学严谨细致、务实低调，对待科研与教学工作均倾注了极高且纯粹的热情。作为北航化学学科建立和壮大的功勋奠基人之一，他数十年来在科研一线倾心育人。由于在立德树人工作中的杰出贡献，他于 $2020$ 年获颁北航育人最高荣誉“立德树人卓越奖”，并被评为“全国优秀教师”。对待青年学者与学生，他身体力行，提倡“严师出高徒”，强调基础扎实方能寻求原始创新。他常告诫学生，计算和实验背后的非晶无序排列是有温度和美感的，做学问要甘于坐稳“冷板凳”，用最笨拙也最扎实的坚韧去打穿未知的科学瓶颈。

其代表性科学治学格言如下：

“具有特定维度的非晶纳米材料，由于其无序原子排列的不饱和配位，在微观世界里展现出无与伦比的催化与力学美感。做学问最忌急功近利，唯有在千百次规律的摸索和不确定性的微观调控中坚守，方能最终揭示其最本质的构效真理。”
“作为科学家，我们应当永远保持对物质微观边界的纯粹好奇心；而作为教师，我们的终身本职，是踏踏实实地在课堂上打深地基，用有温度的交叉教育去培养出那些跑好下一棒、引领国家关键制造产业的一流创新人才。”

七、参考文献

陈永胜（功能有机高分子与碳纳米材料）中国科学院院士｜我国小分子有机太阳能电池奠基者与“太空海绵”石墨烯材料开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

陈永胜（功能有机高分子与碳纳米材料）中国科学院院士｜我国小分子有机太阳能电池奠基者与“太空海绵”石墨烯材料开拓者

一、基础信息概览

姓名：陈永胜（Yongsheng Chen）
生卒年月：$1963$ 年 $3$ 月生，籍贯河南温县。
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年（正式当选中国科学院院士）
主要研究领域：高分子及材料化学、有机光伏（有机太阳能电池）、碳纳米材料、储能器件与石墨烯柔性器件。

二、核心学术贡献

1. 研究方向

陈永胜院士长期致力于功能有机高分子与碳纳米材料在能源转化与存储领域的基础与应用前沿研究。他的研究深度聚焦于两大科学难题：一是高效有机太阳能电池活性层材料的分散、结晶调控与器件构筑；二是三维交联石墨烯材料的结构精密设计、室温/极端条件力学性能解析。他不仅在国际上系统奠定了“小分子/寡聚物活性材料”在有机光伏领域的学术主导地位，更拓展了石墨烯从分子水平、微观形貌到宏观尺度的一体化多维结构-性能规律，为我国新能源科技与先进战略材料的发展做出了突出贡献。

2. 标志性成果

“受体-给体-受体”（A-D-A）架构寡聚物有机光伏材料体系的设计与发明：
- 在 $21$ 世纪初，由于常规高分子聚合物活性材料存在分子量多分散性大、批次差异明显等缺陷，全球有机光伏（$\text{OPV}$）研究陷入能量转化效率难以突破 $5%$ 的低谷。
- 陈永胜院士独辟蹊径，果断摒弃了传统聚合物路线，在国际上首次系统提出了“受体-给体-受体”（$\text{A-D-A}$）型高纯度、可溶液加工的寡聚物有机光伏活性层材料设计理念。他设计合成了一系列具有确定分子结构和精确分子量的分子体系（如以绕丹宁、茚满二酮等单元为端基的双键桥连分子），并精确调控了活性层薄膜的分子晶格填充和能级微调。
- 他领衔制备出的单节及叠层有机太阳能电池相继数次刷新当时世界纪录。其中，联合国家纳米科学中心等多家单位制备的溶液加工两端叠层器件，实现了高达 $17.3%$ 的光电转换效率，并将此记录推升到 $20%$ 以上。该成果发表于《$\text{Science}$》期刊，极大增强了国际学术界和产业界对有机光伏走向商业化应用的信心。
三维交联石墨烯材料与耐高温抗极寒“太空海绵”的创制：
- 常规高弹性三维多孔材料的弹性与力学性能极易受到温度干扰，无法在外太空等极端冷热环境中保持服役品质。
- 针对此瓶颈，陈永胜团队联合美国莱斯大学，在国际上首创了单层石墨烯片层无序排列并由共价键化学交联而成的宏观三维交联石墨烯体相材料。
- 经过多级变温力学表征，该材料被证实具有优异的温度不变性（杨氏模量在宽温域下不发生漂移、高回复的超级弹性以及近零泊松比）。它在 $4\text{ K}$（约 $-269\text{ }^\circ\text{C}$，液氦温度）的深低温至 $1273\text{ K}$（约 $1000\text{ }^\circ\text{C}$）的高温超宽区间内，均展现出卓越的结构力学稳定性和抗疲劳性能。这一研究发表于《$\text{Science Advances}$》，在航天装备和特殊工程制造等领域被称为具有重大战略应用前景的“太空海绵”。
宏观直接“光驱动”石墨烯物理现象的首次发现：
- 在三维交联石墨烯的形貌与光物理反应交叉探索中，陈永胜团队与物理学院田建国教授团队深度协同，创制出一种对光源极具机械响应活性的宏观石墨烯块体。
- 研究发现，该材料在真空环境中接受普通激光、氙灯，甚至是户外自然太阳光等微弱光源的照射，便能瞬间产生明显的水平或数分米尺度的位移，所获得的驱动推力达到传统光子“光压”的千倍以上。该工作在线发表于《$\text{Nature Photonics}$》，并作为“我国研制出世界首个光驱动新材料”荣登中央电视台《新闻联播》专题播报。这一发现打破了对常规无燃料飞行器的物理理论设计，开辟了利用光发射高能电子产生大推力机械动能的新型推进设想。

3. 学术地位与影响

陈永胜院士是全球高分子及碳纳米材料领域极具盛誉的战略化学家。他提出的“$\text{A-D-A}$”型活性材料不仅从本质上解决了有机光伏器件产业化中的材料均一性瓶颈，更使我国始终牢牢掌握着有机光伏效率的世界制高点。陈永胜自 $2014$ 年起，连续 $11$ 年（至 $2025$ 年当选院士）蝉联科睿唯安全球高被引科学家，其发表学术论文 $400$ 余篇（包括《$\text{Science}$》、《$\text{Nature Photonics}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Adv. Mater.}$》等），被引用共计 $9$ 万余次，其学术 $\text{H}$ 因子高达 $130$。他两度作为首席科学家承担国家重点研发计划，实现了实验室基础理论向绿色储能与柔性器件产业的技术转化。

三、教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1980$ 年 $09$ 月－$1984$ 年 $07$ 月：郑州大学化学系，获理学学士学位。
$1984$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $07$ 月：南开大学化学学院，获理学硕士学位。
$1993$ 年 $10$ 月－$1997$ 年 $06$ 月：加拿大维多利亚大学（$\text{University of Victoria}$）化学系，获理学博士学位。
$1997$ 年 $07$ 月－$1999$ 年 $07$ 月：美国加州大学洛杉矶分校（$\text{UCLA}$）和肯塔基大学（$\text{University of Kentucky}$），开展博士后及研究员工作。

2. 工作履历

$2025$ 年 $11$ 月至今：正式当选中国科学院院士（化学部）。
$2004$ 年 $04$ 月至今：南开大学化学学院高分子化学研究所，特聘教授、讲席教授、博士生导师（兼任南开大学纳米科学与技术中心主任，南开大学卓越工程师学院研究生导师）。
$2010$ 年 $06$ 月至今：美国德克萨斯大学达拉斯分校（$\text{UT Dallas}$），客座/讲座教授。
$2002$ 年 $03$ 月－$2004$ 年 $04$ 月：美国加州大学圣地亚哥分校（$\text{UCSD}$）国家超算中心（$\text{SDSC}$），高级研究员。
$1999$ 年 $08$ 月－$2002$ 年 $02$ 月：美国 $\text{Cymer}$ 公司（后被 $\text{ASML}$ 公司并购），高级研究员。
$1987$ 年 $07$ 月－$1993$ 年 $09$ 月：北京科技大学化学系，助教、讲师（任教，并为该校化学学科建设做出了历史贡献）。

四、主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级顶尖奖项

$2018$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究”，作为第一完成人）；
$2010$ 年度天津市自然科学一等奖（获奖项目：“碳纳米材料制备及其性质研究”，作为第一完成人）。

2. 国家级及省部级重磅称号

国家级学术带头人；
$2024$ 年度天津市优秀教师；
$2019$ 年度天津市优秀科技工作者标兵；
$2017$ 年度首批天津市杰出人才；
$2015$ 年度天津市劳动模范；
第五届中国侨界（创新成果）贡献奖（$2014$ 年）；
汤森路透/科睿唯安全球高被引科学家（自 $2014$ 年起持续至今入选）。

五、社会职务与学术服务

1. 重要学术平台及期刊任职

南开大学纳米科学与技术中心 主任；
《$\text{Science China: Chemistry}$》、《$\text{Science China: Materials}$》、《$\text{Carbon}$》、《$\text{Energy Storage Materials}$》及《$\text{2D Materials}$》等核心期刊编辑、副主编或编委；
南开大学功能高分子材料教育部重点实验室 学术骨干。

2. 重要社会与学术兼职

国家重点研发计划、原“九七三（$973$）”项目 首席科学家；
国家自然科学基金委员会 重点及重大项目评审专家；
中国化学会高分子学科专业委员会 委员。

六、个人风格与格言

陈永胜院士低调朴实、笃行致远，在科研和日常工作中无不展现出“追求卓越、科技报国”的科学家精神。他在二十年前回国扎根南开大学时，面对有机光伏和石墨烯研究在国内还处于“冷板凳”甚至空白的阶段，他果断凭借敏锐的洞察力力排众议，坚持自研寡聚物 $\text{A-D-A}$ 光学活性分子并取得了系列世界纪录。他常以此教育后辈：“中国要在核心材料与战略绿色能源领域拥有话语权，必须独立自主。科研人员要有不怕输、坐得住冷板凳、敢于创新的信念。”在教书育人中，他同样极度看重学科融通和基础启迪，通过生动的科学普及来激发青年一代对材料、化学等硬科技领域的钻研信心。

其代表性科学治学格言如下：

“在新能源和核心材料这些事关国计民生的硬科技战略领域，我们必须立足于独立自主。只有在基础研究中掌握核心工艺指标并实现原始创新，我们才能不被卡脖子，把生产线的主导权和学术的话语权牢牢掌握在自己手里。”
“科学探索往往要在‘无人区’里寻路。在没有现成规律可循的碳骨架变幻中，唯有抱定锲而不舍、不惧失败的决心，才能最终从千变万化的显微组装里，培育出能在上千度高温或超低温下保持本真的超级宏观材料。”

七、参考文献

马丁（多相催化与物理化学）院士｜我国低温产氢活性界面调控与低碳费托催化的开拓者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

马丁（多相催化与物理化学）院士｜我国低温产氢活性界面调控与低碳费托催化的开拓者

一. 基础信息概览

姓名：马丁（Ding Ma）
生卒年月：$1974$ 年 $7$ 月出生于四川省成都市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：多相催化、能源物理化学、低碳排放工业过程、高效催化制氢及氢气储运、一碳（$\text{C1}$）化学、废旧塑料催化转化

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

马丁院士长期致力于多相催化与能源化学研究。面向国家“双碳”战略目标及氢能高效、高安全、低成本利用的重大需求，他重点关注氢气的催化制备和输运、基于 $\text{C1}$ 化学（合成气、二氧化碳、甲烷、甲醇等）的定向转化与高值化学品合成。他聚焦于探索如何活化与重组 $\text{H-O}$ 键、$\text{C-O}$ 键、$\text{C-H}$ 键等核心化学键，开发高选择性、高耐久性、非贵金属化或低贵金属负载量的绿色工业催化新体系，致力于在原子层面上揭示和构建活性中心的界面动力学机理，打通了从基础分子模型到低碳高效能源化工转化的全流程科学链路。

2. 标志性成果

碳化钼基低温制氢与水的低温活化（国家自然科学二等奖成果）：水分子的活化是制取绿色清洁氢能的核心步骤，但由于其热力学稳定性高，实现低温解离产氢极为艰难。马丁院士在国际上率先发现并论证了面心立方相 $\alpha$-碳化钼（$\alpha\text{-MoC}$）具有优异的低温活化和解离水分子的独特性质。他以此为活性载体，利用强金属-载体相互作用调制所负载金属的电子和几何构型，成功构筑了高效的低温水煤气变换（$\text{WGS}$）和甲醇/水液相催化重整（$\text{MSR}$）产氢双功能界面催化剂。通过将铂（$\text{Pt}$）孤立单原子及亚纳米团簇高密度锚定在 $\alpha\text{-MoC}$ 表面，或在载体表面制备外延生长的二维层状金（$\text{Au}$）团簇，他成功将制氢反应温度拉低至 $150\ ^\circ\text{C}\text{ - }190\ ^\circ\text{C}$，且活性较传统催化剂提升了近两个数量级。成果论文发表于 Nature（$2017$, $2021$）和 Science（$2017$）上，该成果项目“碳化钼催化剂上水的低温活化和制氢过程”荣获 $2023$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。
稀土纳米防护盾策略构建超长寿命制氢催化剂：高活性铂-碳化钼（$\text{Pt/MoC}$）基产氢催化剂虽在低温条件下展现卓越性能，但其活性载体易在富水环境下遇水氧化而导致结构退化，平均工作寿命极难突破 $200\text{ h}$，严重制约了工业化应用。针对此“活性-稳定性权衡”领域顽疾，马丁领衔的合作团队提出了全新的高活性产氢催化剂稳定策略，并在 $2025$ 年发表于 Nature。他们创制出独特的镧系氧化物“纳米防护盾”技术，在 $\text{Pt}/\gamma\text{-Mo}_2\text{N}$ 催化剂表面精准构筑单原子厚、呈化学惰性 $+3$ 价的稀土氧化物（$\text{La}_2\text{O}_3$）覆盖层。该纳米覆盖层起到物理屏蔽屏障、锁定多余活性位并阻止活性金属迁移团聚的作用。新型 $\text{Pt/La-Mo}_2\text{N}$ 催化剂在 $240\ ^\circ\text{C}$ 下的衰减速率比传统催化剂降低两个数量级，实现了超过 $1000\text{ h}$（连续 $42\text{ d}$ 以上）的高稳定性运行，且催化转化数（$\text{TON}$）突破了 $1.5 \times 10^7$ 大关，刷新世界纪录，该成果荣登“$2025$ 年中国十大科技进展新闻”。
痕量卤素调控攻克百年费托合成高碳排放难题：费托合成（$\text{FTS}$）是煤炭、天然气等非石油碳资源合成高附加值烃类和清洁燃料的关键技术。但在传统的铁基费托合成过程中，催化剂表面的副反应会导致大量一氧化碳（$\text{CO}$）与水反应，将约 $30%$ 宝贵的碳资源转化为不需要的二氧化碳（$\text{CO}_2$）排放。在 $2025$ 年，马丁课题组与合作者打破传统固相催化改性的局限，创造性提出了“痕量气相分子调控”策略，并在 Science 刊发了突破性研究成果。他们仅在反应气体中引入百万分之一（$\text{ppm}$ 级）极微量的卤素化合物（如溴甲烷等）作为“分子级调味料”。这些卤素分子扮演“动态调控者”，像“电子开关”般精准控制催化剂表面反应，阻断了水分子的活化及 $\text{CO}$ 二次氧化，使 $\text{CO}_2$ 副产物占比骤降至 $1%$ 以下，同时将高值烯烃产率提升至 $85%$ 以上。该发现对我国煤化工绿色降碳及构建低排放费托合成工业路径具有重大战略意义。

3. 学术地位与影响

马丁院士是国际多相催化、高效低温产氢及一碳（$\text{C1}$）化学领域极具代表性的领军学者，也是我国推动绿色氢能与低碳化学工业升级的核心力量。他提出了通过载体强相互作用调控表面孤立单金属状态以及原位纳米修饰催化剂界面的创新理论，为攻克多相催化反复试错、高碳排放的瓶颈提供了理性的“按需设计”范式。他至今在国内外主流期刊上发表高水平学术论文 $200$ 余篇，论文总引用逾 $1.5 \times 10^4$ 次。他多次入选全球“高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”目录。他带领团队取得的低温制氢和低碳费托反应新突破，多次荣登我国科学与科技进展的最高荣誉，显著提升了中国科学家在国际能源催化和碳中和化工转化领域的学科话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1992.09 - 1996.07$：四川大学化学系，本科毕业获理学学士学位
$1996.09 - 2001.07$：中国科学院大连化学物理研究所，物理化学专业，研究生毕业获理学博士学位（导师：秦欣研究员、郭燮贤院士等，重点开展多相催化制氢及催化表征研究）
$2000.04 - 2000.10$：美国国家高场实验室（$\text{NHMFL}$），访问学生（从事表面核磁共振原位表征合作研究）

2. 工作履历

$2001.08 - 2005.02$：英国牛津大学、布里斯托大学化学系，博士后研究员
$2005.02 - 2007.08$：中国科学院大连化学物理研究所，副研究员（于 $2005$ 年作为首批中国科学院“百人计划”入选者引进）
$2007.08 - 2009.08$：中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，研究员
$2009.08 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院，研究员、教授、博士生导师、博雅特聘教授、物理化学研究所所长
$2025.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家自然科学奖二等奖（$2023$ 年度，第一完成人，获奖项目：“碳化钼催化剂上水的低温活化和制氢过程”）
- 国家自然科学奖二等奖（$2019$ 年度，第四完成人，获奖项目：“磁性纳米材料构筑与多功能调控”）
省部级科技最高奖：
- 教育部自然科学奖一等奖（$2022$ 年度，第一完成人，获奖项目：“碳化钼基催化剂上水的低温活化制氢”）
- 河北省自然科学奖二等奖（$2023$ 年度，第二完成人）

2. 国际与行业重大奖项

国际与国内前沿大奖：
- 第四届全国创新争先奖状（$2026$ 年）
- 获中国化学会王葆仁奖（$2024$ 年）
- 获新基石研究员项目资助（$2023$ 年，极少数获得长期无方向科研资助的青年中坚）
- 获入选“北京学者”计划（$2025$ 年）
- 获首届腾讯“科学探索奖”（$2019$ 年度，化学新材料领域）
- 获中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖（$2019$ 年度）
- 获上海光源杰出用户奖（$2019$ 年度）
- 获第六届中国催化奖——“中国催化青年奖”（$2017$ 年度）
行业学术会士：
- 当选中国化学会会士（$\text{FCCS}$，$2021$ 年）
- 当选英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$，$2016$ 年）

3. 优秀教师及教育荣誉

教书育人荣誉：
- 荣获北京大学“十佳导师”称号（$2019$ 年）
- 荣获北京大学青年教师教学比赛一等奖（$2013$ 年）

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

核心学术顾问与编委：
- 担任美国化学会多相催化旗舰期刊 ACS Catalysis 副主编（$2019$ 年至今，曾于 $2017 - 2019$ 年任编委）
- 担任中国化学会会刊 National Science Open 副主编（$2023$ 年至今）
- 曾任英国皇家化学会期刊 Catalysis Science & Technology 副主编（$2014 - 2017$ 年）
- 担任《中国科学：化学》英文版（Science China Chemistry）编委
- 担任国际顶级材料、能源与化学期刊 Joule、National Science Review（《国家科学评论》）、Engineering、ACS Central Science、Journal of Catalysis、Journal of Energy Chemistry、Advanced Synthesis and Catalysis 等刊物的编委或顾问编委

2. 重要社会与学术兼职

国家级学术平台与重点机构：
- 北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所所长
- 故宫博物院文化遗产与传承联合实验室学术委员会委员（$2025$ 年至今）
- 故宫博物院书画保护文化和旅游部重点实验室学术委员会委员（$2022$ 年至今）
- 中国化学会多相催化专业委员会委员、能源化学专业委员会委员

六. 个人风格与格言

马丁院士治学崇尚“兴趣驱动”与“自由张弛”，极力主张突破传统学科条框的束缚。他是学生口中极具亲和力的“十佳导师”，在北大化院素以喜欢和学生们自由无拘地在办公室甚至徒步登山的路上谈天说地、碰撞灵感而著称。在对待多相催化的源头创新与学科探索上，他以极其不盲从的锐意进取为训，经常勉励组内的青年学者要勇于摆脱平庸的模仿，去探索无人踏足的“未知深渊”：

“做多相催化，第一等是发展新反应，第二等才是去机械地优化现有路径。现在的科学研究需要不同背景的人走进来共同交叉，碰撞出新的火花。在毕业典礼上我总喜欢告诉年轻的科研工作者们：我们要勇于去做‘吃鱼头的人’，到前人未至的‘禁区’去摸索属于我们自己的规则和第一等真知，而不要一味地堆时间在别人的延长线上打转。在这个艰辛的摸索过程中，请保持乐观与谦逊的态度，正确看待未来的高潮与低谷，黑盒子终会被我们敲开。”

在立足国家工业实际需要、推动化工业绿色升级的科学目标上，他始终抱持着强烈的实用驱动和学术责任感：

“科学家的真正责任，不是为了单纯纸面上刷出多少高分文章。将看似冷冰冰的催化反应方程式、分子级的调控，实打实地写在造福人类绿色可持续发展的生产线上，真正去解决困扰了人类百年的排碳和能耗瓶颈，开发出能够走向全世界的、代表我们中国高度的催化绿色方案，这就是我们的底气和担当。”

七. 参考文献

骆广生（化学工程与微化工技术）院士｜我国微化工技术领域的开拓者与工业化领跑者

Fri, 26 Jun 2026 00:00:00 GMT

骆广生（化学工程与微化工技术）院士｜我国微化工技术领域的开拓者与工业化领跑者

一. 基础信息概览

姓名：骆广生（Guangsheng Luo）
生卒年月：$1964$ 年 $11$ 月出生于江西省乐平市
所属学部：中国科学院化学部
当选年份：$2025$ 年当选为中国科学院院士
主要研究领域：微化工技术、微尺度流动化学、分离科学与技术、多相流动与传递、粉体材料制备

二. 核心学术贡献

1. 研究方向

骆广生院士长期致力于微尺度流动化学、微化工技术、分离科学与技术、多相流动与传递等领域的交叉前沿研究，是我国微化工技术方向的创始人和分离领域的学术带头人。他聚焦于攻克微尺度下复杂的流动、混合与传质机理，致力于打破传统釜式或大型塔式化工反应器效率低下、放大效应明显、过程安全受制于宏观非均匀性等基础性瓶颈。他率先提出了微化工系统特性主要由“微尺度和界面效应”决定的核心学术思想，并在原子、分子与多相微结构界面尺度上研究其流动、传递及反应动力学行为。他致力于在基础微流动理论建模、高通量微通道器件研制，以及万吨级化工“本质安全”绿色规模化应用之间，构建完整、多学科交叉的可持续化工智能制造链条。

2. 标志性成果

微结构化工传质设备研制与工业化（“桌面化工厂”的工业实践）：传统的宏观化工设备体积庞大、传质效率低且极易产生放大偏差。骆广生团队系统研究了微尺度多相流的基本规律，揭示了界面力和粘性力对微尺度多相分散体系的调控机制，发明了基于剪切力调控的系列微结构元器件。他们首次建立了微化工元器件在工业级生产中的放大和集成模型，成功研制出大通量、高稳定性的工业级微结构传质设备。这些核心装备成功应用于纳米碳酸钙的大规模膜分散制备（国内市场占有率第一）、己内酰胺酸团萃取，并成功用于湿法磷酸萃取净化，打破了国外在高端分离领域的技术垄断。该成果“微结构化工传质设备及其工业应用”荣获 $2012$ 年度国家技术发明奖二等奖（第一完成人）。
湿法磷酸高值化和清洁生产的微化工技术开发（磷化工产业绿色升级）：中国作为磷化工大国，传统湿法磷酸净化工艺由于面临酸质粘稠、两相非均匀混合不均和相分离极其缓慢等工程难题，流程冗长且废弃物污染重。骆广生作为项目第一完成人，发展了微尺度混合和高效相分离的理论与技术体系。他带领团队研制出高通量的微细孔分散萃取纯化成套装备，并在行业龙头企业建设了万吨级工业示范产线，将传统的磷化工生产由粗放低效型推向了绿色、精细、可持续的发展轨道。该成果“湿法磷酸高值化和清洁生产的微化工技术及应用”荣获 $2019$ 年度国家科学技术进步奖二等奖（第一完成人）。
极端反应的“本质安全”微化工技术及连续流生产应用（安全化工体系构建）：针对硝化、卤化、氧化等伴有强放热、介质高危、反应极速的化工过程，传统间歇釜式工艺存在极高安全风险。骆广生团队与企业深度合作，设计并研发了一系列本质安全的工业微反应系统。代表性成果包括：开发出首套 $5 \times 10^4\text{ t/a}$ 二硝基氯苯微反应绝热高温硝化技术，将时空收率由 $100\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}\cdot\text{h}^{-1}$ 一举提升至 $1.2 \times 10^4\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}\cdot\text{h}^{-1}$，使危险物在线存量骤减且能耗降低 $20%$；研发出万吨级橡胶促进剂 $\text{MBT}$ 和 $\text{MBTS}$ 微化工连续流生产装备，并首次将微反应系统应用于合成橡胶（溴化丁基橡胶）制造领域，极大地推动了中国化工极端条件的升级改造与高端精细化学品的自给率。

3. 学术地位与影响

骆广生院士是国际微化工领域具有杰出声誉的学者，也是推动我国多相微流控和先进萃取分离技术走向世界前沿的核心力量。他至今发表正式学术论文 $500$ 余篇（其中 $SCI$ 收录论文 $420$ 余篇），总他人引用超过 $1.8 \times 10^4$ 次，获授权国家发明专利 $280$ 余项。他连续多年入选爱思唯尔（Elsevier）化工领域“中国高被引学者”名单。他领导构建了我国首套完整的微化工传递和反应放大理论包，并作为清华大学化工系前系主任、化学工程与低碳技术全国重点实验室主任，为我国培养了大量化工骨干。其开创性的微化工工业应用打破了西方学界认为“微通道化工不适于万吨级工业大处理量”的学术偏见，显著确立了我国在国际微反应技术与绿色过程强化领域的学术话语权。

三. 教育与职业轨迹

1. 教育背景

$1983.09 - 1988.07$：清华大学化学工程系应用化学专业，本科毕业获学士学位
$1988.09 - 1993.03$：清华大学化学工程系化学工程专业，研究生毕业获工学博士学位（师从王家鼎院士等我国萃取分离先驱）

2. 工作履历

$1993.04 - 1997.06$：清华大学化学工程系，讲师
$1995.10 - 1996.10$：法国卡昂（Caen）大学，博士后研究员
$1997.07 - 2000.07$：清华大学化学工程系，副教授（其中自 $1998.05$ 至 $2003.11$ 期间任化工系党委副书记、书记）
$2000.08 - 至今$：清华大学化学工程系，教授、博士生导师（其间于 $2004.04$ 至 $2013.12$ 期间担任化学工程系系主任）
$2001.09 - 2002.09$：美国麻省理工学院（MIT）化工系，访问科学家
$2014.01 - 至今$：化学工程与低碳技术全国重点实验室（原化学工程联合国家重点实验室），主任、学术委员会委员
$2022.01 - 至今$：清华大学碳中和研究院工业深度减碳研究中心，首席科学家（兼）
$2025.11 - 至今$：当选为中国科学院院士（化学部）

四. 主要荣誉与奖项

1. 国家级与省部级科技奖项

国家级科技奖项：
- 国家技术发明奖二等奖（$2012$ 年度，第一完成人，获奖项目：“微结构化工传质设备及其工业应用”）
- 国家科学技术进步奖二等奖（$2019$ 年度，第一完成人，获奖项目：“湿法磷酸高值化和清洁生产的微化工技术及应用”）
- 国家科学技术进步奖二等奖（$2005$ 年度，第二完成人，获奖项目：院士科普书系《溶剂萃取》，第一完成人为汪家鼎）
省部级科技最高奖：
- 教育部自然科学一等奖、中国化工学会科技创新一等奖、中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖等省部部委级科技奖励共 $9$ 项（多为第一完成人）

2. 国际与行业重大奖项

行业学术大奖：中国化工学会“侯德榜化工科技创新奖”
国际学会荣誉：连续多年入选爱思唯尔“中国高被引学者”

3. 其他重要荣誉

$2002$ 年：荣获国家杰出青年科学基金资助
$2009$ 年：受聘为教育部长江学者特聘教授
$2014$ 年：荣获“全国优秀科技工作者”称号
优秀教师荣誉：
- 两次荣获“全国优秀博士学位论文指导教师”称号
- 多次荣获清华大学研究生“良师友”称号，并首批入选清华大学“良师益友”名人堂
- 荣获“北京市优秀教师”称号

五. 社会职务与学术服务

1. 学术期刊任职

执行主编：
- 国际期刊《中国化学工程学报（英文版）》（Chinese Journal of Chemical Engineering, CJChE）执行主编
学术编委或顾问：
- 现任或曾任《化工学报》、《过程工程学报》（原《化工冶金》）、《中国科学：化学》以及国际化工期刊 Particuology（《颗粒学报》）、Chemical Engineering Journal、Reaction Chemistry and Engineering、Separation and Purification Technology 等期刊编委、常务编委或国际学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职

学术团体职务：
- 中国化工学会微化工技术专业委员会主任委员
- 中国化工学会常务理事、中国颗粒学会常务理事
- 国际溶剂萃取委员会国际委员、国际微反应技术会议（IMRET）学术委员
- 国际标准委员会微气泡分委会成员
国家级学术平台与决策机构：
- 化学工程与低碳技术全国重点实验室主任
- 国务院学位委员会学科评议组（化学工程与技术组）成员
- 国家自然科学基金重大项目“面向高端化学品制造的微化工科学基础”项目首席负责人

六. 个人风格与格言

骆广生院士治学至臻严谨、为人谦和低调。作为我国微化工技术的奠基人，他在清华讲台与实验室第一线耕耘数十年，每天始终坚持早到和在第一线与学生探讨学术细节，被学生亲切地称为“真正平等交流的朋友”和“最具亲和力的良师益友”。在对待个人荣誉和学术资源方面，他始终崇尚谦逊自律、甘为人梯的学者品格：

“在对待名利的问题上，我们每个人心中都要有个度。作为学术工作者，名和利都不是终极的追求，我们要有谦让的精神，在荣誉面前要有点风格、多一些退让。”

面对工程科学的产业突破，他强调科学研究应当走出纸面、服务于国计民生的实用维度：

“化学工程是一门将知识转化为社会现实生产力的工程科学。我们做科研，最核心、最实打实的标准不是纸面上发表了多少文章，而是去拷问：我们提出的理论是否对学科发展的关键规律有贡献？开发出来的装备是否对中国化学工业的绿色升级有贡献？生产的产品是否实实在在地改善了老百姓生活的福祉？”

七. 参考文献

【Adv.Mater.】苏州大学廖良生、王亚坤等|突破30%效率与万小时寿命！AM最新综述全面解锁钙钛矿量子点LED的商业化密码

Wed, 24 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】苏州大学廖良生、王亚坤等|突破30%效率与万小时寿命！AM最新综述全面解锁钙钛矿量子点LED的商业化密码

文章标题： Bridging Synthesis and Device Performance in Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes

通讯作者： Wan-Shan Shen, Ya-Kun Wang, Liang-Sheng Liao

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73516

文章概要

引言

钙钛矿量子点因其极高的色彩纯度、宽广的可调带隙以及接近理想状态的光致发光量子产率，已经成为开发下一代高性能发光二极管最具潜力的发光材料之一。相比于传统的有机发光二极管和传统二六族半导体量子点，钙钛矿量子点在显示技术所需的色域覆盖率上展现出压倒性的优势，其溶液法制备工艺也大幅降低了生产成本。然而，在通往实际商业化应用的道路上，钙钛矿量子点高表面积比带来的大量缺陷态、电场作用下的离子迁移以及器件层面的载流子注入不平衡等关键瓶颈，严重制约了器件的稳定性和发光效率。为了攻克这些难题，本篇发表于《Advanced Materials》的重磅综述系统性地阐述了一个高度整合的“合成—表面—器件”全栈优化框架，旨在打通材料底层物理机制与宏观器件构筑之间的壁垒，为实现高商业可行性的钙钛矿量子点发光二极管提供清晰详实的工艺路线图。

Schematic overview of the integrated “synthesis–surface–device” optimization framework for high-performance PQD-LEDs.

主要实验及结论

在材料合成的源头阶段，研究人员通过深入挖掘钙钛矿晶体结构中的结构容忍因子与动态无序效应，系统调控了量子点的核心光电特性。不仅经典的热注射法和配体辅助再沉淀法得到了工艺参数上的极限优化，诸如微流体平台与机器学习相结合的自驱动流体实验室等先进合成范式也被引入，极大地提升了量子点的尺寸均匀性与批量制备的重现性。在此基础上，组分工程通过在A位引入大尺寸的甲脒或胍离子来松弛晶格应变，或者在B位进行异价和同价的多阳离子共掺杂，从晶格结构内部显著提高了不稳定相的形成能，成功抑制了非辐射复合中心的产生，为后续构筑兼具高发光效率与强抗环境干扰能力的发射层奠定了坚实的晶体学基础。

(a) Scheme of crystal structure and composition of ABX3 perovskites. (b) Correlations between tolerance factor and crystal structure of perovskite materials. Reproduced from ref. [41]. Copyright 2016, American Chemical Society. (c) Band structure of lead halide perovskites. (d) PL emission spectra of colloidal perovskite CsPbX3 QDs (X = Cl, Br, I) with different anion composition. Reproduced from ref. [32]. Copyright 2015, American Chemical Society. (e) UV–vis absorption and PL emission spectra with different particle sizes. Reproduced from ref. [61]. Copyright 2017, American Chemical Society. (f) Illustration of how the band structure of materials changes as quantum confinement increases due to reductions in PQD size below the Bohr diameter. Reproduced from ref. [22]. Copyright 2024, Royal Society of Chemistry.

针对量子点表面极其活跃且易脱落的动态配体壳层，表面工程开展了全方位的配体化学结构改性与核壳结构构筑。根据软硬酸碱理论，研究引入了结合力更强的软路易斯碱配体、多齿螯合配体以及整体电中性的两性离子配体，牢固锚定表面的未配位铅离子并填补卤素空位。这些创新的短链或分支状配体设计不仅在不破坏胶体稳定性的前提下大幅降低了空间位阻，将固体薄膜的光致发光量子产率从传统配体大幅流失造成的骤降中挽救出来，还成功消除了阻碍电荷隧穿的绝缘屏障。此外，通过 epitaxial 生长构筑诸如双钙钛矿、宽带隙半导体或者将量子点原位镶嵌于刚性沸石及金属有机框架中，实现了物理隔绝与电荷局域化的完美双赢。

(a) Illustration of the effect of size on the exciton binding energy. (b) Recombination process for bulk and weakly-confined free-carrier-dominated systems. (c) Recombination process for strongly-confined exciton-dominated systems. Figure made with inspiration from ref. [22].

Schematic representation of the electronic band structure of (a) typical defect-intolerant semiconductors and (b) lead halide perovskites. (c) Typical point defects in PQDs, including vacancies, interstitial and antisite atoms, in order of increasing formation energy (or decreasing probability of occurrence), and their depths in the bandgap. Figure made with inspiration from ref. [55]. (d) Proportions of monomolecular, bimolecular, and Auger recombination for 3D perovskites as a function of carrier density, derived from theoretical calculations using the recombination constants of 3D perovskites. (e) Proportions of the same recombination mechanisms for PQDs, calculated using the recombination constants of quasi-2D perovskites. Figure 5d,e are reproduced from ref. [21]. Copyright 2025, Wiley-VCH GmbH. (f) Schematic illustration of dynamic disorder in halide perovskites and its effect on wavefunction overlap. Reproduced from ref. [76]. Copyright 2021, American Chemical Society.

在器件工程的落地实施层面，协同优化电荷注入效率、辐射复合效率与光提取效率成为了推动整个体系接近理论极限的核心动力。通过引入共轭导电配体进行界面偶极工程调控，或者对空穴传输层实施掺杂改性，成功消除了深能级电荷注入势垒，使器件内部的电子和空穴通量趋于完美的化学计量比，从而在低驱动电压下有效遏制了因电荷积聚引发的俄歇复合与焦耳热效应。为了解决长期以来高达百分之八十的光子被束缚在器件内部无法逸出的尴尬局面，器件设计通过对量子点薄膜进行超薄化控制来调低折射率以减少波导损耗，并利用功能配体诱导过渡偶极矩进行水平取向排列，再辅以纳米级微结构表面粗糙化与局域表面等离激元共振效应。这一系列精密的器件架构改良成功斩断了由离子迁移和热损耗相互放大的恶性退化级联反应，将绿光和红光器件的外量子效率推向了百分之三十以上的顶峰，并使工作寿命跨越了万小时的实用化门槛，同时也为最为棘手的深蓝光器件相分离难题提供了基于空间局域限域的全新解题思路。

(a) Schematic illustration for preparation of CsPbBr3–zeolite composites with blue fluorescence of CsPbBr3 QDs. (b) SEM images and (c) the particle size distribution of microsized silicalite-1. (d) SEM images and (e) the particle size distribution of nanosized silicalite-1 zeolites. (f) Effect of different zeolite sizes on the diffusion path of CsPbBr3 QDs. Figure 15 is reproduced from ref. [180]. Copyright 2024, American Chemical Society.

(a) A typical architecture of a perovskite LED. The contributions of each active layer to various processes are listed on the right. (b) Schematic diagram of the working mechanism of PQD-LEDs. (c) Energy levels of some commonly used electrodes, HTLs, PQDs, and ETLs, with data obtained from ref. [60].

总结及展望

这篇综述不仅仅是对过去几年钙钛矿量子点发光二极管突破性进展的复盘，更是面向未来微型显示技术、柔性穿戴设备以及量子信息科学等前沿领域的关键宣言。未来的研究重心将彻底走出单纯依赖试错的传统工艺范式，转向利用先进的算力进行可编程配体的理性设计，并依托连续流微流体平台将实验室成果真正转化为工业级的大面积薄膜制造流线。尽管在纯溴化物的深蓝光效率与抗相分离稳定性上仍需要开展兼具理论深度与工程韧性的攻坚战，但通过化学、物理学与器件微电子学的深度跨学科融合，钙钛矿量子点发光二极管正以前所未有的姿态，加速从高校和科研院所的实验台上走向千家万户的商用显示屏幕。

【Angew.Chem.】深圳大学张平玉等|仅需3个环！一种攻克肿瘤低氧耐受、激活cGAS-STING免疫通路的光敏剂设计新策略

Wed, 24 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】深圳大学张平玉等|仅需3个环！一种攻克肿瘤低氧耐受、激活cGAS-STING免疫通路的光敏剂设计新策略

文章标题：A Molecular Trimming Strategy for Hypoxia‐Tolerant Photosensitizers With Enhanced cGAS‐STING Activation

通讯作者：Huaiyi Huang, Bizhu Chu, Pingyu Zhang

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.1516189

文章概要

引言

光动力免疫治疗作为一种高效、低副作用的癌症治疗手段备受学术界关注。然而，传统的金属配合物光敏剂设计过度依赖延长π共轭结构，这往往会导致分子疏水性增强、溶解度下降以及细胞摄取效率变差，严重限制了其生物学应用。为了打破这一常规瓶颈，研究团队提出了一种反常规的“π桥修剪”策略。该策略通过适度精简共轭骨架，成功开发出适应肿瘤低氧微环境的高性能光敏剂，为克服低氧耐受、推进光免疫联合治疗提供了全新的分子工程学思路。

Sccheme 1. Schematic illustration of (a) π-bridge trimming strategy for fused-ring iridium(III) photosensitizers, (b) photoactive mechanisms, and (c) cGAS-STING pathway activation.

主要实验及结论

研究人员设计并合成了含有三环稠合π桥的TTz-Ir和五环稠合的TBTz-Ir两种铱(III)配合物。实验结果表明，分子尺寸更小的“修剪型”TTz-Ir在摩尔吸光系数、溶解度、光催化活性及光毒性等多个关键维度上均全面优于共轭延伸的TBTz-Ir。瞬态吸收光谱等机制研究揭示，TTz-Ir表现出更长的三线态激发态寿命（144 ns）以及更高效的光生电荷分离与传输能力。在光照下，TTz-Ir不仅能通过能量转移产生单线态氧，还能通过氧还原和水氧化途径高效产生I型活性氧（如超氧阴离子、双氧水和羟基自由基），确保了其在低氧环境下依然具有强劲的光毒性。

FIGURE 1. (a) X-ray single crystal structures of TBTz, TTz, and TTz-Ir. C atoms are in gray, Ir atoms are in red, N atoms are in blue, H atoms are in white, and S atoms are in yellow. Counterions and solvent molecules are omitted for clarity. (b) Optimized ground-state (S0) geometries of two complexes. (c) Calculated HOMO and LUMO of the two complexes. (d) Electron-hole distribution of two complexes excited at the S1 state. Green and blue indicate the electrons and holes, respectively. (e) Quantitative analysis the charge transfer amounts of TTz-Ir and TBTz-Ir. The triphenylamine (TPA) units are shown in green, the 2,2'-bithiazole or 2,2'-bibenzo[d]thiazole unit in red, and the phenylpyridine-‑iridium fragment in purple. (f) Normalized absorption and (g) emission spectra of two complexes in DMSO. (h) Luminescence decay curves of the two complexes in DMSO.

FIGURE 2 (a) Decomposition rates of ABDA (100 µM, for 1O2 detection) at 378 nm in the presence of TBTz-Ir or TTz-Ir (10 µM) under 550 nm light irradiation for different time intervals. (b) Relative changes (I/_I_0-1 at 526 nm) in PL intensity of DHR123 (10 µM, for O2•− detection) in the presence of TBTz-Ir or TTz-Ir (20 µM) upon 550 nm light irradiation for different intervals. (c) Plots of ΔAbs (A–A0 at 415 nm) of ABTS (80 µM, for •OH detection) in the presence of TBTz-Ir or TTz-Ir (10 µM) under 550 nm light irradiation for different time intervals with or without pyruvic acid (50 mM) as the electron acceptor. (d) 1H NMR spectrum of pyruvic acid (0.5 mM) in D2O containing TTz-Ir (0.1 mM) under 550 nm light irradiation for different time intervals. Lac: lactic acid. (e) Time profiles of H2O2 generation catalyzed by TTz-Ir (100 µM) and TBTz-Ir (100 µM) in the dark or under light irradiation, as measured by iodometry. (f) H2O2 generation rates catalyzed by TTz-Ir (100 µM) and TBTz-Ir (100 µM) under light irradiation for 2 h under different atmospheric conditions, as measured by iodometry. (g) H2O2 generation rates catalyzed by TTz-Ir (100 µM) and TBTz-Ir (100 µM) under light irradiation for 2 h with or without different hole sacrificial agents, as measured by iodometry. (h) H2O2 generation rates catalyzed by TTz-Ir (100 µM) and TBTz-Ir (100 µM) under light irradiation for 2 h with or without pyruvic acid as an electron sacrificial agent under air or N2 atmosphere, as measured by iodometry. (i) H2O2 generation rates catalyzed by TTz-Ir (100 µM) and TBTz-Ir (100 µM) under light irradiation for 2 h with or without different scavengers, as measured by iodometry. TBA: tert‑butyl alcohol, BQ: benzoquinone.

FIGURE 3 Transient absorption spectra of (a) TTz-Ir and b) TBTz-Ir in deaerated DMSO at 20 °C following direct excitation at 605 nm, recorded at different delay times as indicated in the inset. Kinetic decays from transient absorption spectra of TTz-Ir and TBTz-Ir in (c), (d) deaerated and (e), (f) O2-saturated DMSO. Excited-state absorption (black and red lines) and ground-state bleach (blue line) were monitored at 380/520/750 nm (de-aerated) and 390/515/750 nm (O2-saturated) for TTz-Ir, and at 410/550/750 nm (de-aerated) and 400/550/750 nm (O2-saturated) for TBTz-Ir. Corresponding lifetimes (τ) are 144/96 ns for TTz-Ir and 49/21 ns for TBTz-Ir under deaerated and O2-saturated conditions, respectively. KA: kinetic absorption. Comparison of excited-state lifetimes of (g) TTz-Ir and (h) TBTz-Ir in de-aerated (black trace) and O2-saturated DMSO (red trace), respectively.

在细胞和体内实验中，TTz-Ir表现出优异的线粒体靶向性。光照激发的活性氧引起了严重的线粒体及核DNA损伤，促使DNA释放至细胞质中，从而强烈激活了cGAS-STING信号通路，显著上调了p-TBK1和p-IRF3的表达，并诱导一系列干扰素及趋化因子释放。为了提升体内靶向效率，研究者利用两亲性聚合物将其包裹为TTz-Ir纳米颗粒。小鼠模型实验证实，该纳米药物能在肿瘤部位高效富集，并在光照下引发强烈的全身性抗肿瘤免疫应答，显著增加肿瘤内CD8+ T细胞的浸润，最终实现对肿瘤生长的高效抑制。

FIGURE 4 (a) The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of TBTz-Ir and TTz-Ir. (b) XPS valence band spectrum of TBTz-Ir and TTz-Ir; the work function (Φ) is 4.50 eV. (c) Mott–Schottky plot of TBTz-Ir and TTz-Ir at 1500, 2000, and 2500 Hz obtained in the dark; TBTz-Ir or TTz-Ir on ITO electrode as a working electrode, Ag/AgCl as a reference electrode, platinum wire as a counter electrode, and 1.0 M Na2SO4 as a supporting electrolyte. (d) Band structures diagram of two complexes. (e) Schematic illustration of the proposed type I (electron-transfer) and type II (energy-transfer) mechanisms for TTz-Ir. ILCT: intra-ligand charge transfer.

FIGURE 5 Generation of cellular ROS under irradiation, photo-cytotoxicity, and antitumor effect of the TTz-Ir in vitro. The viabilities of 4T1 cells treated with different concentrations of (a) TBTz-Ir or (b) TTz-Ir in the dark or upon light irradiation under normoxia. The data are shown as mean ± SD (n = 3). (c) ICP-MS quantification of Ir content in whole cells, mitochondria, and lysosomes of 4T1 cells. Cells were first uniformly divided into three parallel aliquots, then incubated with TTz-Ir or TBTz-Ir (10 µM) for 4 h. After incubation, whole cells were collected from one aliquot, while mitochondria and lysosomes were isolated from the other two aliquots using different commercial organelle extraction kits. The data are shown as mean ± SD (n = 3). (d) Confocal microscopy images of 1O2 detected by SOSG (10 µM) and •OH detected by HPF (10 µM) in 4T1 cells treated with TBTz-Ir and TTz-Ir (10 µM). SOSG: λex = 488 nm, _λ_em = 530 ± 30 nm. HPF: _λ_ex = 488 nm, _λ_em = 550 ± 50 nm. Scale bar = 20 µm. (e) Colony formation assays of A549 (upper) and 4T1 (lower) cells treated with different concentrations of TTz-Ir under light conditions. (f) Transwell assay of A549 cells treated with different concentrations of TTz-Ir for 72 h under light conditions. (g) Wound healing assay images of A549 cells treated with different concentrations of TTz-Ir under light conditions. (h) Immunoblot analysis of the indicated proteins in A549 (upper) and 4T1 (lower) cells treated with different concentrations of TTz-Ir under light conditions. The uncropped original image of this blot is available in the Supporting Information. (i) Confocal microscopy images of the living cells treated with TTz-Ir (10 µM, 4 h), co-stained with DCFH-DA (10 µM, 30 min) and Mito-Tracker Deep Red (MTDR, 200 nM, 30 min). DCFH-DA: _λ_ex = 488 nm, _λ_em = 530 ± 30 nm; MTDR: _λ_ex = 633 nm, _λ_em = 670 ± 30 nm; Scale bar = 20 µm. Incubation time: 4 h. Light irradiation: 550 nm, 13.2 mW cm−2, 0.5 h.

FIGURE 6 Intracellular PDT-induced cGAS-STING pathway. (a) Schematic illustration of the cGAS-STING pathway. (b) Immunoblot analysis of the γH2AX in 4T1 cells treated with TTz-Ir (10 µM) for 48 h. The uncropped original image of this blot is available in the Supporting Information. (c) Fluorescence images of γH2AX in 4T1 cells treated with TTz-Ir (10 µM) for 48 h. γH2AX: _λ_ex = 488 nm; _λ_em = 530 ± 30 nm. DAPI: _λ_ex = 405 nm, _λ_em = 430 ± 20 nm. Scale bar = 20 µm. (d) Immunoblot analysis of the indicated proteins in 4T1 cells treated with TTz-Ir (10 µM) for 48 h. The uncropped original image of this blot is available in the Supporting Information. (e) Fluorescence images of p-TBK1 in 4T1 cells treated with TTz-Ir (10 µM) for 48 h. p-TBK1: _λ_ex = 488 nm; _λ_em = 530 ± 30 nm. DAPI: _λ_ex = 405 nm, _λ_em = 430 ± 20 nm. Scale bar = 20 µm. (f) RT-qPCR of Ifnb1, Cxcl9, Cxcl10, and Ccl5 levels in 4T1 cells treated with TTz-Ir (10 µM) for 48 h. Light irradiation: 550 nm, 13.2 mW cm−2, 0.5 h. The data are shown as mean ± SD (n = 3). p-values are calculated using unpaired Student's t-test. p < 0.05, p < 0.01, p < 0.001.

FIGURE 7 In vivo phototherapeutic efficacy of TTz-Ir NPs. (a) Schematic illustrating the administration of TTz-Ir NPs (1.0 mg/kg) for tumor treatment in 4T1 tumor-bearing BALB/c mice. b) Photographs of tumor tissues at the end of treatment. (c), (d) Tumor volumes during treatment and tumor weight of mice at the end of treatment. The data are shown as mean ± SD (n = 6). p-values are calculated using unpaired Student's t-test. **p <* 0.05, p < 0.01, p < 0.001. (e) The weight of mice during treatment. The data are shown as mean ± SD (n = 6). (f) Microscopy images of H&E and TUNEL stained tumor sections. Scale bar = 100 µm. (g) Quantitative analysis of CD8+ T cells in 4T1 tumors. The data are shown as mean ± SD (n = 3). P-values are calculated using unpaired Student's t-test. p < 0.05, p < 0.01, *p < 0.001.

总结及展望

该研究成功提出并验证了通过适度缩短共轭长度来优化光敏剂性能的“π桥修剪”分子设计策略。这种设计不仅巧妙地解决了传统光敏剂溶解度低、在极性溶剂中易聚集、电荷分离效率差的痛点，还赋予了药物优异的低氧耐受性。这种兼具高性能与低氧适应性的铱(III)光敏剂，为克服肿瘤低氧微环境带来的免疫抑制、发展高效的光动力免疫联合治疗药物奠定了坚实的科学基础，展现出广阔的临床转化前景。

【Angew.Chem.】北化邓建平、赵彪|5.2×10⁻²的完美跃升：无传统荧光团纤维素如何打破手性发光极限？

Tue, 23 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】北化邓建平、赵彪|5.2×10⁻²的完美跃升：无传统荧光团纤维素如何打破手性发光极限？

文章标题：Synergistic Chirality Transmission and Energy Transfer in Clusteroluminescent Cholesteric Cellulose Derivatives for Amplified Circularly Polarized Luminescence

通讯作者：Biao Zhao, Jianping Deng

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.3452883

文章概要

引言

手性在自然界中无处不在，从DNA的双螺旋到蛋白质的折叠， hierarchical手性结构赋予了生命特异的功能。在诸多手性光学材料中，圆偏振发光（CPL）材料因其在3D显示、信息安全防伪、不对称催化以及生物传感等前沿领域的巨大应用潜力而备受瞩目。作为地球上最丰富的生物质资源，纤维素及其衍生物凭借其独特的固有手性和优异的液晶组装行为，成为了构建可持续CPL材料的理想基底。然而，传统的发光型纤维素材料通常需要依赖外源性荧光染料的掺杂，且如何突破非共轭结构的发光瓶颈、在宽谱系甚至近红外（NIR）区域实现强CPL发射、并完成手性信号的有效放大，一直是该领域面临的核心挑战。

(a) Schematic diagram of cellulose derivatives generating intrinsic left- and right-handed CPL. (b) Schematic representation of multicolor CPL generation and amplification driven by chirality transmission and energy transfer pathways. (c) Utilizing selective reflection to generate and regulate CPL/CPA handedness in a double-layer film. (d) Chemical structures of the achiral dyes.

主要实验及结论

研究团队首先选用了具有优异成膜性与机械柔韧性的乙基纤维素（EC） 作为模型材料。实验表明，通过溶液浇筑法制备的EC薄膜展现出强烈的正圆二色性（CD）信号，证实其形成了左手螺旋的胆甾相液晶结构。令人兴奋的是，尽管EC分子内不含传统的共轭发光团，但在365纳米紫外光照射下，EC薄膜却发射出明亮的蓝色荧光。光谱分析显示该发光具有明显的激发波长依赖性以及浓度增强发射特性，理论计算进一步证实，这是由于薄膜内部丰富的富电子氧原子在聚集态下发生空间共轭（TSC）与偶极-偶极耦合，从而触发了簇聚诱导发光（CTE）。通过有效耦合这种内在的簇聚发光与手性液晶结构，研究人员在不依赖外源发光团的情况下，首次实现了发光不对称因子（$g_{lum}$）高达0.2的强固有左手圆偏振发光，这成功将纤维素的角色从被动的“手性宿主”转变为主动的“固有手性发光体”。

CD spectra of EC films with (a) different thickness, (b) different volume fractions of n-hexane in CHCl3/n-hexane mixtures, and (c) different film-forming temperatures. (d) PL spectra of EC film with different excitation wavelengths. Inset: photograph of the EC film under UV irradiation (365 nm). (e) PL spectra of EC in CHCl3 with different concentrations (_λ_ex = 350 nm). (f) CPL spectra of EC film (_λ_ex = 280 nm). (g) ESP distribution of the intermolecular EC complex. (h) IGMH analysis of the intermolecular interactions between EC fragments. (i) The atomic names corresponding to the differently colored spheres in (g) and (h). (j) Colored _δ_ginter versus sign (_λ_2)ρ scatter plot of the intermolecular EC complex depicted in (h). (k) Schematic diagram of clusteroluminescence-based CPL.

为了进一步拓宽发光谱系并揭示手性放大的深层机制，研究团队通过乙酰化反应将EC中残留的羟基完全取代，成功合成了乙酰化乙基纤维素（AEC）。有趣的是，在相同的成膜条件下，AEC薄膜的CD信号发生了彻底的反转，展现出强烈的负CD峰，表明其转变为右手螺旋的胆甾相液晶结构。光物理表征显示，AEC薄膜同样具备典型的簇聚发光特征，并在紫外光激下实现了固有的右手圆偏振发光。这一发现意味着，无需引入额外的外部手性源，仅通过简单的化学修饰即可在同一种生物质衍生体系中实现内在双向手性发光的自由翻转。机制研究明确了当材料的光子带隙（PBG）位于紫外区且与发射光谱不重叠时，手性转移机制会主导CPL的产生，从而使发射的CPL完全保留与液晶结构相同的旋向。

(a) Normalized PL spectrum of the EC film (_λ_ex = 350 nm) and normalized absorption spectra of the fluorescent dyes. (b) The PL decay curves of EC in pure EC film and EC/fluorescent dyes films (_λ_ex = 288 nm). (c) Schematic diagram illustrating the FRET process. (d–g) PL spectra of EC/fluorescent dye films, in which the EC content is fixed while the dye content is varied. Inset: photograph of the corresponding EC/fluorescent dye films under UV irradiation (365 nm). (h–k) CD and UV–vis spectra of EC/fluorescent dye films.

基于EC和AEC优异的手性转移与簇聚发光特性，研究团队采用仿生光合作用的多级能量传递策略，向纤维素基质中引入了多种阿手性荧光染料（如BPA、R6G、NR等），成功构建了系列掺杂薄膜。研究发现，纤维素作为能量供体，能够通过圆偏振荧光共振能量转移（C-FRET） 过程，将激发表观能量源源不断地 funnel 至阿手性受体。相比于直接激发染料受体，通过激发纤维素供体进行间接能量转移，能够显著提升受体成分的圆偏振发光不对称因子。更为精妙的是，研究人员通过在EC/NR体系中进一步引入近红外染料Cy5，构建了多级级联能量传递通道，不仅成功将圆偏振发光谱系一路扩展至700纳米及880纳米的近红外区域，更是将Cy5的圆偏振发光不对称因子一举放大至5.2×10⁻²。这一成果打破了此前纤维素醚类衍生物无法高效驱动近红外CPL的僵局。

(a) Schematic of chirality transfer and energy transfer in EC/dye films that produce and amplify multicolor CPL emissions. CPL and the corresponding _g_lum spectra of (b,f) EC/BPA film (_λ_ex = 350 nm), (c,g) EC/R6G film (_λ_ex = 350 and 500 nm), (d,h) EC/NR film (_λ_ex = 350 and 480 nm), and (e,i) EC/NR/Cy5 film (_λ_ex = 350 and 500 nm). (j) IGMH analysis of the intermolecular interactions between EC and BPA, R6G, NR, and Cy5 in the ground state.

不仅如此，研究团队充分利用了纤维素衍生物薄膜的选择性反射特性，将其与阿手性长余辉发光薄膜（如PVA/3-BPBA基底）进行空间分层叠放。通过改变激发光与双层薄膜的相对入射顺序，在完全不改变物质化学组成的前提下，仅仅依靠光学界面的选择性反射与透射调制，便成功实现了全色域以及近红外区域的圆偏振长余辉（CPA）手性信号的精准调控与旋向翻转。这种将内在分子手性转移与宏观光学反射机制相结合的双重调控模式，为智能响应型手性光学材料的开发提供了全新范式。

(a,b) Schematic illustration of CPL generation via selective reflection in a double-layer film. CPL spectra and the corresponding _g_lum values of (c–f,k) fluorescent dye + EC films (_λ_ex = 280 nm) and (g–j,l) EC + fluorescent dye films (_λ_ex = 350 nm). CPL spectra of (m) PVA/3-BPBA + EC film and (n) EC + PVA/3-BPBA film (_λ_ex = 280 nm).

(a) Multidimensional information-encryption display under 254 nm excitation. (b) Schematic of multilevel binary codes constructed by double-layer films for information encryption. (c) Schematic diagram of the chiral logic system and the corresponding truth table.

总结及展望

该项研究在国际上首次全面揭示了纤维素衍生物中簇聚发光与胆甾相液晶超分子手性之间的协同效应。通过精准的化学修饰与精巧的级联能量传递设计，不仅实现了谱系从紫外、可见光到近红外区域的全覆盖圆偏振发光，更完成了手性发光信号的阶梯式高效放大。基于该体系极其优异的光学可调控性，研究团队进一步成功展示了其在多维手性光学信息加密防伪、多级二进制编码体系以及非再构型手性逻辑器件中的高阶应用。这一工作不仅深化了对生物大分子非共轭发光行为的本质理解，更为下一代绿色、可持续、智能化高级光电材料的产业化落地开辟了极为广阔的想象空间。

【Angew.Chem.】中科大张国庆联合北理工王涛|500K超高温下依然能发光！天然矿物启发的长寿命多色有机余辉新策略

Tue, 23 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】中科大张国庆联合北理工王涛|500K超高温下依然能发光！天然矿物启发的长寿命多色有机余辉新策略

文章标题：Nature-Inspired Organic–Inorganic Hybridization Enables High-Temperature and Multicolor Organic Phosphorescence

通讯作者：Tao Wang, Guoqing Zhang

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.8043102

文章概要

引言

具有长寿命和可调谐发光特性的有机室温磷光材料在信息存储和余辉显示等领域展现出巨大的应用潜力。然而，有机三线态激子极易受到分子振动、旋转及碰撞等非辐射失活通道的影响，导致大多数传统有机磷光材料的耐热性极差，余辉在环境温度升高时便会迅速熄灭。相比之下，天然矿物由于其稳固的无机晶格能够高效捕获电子，往往具备优异的天然余辉性能。受到这种天然矿物发光机制的启发，研究团队创新性地提出了一种通用的有机-无机杂化策略。通过将羧基化多环芳烃分子原位嵌入到具有密堆积六方结构的羟基磷灰石（HAP）晶格中，成功开发出一系列在高温下仍能保持高效、稳定发光的“人工矿物”磷光材料。

Design concept for triggering triplet-mediated RTP in inorganic minerals. (a) Photos showing RTP afterglows from representative calcium minerals and the schematic of the energy trap-assisted RTP mechanism of natural minerals. The trapped electrons can be released via thermal activation and the tunneling effect. (b) Schematic illustration of the HAP structure and its doping system. (c) Simplified Jablonski diagram depicting the triplet-mediated RTP mechanism in the organic–inorganic doping system with enhanced ISC and suppressed nonradiative transitions. GS: ground state; ES: excited state; Fl: fluorescence; IC: internal conversion.

主要实验及结论

研究人员采用了一种极其简便、高效的原位共沉淀法，在常温常压下仅需10分钟即可完成杂化材料的制备。实验中以羧基化三苯胺（TPA-3COOH）作为模型发光客体，使其在羟基磷灰石晶格生长过程中进行原位配位锁定。系统性的结构表征证实，客体分子在无机基质中达到了分子级别的均匀分散，且在低掺杂量下完全没有破坏羟基磷灰石固有的本体结晶度。光物理测试结果令人瞩目，优化后的杂化固体材料表现出明亮的蓝色余辉，其磷光量子效率高达31.1%，长寿命余辉持续时间超过10秒。更为震撼的是，由于无机晶格的强效刚性束缚，该材料在高达500 K（约227℃）的极强高温下依然能维持肉眼可见的有机延迟发光，且经历了10次加热-冷却循环后未见明显的发光疲劳，展现出极其优异的热稳定性。

Structural characterization of organic chromophore-modified HAP. (a) Schematic illustration of the sample preparation process of TPA-3COOH/HAP. (b) TEM image of 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP. (c–e) EDS mapping images of the Ca, O, and N elements of 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP. (f) Confocal fluorescence imaging of 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP. The image color does not represent the real emission color, which only reflects the PL signal. (g) Powder XRD patterns of HAP and 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP. (h) Transmission FTIR spectra of HAP, TPA-3COOH, and 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP. (i) High-resolution XPS spectra of HAP and TPA-3COOH/HAP with different chromophore loadings.

Photophysical investigations of 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP recorded in air. (a) Steady-state (top) and delayed (gated time: 1–50 ms; bottom) PL spectra recorded at 298 K (λexc = 365 nm). Insets: photos showing the formation of luminescent precipitates within 10 min (top) and RTP afterglow with UV off (bottom). (b) Phosphorescence decay profiles recorded at 470 nm at 298 K in air (λexc = 372 nm). Inset: high-resolution PL decay profiles used to extract prompt fluorescence and RTP QYs based on the TDC–TCSPC technique. (c) Temperature-dependent delayed PL spectra with associated spectra recorded at 298 and 500 K (λexc = 365 nm). Inset: photos showing phosphorescence afterglows at different temperatures. (d) RTP thermal resistance over 10 heating–cooling cycles. Inset: photos showing phosphorescence afterglow before heating and after 10-cycle thermal treatment.

为了阐明这种超常磷光背后的协同增强机制，研究团队通过超快瞬态吸收光谱、电子顺磁共振（EPR）以及理论计算进行了深度的物理机理挖掘。研究发现，发光分子与羟基磷灰石中的钙离子之间存在强烈的静电配位相互作用，这种作用在分子内部感应出了一个强大的局域内置电场，从而诱导电子密度发生不均匀分布，显著促进了单线态到三线态的系间窜越（ISC）速率。与此同时，羟基磷灰石本身固有的氧空位、羟基迁移等晶格缺陷形成了适度的能量陷阱，能够有效捕获光生电荷并延缓其复合过程，通过后续的空穴-电子重新复合源源不断地产生大量三线态激子。最终，无机晶格紧密的晶格空间限制最大程度地抑制了三线态激子的非辐射衰减，三大机制协同作用共同实现了超高温下的高效磷光发射。

Mechanistic elucidation of the enhanced RTP. (a–b) Transient absorption spectra of 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP in the range of (a) 320–450 nm and (b) 500–900 nm as a function of delay time (λexc = 365 nm; pump power: 1 µJ/cm2 per pulse). (c) EPR spectra of HAP, TPA-3COOH and 0.3 mol% TPA-3COOH/HAP in the solid state before and after 365 nm UV light treatment for 90 s, respectively. (d) Calculated change in electron density distribution upon applying parallel and vertical electric fields (isovalue: 0.003). Blue and red denote the decrease and increase in electron density, respectively. (e-g) EFM phase images of 0.3 mol% TPA‑3COOH/HAP powder acquired under the applied biases of (e) 0 V, (f) 1 V, and (g) 2 V. White dotted lines indicate phase shift as a function of the lateral position for comparison (see Figure S44). (h-j) Calculated SOC constants between singlet and triplet excited states (h) without the electric field, (i) with the applied parallel electric field, and (j) with applied vertical electric field.

这种基于天然矿物启发的杂化设计策略具有极其强大的结构普适性。研究人员将该策略成功拓展至包括羧基化萘衍生物和1,3,5-三苯基苯在内的多种纯$\pi$-共轭有机发光客体中，同样实现了寿命长达1191.6毫秒的高效室温磷光发射。通过精确调控不同发光客体的分子结构以及羟基磷灰石内部的局域内置电场，能够将余辉发射峰位从470纳米一路调整至565纳米，从而赋予了整个材料体系极具吸引力的多色余辉调控能力，甚至部分体系还观察到了由高阶三线态发射引起的独特双磷光现象。

Photophysical investigations of 0.3 mol% π-conjugated chromophores in HAP recorded at 298 K in air. (a) Steady-state (dashed line; λexc = 300 nm) and delayed (solid line; gated time: 1–50 ms; λexc = 254 nm) PL spectra recorded at 298 K in air. (b-c) Phosphorescence decay profiles and fitting values (λexc = 281 nm). (d) Photos showing RTP afterglows.

总结及展望

本研究成功构筑了一种兼具矿物晶格刚性与有机分子设计灵活性的高性能有机-无机杂化磷光平台。通过原位共沉淀策略，不仅实现了工业化放大生产的潜力，更在调谐发光颜色和提升热稳定性方面取得了突破性进展。基于这种独特的波长依赖性多色余辉特性，研究团队成功展示了其在紫外线波长智能可视化传感领域的应用潜力。此外，通过将该发光杂化矿物与聚丙烯酰胺水凝胶原位基质化结合，进一步制备出了具有良好可塑性和发光特性的矿化磷光水凝胶材料，鉴于羟基磷灰石优异的骨传导与生物相容性，该体系未来在骨修复与再生医学原位生物成像监测等医疗健康领域同样蕴含着广阔的应用前景。

【JACS】光照秒变超分辨荧光染料！通过C–H活化定制光活化氧杂嗪，定位精度达2.6纳米

Tue, 23 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】光照秒变超分辨荧光染料！通过C–H活化定制光活化氧杂嗪，定位精度达2.6纳米

文章标题：Phenoxazines with a Phototransferable N-Acetyl Group and Acrylate Linker: Assembly by C–H Activation, Photoconversion to Fluorescent Dyes, Biolabeling, and Super-Resolution Imaging

通讯作者：Mariano L. Bossi, Vladimir N. Belov, Lutz Ackermann, Stefan W. Hell

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c05772

文章概要

引言

光活化荧光染料作为生物成像与超分辨纳米显微技术的核心工具，在极高时空分辨率下追踪细胞动态过程和观察生物标本纳米级组织结构方面发挥着至关重要的作用。传统的常规吩噻嗪或氧杂嗪类染料凭借其极高的亮度、远红外发射以及优异的单分子光稳定性，在荧光显微镜中得到了广泛的应用，但长期以来科学界一直缺乏一种能够兼顾多种发射颜色与活性反应基团的光活化氧杂嗪通用合成路径。由于天然的氧杂嗪核心缺乏类似于罗丹明核心的羧酸等易于偶联的官能团，导致传统的不对称修饰合成路线极其冗长繁琐。为了打破这一瓶颈，研究团队创新性地引入了过渡金属催化的后期C–H键活化策略，利用极其简单易得的对称前体或商业化试剂，开发出了一条极其高效、简短且具备高度区域选择性的光活化氧杂嗪染料合成新路线，成功为超分辨成像领域带来了高性能的新型分子荧光标签。

Scheme 1. Irradiation with Light Transforms Phenoxazines Introduced in This Work into Fluorescent Products

主要实验及结论

研究人员首先探索了光活化氧杂嗪染料分子结构的精妙设计与高效合成路线。通过巧妙利用弱配位的N10-乙酰基的邻位定向效应，成功在催化剂体系下实现了吩噻嗪核心C1位的选择性氧化烯烃化反应。实验测试表明，在C1位直接引入丙烯酸酯连接基团能够有效扩展分子的共轭体系，使吸收光谱产生大约50纳米的显著红移，从而将吸收带成功扩展至400纳米以上的可见光波段，为温和的光活化提供了先决条件。在活化机制方面，光解监测证实该系列分子在紫外或紫光照射下，N10位的乙酰基发生同位断裂并迅速通过特殊的1,5-自由基迁移被邻位的丙烯酸酯双键高效捕捉，随后经过进一步的 photooxidation（光氧化）过程，最终原位转化为具有强荧光发射的非笼变化合物。这一创新的分子设计不仅省去了传统化学合成中极其繁琐的异构体高效液相色谱分离步骤，更通过将羧酸基团转化为酰胺或各种功能性配体，成功制备出了涵盖橙色到远红外光谱区间的系列光笼型分子标签。

Scheme 2. Photolysis of N10-Acyl Phenoxazines 1-R in Acetonitrile Solution; R = Me, CBr3, C6H5, 4-BrC6H4, 3,5-Br2C6H3

Scheme 3. 3,7-Bis(N,N-diethylamino)phenoxazines 2-R and 3 with an N10-Acetyl “Photocaging” Group and an Ethenyl or Alkyl Linker to COOH Reactive Site

为了验证这些光笼型染料在生物标本中的靶向标记性能与光活化动态表现，研究团队将其进一步衍生为了能够特异性识别融合蛋白的配体。研究人员通过体外重组蛋白结合实验，深入测试了包括CA1到CA4在内的四种具有不同氨基取代基的ω-氯代烷烃酰胺衍生物在自由状态下以及与HaloTag受体蛋白特异性共价结合后的光谱变化规律。令人振奋的是，这些化合物在结合目标蛋白后表现出了极其优异的环境自适应性，不仅光活化速率得到了显著的提升，而且光解脱笼后的氧杂嗪荧光产物也展现出更长的荧光寿命和更高的发光对比度，完全消除了酰胺键断裂导致染料脱落的潜在风险。紧接着在活细胞和固定细胞的成像实验中，研究人员将这些探针精准靶向递送至内质网膜蛋白、线粒体、波形蛋白及核纤层等多种亚细胞结构中，利用405纳米激光进行局部扫描激活，观察到了从近乎无荧光的极暗“关闭”状态向极亮远红外荧光“开启”状态的爆发式转变，展现出了高标靶特异性与极佳的光子产率对比。

Scheme 7. N-(ω-Chloroalkyl) Amides 8a-Halo, 10-H-Halo, 2-Halo, 10-Me-Halo (CA1-CA)─ Ligands for HaloTag Protein Labeling─and Amide 10-Me-NH-PEG-BG for SNAP-Tag Labeling

Figure 1. Absorption changes upon photoactivation of compound 10-Me-Halo = CA4 in buffered aqueous solutions (100 mM phosphate buffer, pH = 7) in a free state (A) and after binding with HaloTag HT7 protein (B). The LCMS plots of the solution before (top) and after (bottom) photoactivation of compound 10-Me-Halo; the structure and the molecular masses (as M+H, or M+) of the starting compound CA4 and the photolysis product are indicated in (A, C). (D) Transients obtained at 650 nm from photoactivation in cases (A) and (B). (E) Half-lives for the activation reactions of compounds 8a-Halo, 10-H-Halo, 2-Halo, and 10-Me-Halo (CA1, CA2, CA3, and CA4, respectively) in a free state (light gray bars) and bound to HT7 protein (dark gray bars), showing acceleration of the photolysis upon covalent binding with HT7 protein for all compounds. (F) Emission spectra of photoactivated oxazines bound to the protein (8a-Halo in orange, 10-H-Halo in red, 2-Halo in blue, and 10-Me-Halo in magenta). (G) SDS-page gels of the solutions obtained after the photoactivation detected by fluorescence (top) and after Coomassie staining (bottom).

在成功解决特异性细胞标记与高效光活化问题的基础上，研究团队将该系列高性能光笼染料推向了极具挑战性的超分辨纳米显微成像应用。研究人员首先利用常规的单分子定位超分辨技术（PALM）对固定细胞内的内质网动态网络进行了精确制图，活化后的单分子发光体平均每个闪烁周期能够释放多达数百至近两千个光子，从而在无需任何复杂特殊闪烁缓冲液的纯水相环境中，直接绘制出了极其锐利、清晰的高空间分辨率纳米结构图像。不仅如此，利用该系列染料独特的颜色可调性，研究人员通过组合不同发光波长的酰胺探针与活化抗体标记物，在双通道荧光检测下完美实现了线粒体外膜与线粒体DNA的高分辨特异性双色共定位成像，信号互不干扰且色彩分离度极高。最终，该研究更是将该成果应用到了代表当前光学显微镜时空分辨极限的MINFLUX（最小光通量）纳米显微镜中，通过确定性的多轮定位迭代，仅需探测极少量的光子便成功实现了对内质网膜蛋白簇前所未有的超高细节刻画，最终将成像的空间定位精度（标准差）硬生生推进到了2.6纳米的单数字纳米级别。

Figure 2. Confocal images of live U-2 OS cells expressing Halo7-Sec61β, labeled with compounds 2-Halo (A), 10-Me-Halo (B), 10-H-Halo (C), and 8a-Halo (D), and then irradiated with 405 nm light. Staining was performed with 1 μM solutions, except for 2-Halo (250 nM). Cells were washed and imaged in supplemented FluoroBrite DMEM medium. Images before photoactivation are displayed in the top-right corners. Samples were additionally stained with a blue nuclear stain marker. Scale bars: 5 μm.

Figure 3. Super-resolution PALM images of fixed U-2 OS cells expressing Halo7-Sec61β, labeled with amides 8a-Halo (A), 10-H-Halo (B), 2-Halo (C), and 10-Me-Halo (D). Staining was performed on live cells with 1 μM solutions, except for 2-Halo (250 nM). Imaging was performed on samples mounted in aqueous PBS buffer. Scale bars: 2 μm.

Figure 4. Two-color imaging on fixed cells. Tomm20-Halo cells costained with 8a-Halo (live-cell labeling) and a combination of a primary antibody against dsDNA and a secondary antibody labeled with 10-Me-NHS, and imaged in a confocal microscope (A-D) or a camera-based (PALM) superresolution microscope (E-G). (A) Confocal green channel (8a-Halo on Tom20), (B) Confocal red channel (10-Me-NHS on dsDNA). Upper left corners show the images before activation, and the ROIs indicated are enlarged in (C) and (D), respectively. PALM green channel (8a-Halo on Tom20), (F) PALM red channel (10-Me-NHS on dsDNA). The inset shows the enlarged ROI indicated in (G). Scale bars: 5 μm (A-B and E-G), 1 μm (C-D), 500 nm (insets in E-G).

Figure 5. MINFLUX images in fixed U-2 OS cells expressing Halo7-Sec61β. (A-B) 560 nm MINFLUX of a sample labeled with 8a-Halo; (C-D) 640 nm MINFLUX of a sample labeled with 10-Me-Halo. Labeling was performed on live cells with 1 μM solutions, and imaging was performed after fixation in aqueous PBS buffer without additives. (B, D) Enlarged ROIs indicated in A and C, respectively. Scale bars: 1 μm (A, C) and 200 nm (B, D).

总结及展望

该项研究成功利用金属催化的后期C–H活化与分子 assembly 策略，开辟了一条简短、经济且高度原子利用率的光活化氧杂嗪类纳米成像染料合成新范式。合成的系列新型光笼染料在光解前处于完美的荧光猝灭状态，激活后发光表现优异，且能与目前主流的Halo-Tag和SNAP-Tag等自标记酶体系以及标准免疫荧光技术完美兼容，在从 diffraction 限制的常规共聚焦到超越衍射极限的MINFLUX纳米显微成像中均展现出了无与伦比的应用潜力。展望未来，这种通过在芳香酰胺邻位精准引入丙烯酸酯捕获基团的区域选择性催化策略，有望被进一步推广到香豆素、罗丹明以及碳罗丹明等更多经典、对称的通用染料核心骨架中。这不仅能够大幅降低高性能不对称功能化荧光探针的工业化与实验室合成门槛，更为开发具备更高溶解性、更强吸光能力以及更多分子功能维度的下一代超分辨多色纳米成像标签提供了极其强有力的化学技术支撑。

【Small】桂林电子科技大学张坚||破纪录！19.37%光电转换效率，双组分添加剂协同策略赋能高效稳定有机太阳能电池

Tue, 23 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Small】桂林电子科技大学张坚||破纪录！19.37%光电转换效率，双组分添加剂协同策略赋能高效稳定有机太阳能电池

文章标题：Conjugated Polymer-Halogenated Alkane Synergy: 19.37% Efficiency in Binary Organic Solar Cells

通讯作者：Tianhuan Huang, Zheling Zhang, Jian Zhang

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.74266

文章概要

本文系统研究了共轭聚合物添加剂PM6与卤代烷烃液体添加剂DIO的协同调控机制，并成功将其应用于D18:BTP-BO-4F非富勒烯有机太阳能电池系统中。通过精细调节活性层的相分离形貌与分子堆积行为，研究团队成功将二元有机太阳能电池的光电转换效率从16.68%大幅提升至19.37%。这一协同策略不仅显著降低了电荷复合损失，还赋予了器件优异的长期运行稳定性，为制备兼具高效率与高稳定性的工业化太阳能电池整机开辟了全新途径。

引言

近年来，非富勒烯受体材料的涌现使有机太阳能电池（OSCs）的效率屡创新高。然而，活性层形貌的热力学不稳定形貌亚稳态仍然是制约其商业化应用的核心瓶颈。传统的单一液体添加剂（如1,8-二碘辛烷，DIO）虽能有效优化材料结晶，但因其高沸点难以完全挥发，常在薄膜中留下残留，导致器件在长期运行中面临微观结构坍塌的风险。相比之下，固体添加剂虽然能稳定驻留于薄膜内，但单一调控往往难以兼顾多相界面的复杂相分离网络。如何通过双组分添加剂的complementary协同效应，在实现超高光电转换效率的同时，锁死最理想的纳米级互穿网络结构，是当前光伏领域亟待解决的重大科学问题。

FIGURE 1 (a) Molecular structures of D18, BTP-BO-4F and PM6. (b) Device structure schematic. (c) Energy levels of D18, PM6 and BTP-BO-4F.

主要实验及结论

研究团队构建了以广带隙聚合物D18为给体、BTP-BO-4F为受体的二元光伏器件，并引入微量PM6作为固体共轭聚合物添加剂，配合传统液体添加剂DIO进行协同微观形貌重塑。如图1所示，详细展示了给受体材料的化学结构、三层器件架构以及三者之间高度匹配的阶梯式能量级别排列。这种能量梯度的形成，为光生激子的解离与电荷的高效传输开辟了多条低阻抗的顺畅通道。

FIGURE 2 (a) Normalized absorption spectra of D18 and BTP-BO-4F films. OSCs with and without DIO+PM6 treatment, (b) absorption coefficient spectra of blended films, (c) J–V curves and (d) EQE spectra and integral _J_SC diagrams.

为了量化光伏性能的提升，团队测试了不同制备工艺下器件的电流密度-电压曲线及外量子效率光谱。如图2所示，相较于未添加任何助剂的空白对照组，经过DIO与PM6双添加剂协同优化后的器件表现出更为强烈的激子吸收响应。其开路电压提升至0.882 V，短路电流密度达到28.45 mA/cm²，填充因子高达77.14%，最终斩获了19.37%的突破性光电转换效率，且展现出极高的实验重现性。

FIGURE 3 OSCs with and without DIO+PM6 treatment (a) _J_ph–_V_eff curves, (b) EIS diagram (inset is equivalent fitted circuit), (c) _J_SC–_P_light and _V_OC–_P_light fitting curves, and (d) TPC curves.

电荷动力学分析进一步揭示了效率飙升的微观机制。如图3所示，利用光电流与有效电压曲线、电化学阻抗谱、光强依赖性测试以及瞬态光电流测量，清晰表明协同处理显著缩短了电荷抽取时间，将电荷收集效率大幅拉升至87.43%。数据证实，协同策略完美抑制了单分子陷阱辅助复合与双分子复合损失，这是开路电压与填充因子协同跃升的关键所在。

FIGURE 4 Contact angle of D18, PM6 and BTP-BO-4F films with H2O and DIM.

针对各组分间相容性的深入剖析，为形貌调控提供了直接证据。如图4所示，通过接触角测试并基于Wu模型计算得到的表面能参数表明，D18与聚合物添加剂PM6之间的Flori-Huggins相互作用参数低至0.029。如此极低的相互作用能意味着PM6在成膜过程中会选择性地与D18给体发生亲和交互，从而诱导给体相的纯化。

FIGURE 5 Films under different active layer preparation conditions (a) 2D GIWAXS diagram, (b) IP and (c) OOP line-cut profiles.

最后，二维掠入射广角X射线散射技术（GIWAXS）从分子层面上揭示了结晶度的改变。如图5所示，在面内与面外两个方向的面扫剖面中，协同处理后的薄膜其π-π堆积距离明显收缩至3.60 Å，而晶体相干长度显著增大。这有力证明了DIO与PM6的协同作用能够诱导更为紧密且定向的分子紧密堆积，从而构筑了兼具高迁移率与电荷平衡的立体传输网络。

总结及展望

本研究成功证实了共轭聚合物与卤代烷烃的协同机制在调控活性层微观形貌方面的巨大威力。得益于优化的相分离尺度与更纯净的给受体晶畴，器件不仅实现了19.37%的傲人效率，更在氮气手套箱中存放60天后依然能够保有90%以上的初始效率。该协同策略在诸如D18-Cl:L8-BO等其他二元光伏体系中同样展现出了极佳的普适性，为未来开发大面积、高稳定性的商业化有机光伏组件提供了极具价值的工程指导方案。

【Angew.Chem.】北航孙艳明、孙晓波等|光电转换效率突破 20.70%！二维金属有机框架赋能高性能二元有机太阳能电池

Mon, 22 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】北航孙艳明、孙晓波等|光电转换效率突破 20.70%！二维金属有机框架赋能高性能二元有机太阳能电池

文章标题：Two-Dimensional Metal-Organic Frameworks as Charge Extraction Media Enabling Binary Organic Solar Cells With 20.70% Efficiency

通讯作者：Xiaopeng Duan、Xiaobo Sun、Yanming Sun

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.4785538

文章概要

引言

有机太阳能电池凭借质量轻、柔韧性佳、可溶液加工等突出优势，成为极具发展潜力的绿色能源器件，随着光伏材料与器件工艺的不断迭代，单结有机太阳能电池的光电转换效率如今已突破 20%，展现出广阔的应用前景。不过这类器件的性能依旧落后于传统硅基太阳能电池，核心短板集中在短路电流密度与填充因子偏低，这一问题主要源于活性层不理想的相形貌，以及远低于硅晶体的电荷传输能力。同时器件内部空穴迁移率普遍高于电子迁移率，极易造成电子局部堆积并引发严重的电荷复合，进一步阻碍效率提升。二维金属有机框架（2D MOFs）拥有规整的多孔结构、可调控的化学性质与优异的电荷传输能力，其中卟啉基二维 MOFs 更是有望同时优化活性层形貌、提升载流子迁移率并抑制电荷复合，但这类材料在氯仿、甲苯等常用低极性加工溶剂中分散性差、易发生团聚，大大限制了其在有机太阳能电池中的应用。针对以上现状，本研究围绕二维 MOFs 的改性应用展开探索，试图破解现存技术难题。

(a) Synthesis route and XRD patterns of Cu-TCPP and Zn-TCPP MOFs. (b) Chemical structures of donor and acceptor materials used in this work. (c) Schematic illustration of active layer undergoing anti-solvent treatment based on Cu-TCPP and Zn-TCPP MOFs. (d) Schematic diagram of the resulting active layer incorporated into the MOFs. (e) The histogram of hole and electron mobilities of D18:L8-BO devices without and with the incorporation of Cu-TCPP or Zn-TCPP. (f) Electron mobilities comparison of D18:L8-BO-based OSCs. (g) XPS spectra and (h) FT-IR spectra of D18:L8-BO blends without and with the incorporation of Cu-TCPP or Zn-TCPP.

主要实验及结论

研究团队首先制备出两种以卟啉为配体、金属中心不同的二维 MOF 材料Cu-TCPP 与 Zn-TCPP，两种材料均可在甲醇中实现良好分散，研究人员创新采用反溶剂浸润策略，在活性层旋涂的过程中，将 MOF 溶液精准渗透至活性层的上部区域。借助广角 X 射线散射、X 射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜等多种表征手段，团队证实两种 MOF 材料成功合成，对比发现Zn-TCPP 的粒径更小、团聚倾向更弱，对应的薄膜方块电阻也更低，能够有效提升活性层整体导电能力。测试同时证实，MOF 材料会与受体材料 L8-BO 产生金属中心配位以及 π-π 堆叠作用，改变羰基氧的电子密度，优化激子解离与电荷传输的能量环境，为器件性能提升打下结构与能量基础。

(a–c) Cross-sectional SEM-EDS images (black lines belong to donor), (d–f) film-depth-dependent composition profiles and (g–i) numerical simulations for exciton generation contours of D18:L8-BO blends without and with the incorporation of Cu-TCPP or Zn-TCPP.

在微观形貌与电荷动力学层面，研究人员利用扫描电镜结合能谱、深度依赖吸收光谱、原子力显微镜、掠入射广角 X 射线散射等技术开展系统分析。结果显示，引入 MOF 后彻底改善了原始活性层垂直相分离失衡的问题，原本富集在薄膜表面的给体材料占比下降，受体材料更多分布于表层，搭配 MOF 形成的连续导电通路，器件电子迁移率得到大幅提升。两种 MOF 都能诱导活性层形成均匀致密的双纤维网络结构，分子间 π-π 堆积距离缩短、晶体相干长度增加，Zn-TCPP 改性体系的分子堆积最为紧密、结晶度最优。飞秒瞬态吸收、时间分辨光致发光等动力学测试进一步表明，MOF 的加入显著加快了激子解离与界面扩散的速率，有效抑制非辐射复合，载流子寿命明显延长，电荷的整体利用效率得到全面优化。

(a–c) SEM and AFM images, and (d–f) 2D GIWAXS patterns of D18:L8-BO blends without and with Cu-TCPP or Zn-TCPP post-treatment. (g) Corresponding 1D scattering profiles of the blend films along the IP and OOP directions. (h) Statistics on d-spacing and CCL values for (010) peaks in the OOP direction.

团队基于经典 D18:L8-BO 体系完成器件制备与光伏性能测试，未添加 MOF 的对照组器件光电转换效率仅为19.88%，引入 Cu-TCPP 改性后，器件效率提升至 20.39%，而使用 Zn-TCPP 进行修饰的器件更是斩获 20.70%的超高光电转换效率，短路电流密度与填充因子也同步达到更优水平，该结果目前处于二元有机太阳能电池领域的顶尖行列。光强依赖测试、瞬态光电流与瞬态光电压测试结果相互印证，Zn-TCPP 体系的双分子复合与陷阱辅助复合被显著抑制，激子解离概率提升至 98.7%。在大家格外关注的运行稳定性方面，MOF 依靠分子间作用力扮演起“分子锁” 的角色，牢牢固定活性层薄膜形貌，器件在持续光照下的 T80 寿命从 190 小时延长至 400 小时，在 80℃高温环境下老化 400 小时后，效率保留率也从 59.8% 提升至 76.1%，器件综合稳定性实现成倍增长。

(a–c) 2D fs-TAS spectra, (d, e) hole transfer process kinetics probed at 587 nm and corresponding lifetime statistics, and (f) acceptor GSB kinetic curves probed at 780 nm of D18:L8-BO blends without and with Cu-TCPP and Zn-TCPP treatment. (g, h) Electron transfer kinetics curves probed at 780 nm and corresponding lifetime statistics, and (i) TRPL spectra of D18:L8-BO blends without and with the incorporation of Cu-TCPP or Zn-TCPP.

为验证这套改性方案的适用范围，研究人员将 Zn-TCPP 应用于 PM6:L8-BO、PM6:BTP-eC9、D18:BTP-eC9 等多款主流活性层体系，同时分别使用氯仿、甲苯等不同加工溶剂开展对照实验。实验数据证明，Zn-TCPP 对不同材料组合、不同加工工艺的有机太阳能电池均具备明显的性能提升效果，即便更换溶剂并调整反溶剂处理时长，改性器件依旧可以维持优异的光电转换效率，充分说明该二维 MOF 结合反溶剂浸润的策略拥有出色的通用性与拓展潜力。

(a) J-V characteristic curves and (b) PCE distribution of D18:L8-BO-based devices without and with Cu-TCPP or Zn-TCPP. (c) Efficiency comparison for D18:L8-BO-based binary devices. (d) EQE spectra (solid lines) and integrated current density (dashed lines) of the devices. (e) Dependence of _J_sc on light intensity, (f) TPC and (g) TPV, (h) _J_ph versus _V_eff characteristics of these devices. (i) Photostability and (j) thermal stability of devices without and with Cu-TCPP or Zn-TCPP.

总结及展望

本次研究成功合成 Cu-TCPP、Zn-TCPP 两种二维卟啉基金属有机框架材料，通过原创的反溶剂浸润方法，将 MOF 精准引入有机太阳能电池活性层上部区域，一方面利用 MOF 层内连续的共轭结构搭建高效电荷提取与传输通路，另一方面借助分子间配位作用与 π-π 相互作用，优化活性层分子堆积、结晶状态与垂直相分离结构，最终将二元有机太阳能电池的光电转换效率提升至 20.70%，同时依靠形貌固定作用大幅增强器件的光照与热稳定性。该工作解决了传统 MOFs 在有机光伏体系中分散性差、难以应用的痛点，开辟了二维 MOF 材料在有机太阳能电池中应用的全新路径，也为业内构筑高效电荷传输通道、研发兼具高转换效率与长使用寿命的有机光电器件建立了全新研究范式。未来基于这一思路进一步优化 MOF 结构与器件工艺，有望持续推动有机太阳能电池性能突破，加速这类新型光伏器件走向实际产业化应用。

【JACS】从无色到湛蓝：光化学氧化还原放大技术实现 300 倍高灵敏度小分子免疫检测

Mon, 22 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】从无色到湛蓝：光化学氧化还原放大技术实现 300 倍高灵敏度小分子免疫检测

文章标题：From Leuco to Blue: Photochemical Redox Amplification for Small-Molecule Immunodetection

通讯作者：Guillermo Orellana

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06373

文章概要

引言

在分析化学领域，如何灵敏地检测痕量小分子毒素及其他目标分析物一直是一项巨大的挑战。传统的免疫分析往往依赖于化学计量报告分子或复杂的酶促级联反应，这些方法不仅容易受到环境不稳定性的影响，还存在信号放大瓶颈。为了突破这一限制，马德里孔普鲁滕塞大学的 Guillermo Orellana 教授团队 在《美国化学会志》（JACS）上发表了最新研究成果。他们提出了一种创新的、无需酶参与的光控氧化还原放大策略。该策略巧妙地将环境稳定的新型无色亚甲基蓝（LMB）衍生物与特异性抗体识别、光催化氧化还原循环相结合，为痕量小分子的超灵敏检测开辟了一条全新的高对比度、低背景的光化学途径。

Figure 1. Structures of δ-BLMB and of the BLMB-ZON conjugate. Fluorescence intensity at 695 nm (λexc = 650 nm) after 1 min of 450 nm blue-laser illumination (1.) of 10 μmol L–1 RP3 in the presence of δ-BLMB (50 μmol L–1, ◯) or the BLMB-ZON conjugate (50 μmol L–1, ■), as a function of the additional irradiation time with a 650 nm red diode laser (2.). The initial yellow solutions in aerated ACN (bottom left), due to the RP3 complex, turn blue-green (bottom right) showing the methylene blue formation. Control experiments with RP3 and δ-BLMB after 1 min irradiation with a 450 nm blue laser followed by monitoring in the dark (▲), and with just the 650 nm red laser from t = 0 (◆), are shown as well.

主要实验及结论

研究人员首先精心设计并合成了在空气和光照下均表现出极高稳定性的新型无色亚甲基蓝前体 $\delta$-BLMB，并将其与食品中常见的雌激素毒性霉菌毒素——玉米赤霉烯酮（ZON）成功偶联构建了 BLMB–ZON 缀合物。如文章图1所示，在含有光催化剂 [Ru(phen)₃]²⁺（RP3）的乙腈溶液中，最初由钌配合物引起的黄色溶液在受到 450 nm 蓝色激光照射 1 分钟后，迅速触发了向亚甲基蓝（MB）的特异性光氧化过程。随后，研究人员引入 650 nm 红外二极管激光进行二次照射，此时产生的亚甲基蓝作为自身的次级光催化剂被选择性激发，驱动二次光催化还原循环以进一步再生 MB。监测显示，在 695 nm 处的荧光强度随着红光照射时间的延长而呈现出指数级的大幅增长，原本的黄色溶液最终肉眼可见地变为了蓝绿色。相比之下，处于黑暗中的对照组或仅接受红光照射的混合物均未观察到任何信号放大，有力地证明了这种双色序时光化学触发机制的精确可控性。

Figure 2. Proposed redox photocatalytic mechanism for the amplification system. Reactions are grouped in colored boxes according to the conditions under which they occur: blue boxes indicate reactions induced by blue light; reactions into red boxes occur upon red light illumination, and reactions within green boxes correspond to those occurring after the addition of the pro-photocatalyst. Species highlighted in red color appear only under blue light illumination, while the species in brown color are those activated by red light. The blue color highlights methylene blue (MB), the fluorescence of which is monitored as the analytical signal, confirming redox photocatalytic amplification. Added species (photocatalyst and pro-photocatalyst) are shown in black bold typeface.

Figure 3. Absorption (left) and emission (λexc = 650 nm; right) spectra before (green lines) and after (blue lines) 1 min of 450 nm blue-laser illumination followed by 24 min of 650 nm red-laser irradiation of 50 μmol L–1 δ-BLMB (A) or 50 μmol L–1 BLMB-ZON conjugate (B), both in the presence of 10 μmol L–1 RP3 in ACN. The ZON conjugate exhibited residual MB absorption/emission before illumination, due to some oxidation during its synthesis.

为了彻底阐明这一高效放大系统背后的根本科学原理，团队展开了深入的电化学动力学与光物理机制研究。光谱与电化学表征结果显示， progressive 添加 $\delta$-BLMB 会显著缩短光催化剂 RP3 的激发态寿命，表现出完美的线性斯特恩-沃尔默（Stern–Volmer）关系，淬灭速率常数高达 $k_q = 2.68 \times 10^9 \text{ M}^{-1}\text{s}^{-1}$，这证实了两者之间存在接近扩散控制极限的高效光诱导电子转移过程。如文章图2和图3的机制模型与吸收/发射光谱所示，整个光催化网络在蓝光诱导下，激发态的 RP3 通过不依赖氧气的路径激活前体生成酰基自由基和 $\text{MB}^{-}$ 中间体。在随后的红光激发下，原位新生成的痕量 $\text{MB}^{+}$ 进一步作为次级催化剂参与自发性氧化还原循环。有趣的是，脱氧环境下的系统放大效率甚至略高于有氧环境，这进一步印证了该机制是基于光诱导电子转移而非活性氧（ROS）介导的通路。此外，尽管 ZON 缀合物中的酚羟基具有一定的自由基清除效应，使得其显色和荧光增强速度略慢于纯 $\delta$-BLMB，但两者在红光循环下均展现出了极其显著的特征吸收带与荧光跃迁。

Figure 4. (A) Scheme of the photoamplified assay in heterogeneous medium (magnetic beads/microplate). (B) Fluorescence of MB at 695 nm using 1 μmol L–1 BLMB-ZON conjugate, in the presence (+ZON) and in the absence (0) of 10 μmol L–1 ZON, according to the assay described in panel (A) (n = 3); (i) immediately after 5 min of blue-LED irradiation and addition of 153 μmol L–1 δ-BLMB (pro-photocatalyst); (ii) after subsequent red-diode laser illumination for 7 min.

最终，研究团队成功将这一先进的光化学放大协议集成到了针对霉菌毒素 ZON 的异质免疫分析应用中。如文章图4所示，该方法完美耦合了生物分子识别与光驱动氧化还原循环，在磁珠和微孔板平台中构建了竞争性抑制免疫测定模式。游离的 ZON 毒素与 BLMB-ZON 缀合物共同竞争结合特异性单克隆抗体（Ab#4），在洗涤并进行溶剂交换后加入光催化剂 RP3。在自主研发的 96 孔板蓝/红双色 LED 照明装置下，系统首先通过蓝光照射启动初始催化并产生极微量的亚甲基蓝前体，随后加入作为“前催化剂”的 $\delta$-BLMB 并投射红光进行级联放大。实验数据令人振奋地表明，通过这种巧妙的级联接力，系统的光化学放大倍数达到了惊人的 300 倍。在理想的优化条件下，该系统甚至有望实现高达 3 个数量级（1000倍）的灵敏度跃升，成功实现了对微量毒素的高特异性、超灵敏荧光定量检测。

总结及展望

这项研究成功证实了利用光氧化还原催化级联反应替代传统酶促放大体系的可行性与巨大优越性。该系统不仅克服了传统无色染料易在空气中自氧化、易漂移的储存难题，提供了极具长期化学稳定性的试剂包，还通过双色光的引入赋予了分析人员对信号放大过程在时间和空间上的精准可控性。尽管目前在水相体系的兼容性以及生物分析介质的进一步优化上仍有工作要做，但这种 enzyme-free 的光化学策略展现出了极强的普适性。未来，该技术不仅能拓展至更多样化的痕量环境毒素与临床标志物的快速筛查，更有望与微流控芯片、便携式智能诊断终端深度融合，引领下一代高灵敏度现场快速检测（POCT）技术的发展潮流。

【Angew.Chem.】调控酯键烷基链长构筑核-翼型杂化二聚受体，有机太阳能电池效率突破20.25%

Mon, 22 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】调控酯键烷基链长构筑核-翼型杂化二聚受体，有机太阳能电池效率突破20.25%

文章标题：Core-to-Wing Type Hybrid Dimeric Giant Molecule Acceptors With Different-Length Ester-Linked Alkyl Chains Enable 20.25% Efficiency Organic Solar Cells

通讯作者：Chao Li, He Yan, Bo Song, Xiaojun Li, Yongfang Li

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.5779751

文章概要

引言

有机太阳能电池（OSCs）作为极具前景的新一代光伏技术，近年来因窄带隙小分子受体（SMAs）的发展而取得了长足进步。然而，传统小分子受体较小的分子量常导致其形貌不稳和热稳定性差，而高分子受体虽然形貌稳定，却存在批次差异性大的问题。为攻克这一瓶颈，巨分子受体（GMAs） 作为一种新兴材料应运而生，它集成了明确的分子结构与优异的形貌稳定性。尽管基于苯并噻唑（BT）或苯并三唑（BZ）核心的二聚体受体备受关注，但现有体系多由两个相同的单体构筑，限制了结构多样性。为此，本研究创新性地提出了一种核-翼型（core-to-wing）杂化策略，通过柔性酯键烷基链将不同的受体单元有机结合，为构筑高性能有机太阳能电池开辟了新途径。

(a) Chemical structures of the GMAs and the corresponding monomers. Normalized absorption spectra of the GMAs and the representative monomers (b) neat films (F) and (c) in dilute chloroform solutions (S). (d) Schematic energy level diagram of the GMAs in solid states.

主要实验及结论

研究团队通过酯水解与再酯化策略，成功合成了三种不同酯键烷基链长的杂化巨分子受体（BTZ-2-2、BTZ-2-6和BTZ-2-10）。理化性质测试表明，得益于最佳的链长，BTZ-2-6在纯膜下展现出最宽且最红移的互补吸收光谱，光学带隙为1.36 eV，且具备更低的LUMO能级。理论计算与测试证实，适中的链长平衡了分子刚柔性并减少了位阻，使其拥有更紧密的π-π堆积，从而实现了三者中最高的纯膜电子迁移率，为高效电荷分离和输运奠定了基础。

(a) J−V curves of the optimized OSCs under illumination of AM1.5G, 100 mW cm−2, and the corresponding (b) EQE curves. (c) The charge carrier mobility of three GMAs-based devices. (d) Normalized transient photocurrent (TPC) of the GMAs -based devices in response to a 100 µs white-light (LED) pulse for light intensity of 100 mA cm−2. (e) Bimolecular recombination rate constant (_k_rec) of the corresponding OSCs. (f) _J_SC dependence on the light intensity of the corresponding devices.

TABLE 2. Photovoltaic performance parameters of the GMA-based OSCs, under the illumination of AM1.5G, 100 mW cm−2.

Active layers	_V_OC(V)c	_J_SC (mA cm−2)c	FF (%)c	PCE (%)c	_J_SC.cal (mA cm−2)d
PM6:BTZ-2-2a	0.876 (0.873 ± 0.003)	25.94 (25.66 ± 0.28)	68.47 (67.65 ± 0.82)	15.56 (15.28 ± 0.28)	25.01
PM6:BTZ-2-6a	0.853 (0.852 ± 0.001)	27.89 (27.70 ± 0.19)	77.87 (77.32 ± 0.55)	18.53 (18.34 ± 0.19)	26.91
PM6:BTZ-2-10a	0.864 (0.862 ± 0.002)	26.65 (26.43 ± 0.22)	76.62 (75.99 ± 0.63)	17.64 (17.39 ± 0.25)	25.72
D18:BTZ-2-6b	0.868 (0.866 ± 0.002)	28.05 (27.80 ± 0.25)	79.71 (79.12 ± 0.59)	19.41 (19.19 ± 0.22)	27.07

Femtosecond transient absorption spectra of (a) PM6:BTZ-2-2, (b) PM6:BTZ-2-6, and (c) PM6:BTZ-2-10 blend films at selected time delays. (d) Kinetic traces probing at 988 nm of the GMAs-based blend films.

在光伏器件中，基于PM6:BTZ-2-6的二元器件实现了18.53%的光电转换效率，显著优于其他两者。这得益于其高效的激子解离以及优化的纳米纤维相分离形貌；换用D18给体后，二元效率进一步提升至19.41%。令人振奋的是，将BTZ-2-6作为第三组分引入PM6:L8-BO体系中，三元器件成功实现了20.25%的杰出效率。此外，该器件展现出卓越的光稳定性，在持续光照720小时后仍能维持初始效率的近90%，稳定性大幅超越其构筑单体。

2D-GIWAXS images of the neat films of (a) BTZ-2-2; (b) BTZ-2-6; (c) BTZ-2-10, and the corresponding images of blend films based on (d) PM6:BTZ-2-2; (e) PM6:BTZ-2-6; (f) PM6:BTZ-2-10. (g) The 1D line cuts in the in-plane (IP) and out-of-plane (OOP) direction of the related blend films. (h) The GISAXS intensity profiles (dotted lines) and best fittings along the in-plane direction (solid lines) of the corresponding blend films.

AFM phase images (2 × 2 µm2) (a–c) and TEM images (scale bar of 200 nm) (d–f) of the blend films based on (a,d) PM6:BTZ-2-2; (b,e) PM6:BTZ-2-6, and (c,f) PM6:BTZ-2-10.

(a) J−V curves of the binary and ternary system OSCs under illumination of AM1.5G, 100 mW cm−2, and the corresponding (b) EQE curves. Comparison of the photostability among devices based on c) PM6:GMAs; d) PM6:BTZ-2-6, PM6:BZ-E62, and PM6:L8-BO active layers, which were measured under 1 sun illumination in the nitrogen glovebox at room temperature.

总结及展望

本研究成功证明了通过调控柔性酯键烷基链长来构筑核-翼型杂化二聚巨分子受体的高效性与可行性。该策略不仅有效融合了不同单体的光谱优势、优化了薄膜堆积与相分离形貌，更在保持分子结构明确的同时，攻克了传统小分子受体形貌不稳定的软肋。这一新颖的分子设计不仅刷新了巨分子受体光伏器件的效率纪录，也为未来开发高效率、高稳定性的工业化有机太阳能电池提供了极具价值的指导方向，有望加速有机太阳能电池从实验室走向商业化应用的进程。

【JACS】东北大学徐大可、杨波、李祥宇|吸收率近 100%！λ-Ti₃O₅纳米颗粒打造超强光热防污新材料

Sun, 21 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】东北大学徐大可、杨波、李祥宇|吸收率近 100%！λ-Ti₃O₅纳米颗粒打造超强光热防污新材料

文章标题：Flatband λ-Ti₃O₅ Nanoparticles Unlocking Near-Unity Solar Absorptivity for Ultrarobust Photothermal Antibiofouling

通讯作者：Xiangyu Li、Bo Yang、Dake Xu

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c01139

文章概要

引言

生物污损是微生物生物膜在材料表面附着堆积引发的棘手问题，微生物代谢会直接造成材料损毁，对工业系统、海洋基础设施以及全球公共卫生都带来极大威胁。传统抗菌药剂是抑制微生物繁殖的常用手段，但长期不合理使用会诱导细菌产生抗菌耐药性，而生物膜内部的胞外聚合物会形成致密保护屏障，让膜内细菌的耐受能力比游离细菌高出上千倍，进一步加重生物污损治理难度。如今光热防污技术凭借作用精准、不催生耐药性、适用范围广等特点成为热门研究方向，各类金属、碳基、半导体光热材料陆续被研发，但现有材料大多只能响应窄波段光谱，无法充分利用自然光，同时还存在生物安全性差、长期使用易老化失稳等缺陷。钛低价氧化物拥有可调控的电子结构与光学性能，其中λ-Ti₃O₅微米粉体此前已被证实具备优秀的太阳能吸收能力，可微米形貌难以适配生物界面相关应用。再加上 Ti₃O₅拥有多种晶型，传统制备方式很难合成高纯度纳米级 λ-Ti₃O₅，高温制备过程还容易造成晶粒长大，这些问题都限制了该材料的发展，基于此，本研究围绕纳米 λ-Ti₃O₅的制备与光热防污性能展开深入探究。

Figure 1. Fabrication process and characterization of the λ-Ti3O5 NPs. (a) Schematic illustration of the preparation procedures and antibiofouling behavior of the λ-Ti3O5 NPs. (b) SEM image of the λ-Ti3O5 NPs showing the uniform nanosphere morphology. (c) TEM images of the λ-Ti3O5 NPs and corresponding EDS analysis indicating the distribution of Ti and O elements. (d, e) High-resolution TEM image and SAED pattern of the λ-Ti3O5 NPs. (f) Dynamic light scattering size distribution of the λ-Ti3O5 NPs. (g) XPS wide spectra and (h) high-resolution XPS spectra of Ti 2_p_ of the λ-Ti3O5 NPs. (i) XRD patterns of the TSO products obtained at different Ti–C atomic ratios. (j) Phase diagram of the structure of the synthesized products as a function of Ti–C atomic ratio, reduction temperature, and H2 flow rate, together with the corresponding optimized crystal structures.

主要实验及结论

研究团队搭建了溶胶 - 凝胶结合高温氢气还原的合成体系，利用超分子纳米支架的空间限域作用，突破了高纯度、形貌规整的 λ-Ti₃O₅纳米颗粒合成瓶颈。团队逐一探究 Ti-C 原子比、还原温度、氢气流量三大关键参数对产物晶相、形貌的影响，最终确定最优合成条件为 Ti-C 原子比 1:2.2、烧结温度 1200–1230 ℃、氢气流量 0.3 L・min⁻¹，最终得到平均粒径约40 nm、单分散性优异的球形 λ-Ti₃O₅纳米颗粒。借助扫描电镜、透射电镜、X 射线衍射、X 射线光电子能谱等多种表征技术对产物进行验证，结果证明所得样品为纯相 λ-Ti₃O₅，材料中 Ti³⁺与 Ti⁴⁺的比例和理论数值高度吻合，也证实这套合成方法可以精准调控钛低价氧化物的晶相与微观结构，并不是简单将传统微米材料做尺寸缩减。

Figure 2. Evaluation of photothermal effect of the λ-Ti3O5 NPs. Band structure and calculated PDOS of (a) anatase TiO2 and (b) λ-Ti3O5. (c) UV–vis–NIR spectra of λ-Ti3O5 NPs, β-Ti3O5 NPs, λ-Ti3O5 MPs, β-Ti3O5 MPs, and TiO2 over 250–2500 nm, together with the normalized spectral solar irradiance density of air mass 1.5 global (AM 1.5 G) tilt solar spectrum. (d) Temperature evolution of the λ-Ti3O5 NPs under different irradiation intensities. (e) Infrared images of the λ-Ti3O5 NPs after 0 and 300 s of irradiation under one-sun illumination. (f) Recycling-heating profiles of the λ-Ti3O5 NPs under one sun irradiation for five light-on/off cycles. (g) Photothermal stability of the λ-Ti3O5 NPs after exposure to various organic solvents.

研究结合第一性原理计算分析材料电子特性，发现 λ-Ti₃O₅内部的Ti-Ti 二聚体会在费米能级附近形成平带结构，大幅提升体系联合态密度，让材料实现全光谱近 100% 的太阳能吸收率。对比测试结果显示，和 β 相 Ti₃O₅、常规 TiO₂以及微米级 λ-Ti₃O₅相比，纳米 λ-Ti₃O₅的光捕获能力额外提升 4%，光热转换效率相比微米样品提高约8%，整体太阳能 - 热能转换效率达到 99.8%。在标准模拟太阳光照射下，该纳米材料 300 秒内就能快速升温至 75 ℃以上，光热响应十分迅速；经过多次光照循环、有机溶剂浸泡以及酸碱高盐环境处理后，材料的晶体结构和光热性能都没有明显衰减，具备极佳的循环使用能力与化学稳定性。

Figure 3. Photothermal antibacterial performance of the λ-Ti3O5 NPs. (a) Schematic diagram of the λ-Ti3O5 NPs killing planktonic bacteria via photothermal effect (created with BioGDP.com). Viable planktonic bacteria quantities of (b) S. aureus, (c) E. coli, (d) B. vietnamensis, and (e) P. aeruginosa after incubation with different concentrations of Ti3O5 powders with various crystal phases and particle sizes under dark and simulated solar irradiation conditions in enrichment media. (f) CLSM images of planktonic cells of S. aureus and E. coli after incubation with different concentrations of the λ-Ti3O5 NPs under dark and simulated solar irradiation conditions. The data are presented as mean values ± SD, n = 3, ***p < 0.001.

实验选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、越南芽孢杆菌、铜绿假单胞菌等多种典型革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌与海洋污损细菌，全面评测材料的光热抗菌和抗生物膜效果。在避光环境中，不同浓度的 λ-Ti₃O₅纳米颗粒都不会抑制细菌正常生长，表现出良好的生物相容性；而在模拟太阳光照射后，材料展现出强大的广谱杀菌能力，即便使用低至 50 μg/mL的浓度，也能让各类细菌活菌数量下降 4 个数量级以上。针对清除难度极高的成熟生物膜，该材料同样效果突出，200 μg/mL 浓度下对两种典型细菌生物膜的清除效率超过 99.9%，连续进行 20 轮循环处理后，材料的抗菌抗污效率依旧保持在 98% 以上，能够长期反复投入使用。

Figure 4. Photothermal antibiofilm performance of the λ-Ti3O5 NPs. (a) Schematic diagram of the λ-Ti3O5 NPs destroying biofilms via photothermal effect (created with BioGDP.com). Viable biofilm sessile cell quantities of (b) S. aureus and (c) E. coli after incubation with different concentrations of Ti3O5 powders with various crystal phases and particle sizes under dark and simulated solar irradiation conditions in enrichment media. (d) CLSM images of biofilms formed by S. aureus and E. coli in the presence of different concentrations of the λ-Ti3O5 NPs under dark and simulated solar irradiation conditions. Time-dependent antibiofouling performance evaluated by the viable counts of (e) S. aureus and (f) E. coli after incubation with different concentrations of λ-Ti3O5 NPs under light treatment. The data are presented as mean values ± SD, n = 3, ***p < 0.001.

团队结合微观形貌观测、电位检测、活性氧表征以及全原子分子动力学模拟，理清了 λ-Ti₃O₅纳米颗粒三重协同的光热防污机制。中性环境下 λ-Ti₃O₅纳米颗粒表面带正电，依靠静电吸附紧密附着在带负电的细菌表面，为后续杀伤作用创造条件；光照会激发材料产生大量高毒性活性氧，直接破坏细菌 DNA 与胞内活性物质，造成氧化损伤；局部光热效应提升环境温度后，细菌细胞膜脂质的扩散系数提升 7.4 倍，细胞膜流动性显著增强且分布变得杂乱不均，膜厚度随之减小，细胞膜结构彻底失去稳定性。三重机制相互配合，全面瓦解细菌生存体系，该材料的有效使用剂量比当下主流光热防污材料低 20 倍，综合性能优势十分突出。

Figure 5. Principles underlying the synergistic antibiofouling behavior of the λ-Ti3O5 NPs. (a) Morphology of planktonic and sessile S. aureus and E. coli incubated with λ-Ti3O5 NPs at a concentration of 200 μg mL–1 under light irradiation. (b) Zeta potentials of λ-Ti3O5 NPs under different pH conditions. (c) Zeta potentials of the λ-Ti3O5 NPs, S. aureus, E. coli, B. vietnamensis, and P. aeruginosa in water. (d) CLSM images of endogenous ROS generated in S. aureus and E. coli upon treatment with λ-Ti3O5 NPs under light condition. Spatial distribution heatmaps of tracer diffusion coefficients (_D_t) of lipid headgroup atoms on the membrane surface at (e) 301.15 K and (f) 348.15 K, with the corresponding color bars shown on the right. (g) Mean square displacement (MSD) curves of all lipid headgroup atoms as a function of time at two temperatures. The fitting tracer diffusion coefficients (unit: nm2 ns–1) are indicated above the corresponding lines. (h, i) Comparison of the membrane thickness in systems undergoing ROS-induced phospholipid peroxidation at different temperatures. In the structural diagram, pink and blue spheres represent P and N atoms, respectively, while green and orange chains represent the hydrophobic tails of the upper and lower lipid layers. Water molecules are distributed on both sides of the bilayer membrane. (j) Comparison of the antibiofouling performance of λ-Ti3O5 NPs with other representative reported antibiofouling materials (Table S3).

总结及展望

本研究成功实现了高纯度纳米尺度λ-Ti₃O₅的可控制备，充分发挥 Ti-Ti 二聚体诱导的平带结构与纳米尺寸效应的协同作用，研发出一款集超高光吸收效率、优异光热转换能力、长期稳定性、广谱抗菌抗生物膜性能于一体的新型纳米材料。这项工作不仅解决了纯相纳米 λ-Ti₃O₅难以制备的长期难题，也明确了平带结构在优化光热抗菌材料性能中的关键价值。该材料凭借出众的综合表现，有望在海洋防污、工业设备防护等实际场景中落地应用，同时也为生物医药、生物催化、环境修复等多个领域，设计新一代光响应功能纳米材料提供了全新的思路与可行的构建范式。

【Nat.Photon.】复旦大学刘倩等联手上海交大李富友|连续闪烁数万帧不漂白！新一代超分辨显微镜实现10倍分辨率突破

Sun, 21 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Photon.】复旦大学刘倩等联手上海交大李富友|连续闪烁数万帧不漂白！新一代超分辨显微镜实现10倍分辨率突破

文章标题：Spontaneous photoblinking upconversion microscopy

通讯作者：Yunxiang Zhang, Fuyou Li & Qian Liu

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-01937-9

文章概要

引言

超分辨成像技术突破了光学衍射极限，使得研究人员能够在纳米尺度上清晰观测到细胞内部的微观结构。然而，传统的有机染料和荧光蛋白质在长时程成像中面临致命的缺陷，即在强光照射下极易发生不可逆的光漂白，这严重限制了连续观察细胞动态过程的时间。为了解决这一制约单分子定位显微镜发展的瓶颈，复旦大学等机构的研究团队开发了一种名为自发光闪烁上转换显微术（SPUM）的新型超分辨成像技术。该技术利用特定的镧系元素掺杂纳米颗粒，实现了无限次的定量可逆闪烁，不仅彻底免疫了光漂白，还在极低的光照功率下达成了极高的空间分辨率，为活细胞体内长期、高精度的纳米级示踪开辟了全新的途径。

Fig. 1: Spontaneous photoblinking of Yb3+/Ho3+-codoped nanoparticles with a CSS architecture of CS19nmS24nm for NaYF4@NaYb0.99Ho0.01F4@NaLuF4.

a, Schematic of the proposed photoblinking mechanism driven by a Yb3+ multiphoton process and defect-mediated energy trapping. ET, energy transfer; EM, energy migration; hν, photon energy. The energy gap between the highest and lowest yellow energy levels corresponds to the effective energy barrier of these traps, whereas the randomly distributed yellow levels illustrate the presence of multiple energetic states within the trap manifold. b, Representative luminescence time traces of individual nanoparticles under excitation at 976 nm, showing distinct on/off blinking behaviour with no photodegradation for 165 min (limited by memory; 99,000 frames at 10 frames per s (fps)). _τ_on, bright-state dwell time; _τ_off, dark-state dwell time. Scale bar, 1 μm. c,d, Correlative wide-field (c) and SEM (d) images, which confirm that blinking originates from individual nanoparticles. The correlative wide-field microscopy images show the UCL intensity, measured in photons per s per pixel (pps per px); the colour scale in c also applies to b. e, Bright-state (‘on’) dwell-time distribution fitted with a single-exponential decay (ExpDec1). f, Dark-state (‘off’) dwell-time distribution fitted with a double-exponential decay (ExpDec2). All single-particle imaging experiments were carried out under excitation at 976 nm (11.6 kW cm−2).

主要实验及结论

研究人员首先精心设计并制备了具有核–壳–壳（CSS）结构的镧系掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs），核心为钇酸钠，活性壳层高浓度掺杂镱/钬元素（Yb³⁺/Ho³⁺），最外层包裹惰性镥层以消除表面猝灭。实验表明，在常规的近红外连续激光照射下，该纳米颗粒展现出极其独特的自发长寿命光闪烁现象。通过系统优化掺杂比例与外壳厚度，团队成功将颗粒的闪烁占空比压低至0.05，这为单分子高精度定位提供了绝佳的稀疏发射条件。机理研究证实，这种闪烁源于镱离子介导的多光子能量累积过程，激发的能量被颗粒内部的固有晶格缺陷捕获并释放，从而驱动了发射态与暗态之间的可逆转换，且在数万帧的超长连续激发下未表现出任何光信号衰减。

Fig. 2: Photoluminescence characterization of Yb3+/Ho3+-codoped CS19nmS24nm nanoparticles with various Ho3+ doping concentrations and excitation power densities.

a, Schematic of the multilayer nanoparticle architecture. b, UCL spectra under irradiation at 980 nm, showing emission variations with the Ho3+ content. c, Luminescence decay curves of the 541 nm green emission under pulsed 980 nm excitation at 15 W cm−2. The colours of the traces are the same as the x values in b. Fitted lifetimes are summarized in Supplementary Table 3. d, Representative single-particle luminescence traces under 976 nm excitation (11.6 kW cm−2), displaying the intensity fluctuations between bright and dark states (shown as the normalized UCL intensity; left). The intensity distributions for both states are shown on the right. Ho3+ doping concentration (top to bottom): x = 0.005, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.16. e, Bright-state emission intensity of the nanoparticles as a function of Ho3+ concentration under 976 nm excitation (11.6 kW cm−2). f, Switching frequency (right axis) and duty cycle (left axis) versus Ho3+ concentration under 976 nm excitation (11.6 kW cm−2). g, Power-dependent photoblinking dynamics of Yb0.99/Ho0.01-codoped UCNPs under 976 nm excitation with the irradiance varied from 4.0 to 21.7 kW cm−2, revealing the tunable switching frequencies (right axis) and duty cycles (left axis). N > 5,000 events of bright states with over 200 particles across 3 different fields of view (FOVs) for each data point. In e, the data are presented as the mean ± standard error of the mean (s.e.m.).

Fig. 3: Single-particle UCL characterization of Yb3+/Ho3+-codoped UCNPs with various active/inert shell thicknesses and power densities.

a, Schematic of the CSS architecture with tunable active shell (NaYb0.99Ho0.01F4) and inert shell (NaLuF4) thicknesses. b–f, Representative single-particle luminescence traces under 976 nm excitation (11.6 kW cm−2) for various shell dimensions (shown as the normalized UCL intensity): CS32nmS37nm (b), CS27nmS33nm (c), CS19nmS24nm (d), CS19nmS26nm (e) and CS19nmS28nm (f). Note that the trace in d is the same as in Extended Data Fig. 3c (y = 0.99), to make a more direct and intuitive comparison. g–i, Histograms of the upconversion intensity, corresponding to panels b (g), c (h) and d (i), fitted with multi-gaussian functions to resolve distinct emission states. j, Duty cycles under 976 nm excitation (4.0–21.7 kW cm−2) for UCNPs with various shell thickness: CS19nmS24nm (blue), CS19nmS26nm (cyan) and CS19nmS28nm (pink). k, Bright-state UCL intensity versus excitation power (4.0–11.6 kW cm−2) for UCNPs with various shell thickness as detailed in j. N > 5,000 events of bright states with over 200 particles across 3 different FOVs for each data point. In k, the data are presented as the mean ± s.e.m.

Fig. 4: Mechanistic investigation of spontaneous photoblinking in Yb3+/Ho3+-codoped UCNPs.

a, Power-dependent switching frequency and bright-state intensity of CS19nmS24nm Yb0.99/Ho0.01-codoped UCNPs under 976 nm excitation (4.0–21.7 kW cm−2). b, Switching frequency versus bright-state intensity measured under 976 nm excitation (4.0–21.7 kW cm−2), showing a linear correlation (Pearson’s r = 0.99). c, Structural comparison of as-synthesized (pristine; left) and Lu3+-annealed (right) UCNPs. d, Duty cycles of pristine (cyan, equivalent to CS19nmS26nm in Fig. 3j) and Lu3+-annealed (yellow-green) UCNPs under 976 nm excitation (4.0–21.7 kW cm−2). e, Proposed mechanism of suppressed photoblinking in Lu3+-annealed nanoparticles. f, I–V curves for ITO interdigitated electrodes spin-coated with ~12-nm-diameter NaYb0.99Ho0.01F4 UCNPs. Initial measurements were performed under dark conditions (red). Subsequently, the devices were irradiated with a 976 nm laser for 3 min, after which immediate I–V measurements were taken (green). Finally, the devices were allowed to recover in the dark for 5 min (purple) and 10 min (orange), followed by additional I–V measurements. g, Representative luminescence time trace of a single CS19nmS23nm Yb3+/Tm3+-codoped nanoparticle under 976 nm excitation (6.6 kW cm−2). h, Comparison of the switching frequencies for CS19nmS24nm Yb3+/Ho3+-codoped UCNPs and CS19nmS23nm Yb3+/Tm3+-codoped UCNPs under 976 nm excitation (6.6 kW cm−2). i, Energy-transfer pathways in Yb3+/Er3+, Yb3+/Tm3+ and Yb3+/Ho3+-codoped nanoparticles (left, middle and right, respectively). The blue arrows represent ground-state absorption (GSA) in the activator ions. Δ_E_, energy mismatch. N > 5,000 events of bright states with over 200 particles across 3 different FOVs for each data point. In a and b, the data are presented as the mean ± s.e.m.

基于这一近乎无限的荧光产额，研究团队将SPUM技术应用于极具挑战性的生物样本成像。在干燥盖玻片和水溶液体系中，单颗粒的定位精度达到了惊人的0.38纳米，在自组装的咖啡环纳米结构上实现了35纳米的超高空间分辨率，相比传统宽场成像提升了10倍以上。随后，研究人员利用该亲水性纳米探针对活体海拉细胞的质膜进行了超分辨成像，细胞毒性测试证实其具有极佳的生物相容性。更重要的是，团队成功对活细胞内的内吞体进行了长达数十分钟的实时示踪，空间分辨率稳定在30至60纳米，不仅完美还原了内吞体的纳米级运动轨迹，还首次捕获到了两个内吞体之间高度协同的偶联运输事件以及罕见的细胞间物质转移过程。

Fig. 5: Super-resolution imaging using CS19nmS26nm Yb3+/Ho3+-codoped UCNPs.

a,b, Maximum projection image (a) and super-resolution reconstructed image (b) of densely packed UCNPs over 6,000 frames at 10 fps under 976 nm irradiation (6.6 kW cm−2). c, Line profiles (of the areas highlighted by the dashed boxes in a and b) comparing the diffraction-limited (red) and super-resolved (green) images, showing enhanced FWHM values for the super-resolved image. d, Super-resolution image of a self-assembled UCNP ring structure formed via the coffee-ring effect under 976 nm irradiation (6.6 kW cm−2). Left: reconstructed super-resolved image with a region of interest (ROI) highlighted by the white dotted box. Right: overlay of the diffraction-limited maximum projection image. Inset: enlarged view of the highlighted ROI. e, Line profiles (corresponding to the yellow line in d and Supplementary Fig. 33c) comparing the super-resolved (red) and diffraction-limited (black) parts of the image. f, FRC analysis of the reconstructed ring structure. The FRC resolution cut-off (dashed purple line, 1/7 threshold) confirms a final resolution of 35 nm. g, Representative luminescence time trace of a single biotinylated UCNP in aqueous solution. h, Wide-field maximum projection (large image left) and super-resolution image (large image right) of UCNP-labelled HeLa cell membranes (inset: bright-field image of a HeLa cell), with enlarged views of the regions in the highlighted by the dashed boxes for the maximum projection (small image top) and super-resolution image (small image bottom).

Fig. 6: SPUM enables the super-resolution imaging and long-term tracking of endosomes in living cells.

a, SPUM image of endosomes reconstructed from a 60-frame subset compared with maximum-intensity-projected conventional wide-field imaging in 3 living U2OS cells. b,c, Magnified view of the SPUM image (b) and the corresponding wide-field image (c) for a single endosome in a. d, Line profiles corresponding to the white lines in b and c, demonstrating the FWHM enhancement of SPUM (red) compared with wide-field imaging (black and grey). e, FRC analysis of the 100-frame reconstruction confirms a final FRC resolution of 61.4 nm; the dashed blue line indicates the FRC resolution cut-off. f,g, Histograms of the localization accuracy (f) and single-particle UCL intensity (g). ppf, photons per frame. h, Full super-resolution SPUM image of endosomes in 3 living U2OS cells reconstructed from all 6,000 frames. i,j, Long-term super-resolved tracking of endosomes in ROI1 (i) and ROI2 (j) from h. The pseudo-coloured reconstructions from sequential 60-frame subsets show the trajectories of the endosomes over time. For i, the tracking in ROI1 shows a synchronized, coupled transport event between two endosomes. For j, the tracking in ROI2 visualizes a rare intercellular transport event. The dashed white lines indicate the cell boundaries, and the white solid lines with arrows denote the trajectory and direction of motion. All experiments were performed with a 0.1 s exposure time per frame under 976 nm excitation (6.6 kW cm−2).

总结及展望

这项工作巧妙地将纳米材料的缺陷工程与光学成像技术相结合，彻底摆脱了传统单分子成像依赖高功率激发和易漂白探针的束缚。自发光闪烁上转换显微术不仅能以极低的光毒性对活细胞内部结构进行亚分子级别的细腻刻画，其无限闪烁的特性更为观察复杂的超长周期细胞行为提供了可能。未来，通过进一步理性设计和微调纳米颗粒的内部结构，这一全新荧光探针平台有望在生物医学精准诊断、单分子行为学追踪以及尖端纳米光子学器件研发等前沿领域催生颠覆性的应用。

【Angew.Chem.】北科大姜建壮、香港城市大学刘彬、中科院物理所刘云鹏、贵州大学王康|创纪录！双铈单原子位点3D COF催化全人工光合作用，乙酸选择性高达94.4%

Sat, 20 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】北科大姜建壮、香港城市大学刘彬、中科院物理所刘云鹏、贵州大学王康|创纪录！双铈单原子位点3D COF催化全人工光合作用，乙酸选择性高达94.4%

文章标题：Mimicking Overall Photosynthesis by Incorporating Paired Ce(III) Single-Atom Sites Into Covalent Organic Framework

通讯作者：Dongdong Qi, Kang Wang, Yunpeng Liu, Bin Liu, Jianzhuang Jiang

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.9733405

文章概要

引言

利用太阳光将二氧化碳和水转化为高附加值的碳二以上化学品，是缓解温能源危机与温室效应的理想途径。然而，构建能够同时高效驱动二氧化碳还原和水氧化半反应的人工光合作用催化剂仍然面临巨大挑战。传统催化剂往往由于缺乏明确的多活性中心，导致产物大多局限于一氧化碳或甲酸等低附加值碳一产物，且在水氧化端倾向于生成氧气而非更高价值的过氧化氢。为了攻克这一难题，研究团队创新性地设计出一种具有双金属活性位点的三维共价有机框架，成功在温和的可见光照射下实现了高效、高选择性的全人工光合作用。

Synthesis and structural characterization of BDPA-AmCOF-Ce. (a) The synthesis and (b) 2-fold interpenetrated structures of BDPA-COF and BDPA-AmCOF-Ce. (c) Experimental XANES spectrum of BDPA-AmCOF-Ce and the calculated XANES spectra based on the Ce−N2O6 and Ce−N2O8 models. (d) Synchrotron one-dimensional WAXS I-2θ curves of BDPA-COF and BDPA-AmCOF-Ce. The insets are the two-dimensional GIWAXS patterns. (e) PDF for BDPA-AmCOF-Ce and BDPA-COF. (f) HR-TEM image of BDPA-COF with denoising and contrast inversion effects. (g) The aberration-corrected HAADF-STEM image of BDPA-AmCOF-Ce.

主要实验及结论

研究人员通过将四醛基修饰的芘衍生物与联吡啶二胺进行缩合反应，随后经过铈盐酸性溶液的后处理，成功构筑了名为 BPDA-AmCOF-Ce 的三维酰胺键连接共价有机框架催化剂。结构表征与拓扑分析表明，该材料具备独特的两倍相互穿插 bcu 拓扑结构，这种穿插效应使得相邻网络的联吡啶配体极其靠近，从而巧妙地引入了最邻近距离仅为 5.63 Å 的铈单原子对位点。通过同步辐射谱学技术（XANES、EXAFS）以及球差电镜（HAADF-STEM）的直接观测，不仅证实了铈物种以三价形式（Ce(III)）原子级分散于骨架中，更清晰地捕捉到了大量成对存在的铈双原子位点。此外，光学响应与能带结构测试表明，酰胺键的转化与铈的引入显著拓宽了材料的可见光吸收范围（最远可达 700 nm），并有效抑制了光生载流子的非辐射复合，为其优异的光催化性能奠定了坚实的基础。

Optical property and photocatalytic performance of BDPA-AmCOF-Ce. (a) UV-vis-DRS absorption spectra and (b) MS curves for BDPA-COF and BDPA-AmCOF-Ce. (c) Schematic diagram showing the energy band structure of BDPA-COF, BDPA-AmCOF-Ce, BZD-COF, and BZD-AmCOF. (d) TRPL decay spectra of BDPA-COF and BDPA-AmCOF-Ce collected at 525 nm with 405 nm laser excitation. (e) Product generation rates over BDPA-AmCOF-Ce. (f) Comparison of product generation rates. (g) Comparison of acetic acid production rate and selectivity with the state-of-the-art photocatalysts. (h) Stability of BDPA-AmCOF-Ce.

在光催化全人工光合作用测试中，以水作为电子供体，BPDA-AmCOF-Ce 在可见光（波长大于 420 纳米）照射下展现出惊人的催化活性与选择性。该催化剂能够同时高效驱动二氧化碳还原与水氧化反应，以 166.67 µmol g⁻¹ h⁻¹ 的高产率生成乙酸（CH₃COOH），其选择性高达 94.4%，同时在氧化端以 601.42 µmol g⁻¹ h⁻¹ 的产率选择性生成过氧化氢（H₂O₂）。两者的摩尔产率比极其接近 1:4 的理论化学计量比，完美拟合了天然光合作用的物质守恒。对比实验与碳十三同位素示踪检测进一步确证了产物乙酸中的碳源完全来自于输入的二氧化碳，且催化剂在连续多次循环测试后仍能保持极高的结构与性能稳定性。

In situ spectroscopy studies over BDPA-AmCOF-Ce. In situ DRIFTS spectra over BDPA-AmCOF-Ce recorded (a) in dark from 0 to 20 min and (b) under light illumination from 0 to 40 min. (c) In situ Ce _L_3-edge XANES spectra and (d) the first derivative curves of E-space for BDPA-AmCOF-Ce in the presence of N2 in dark and N2/CO2 under light irradiation with (e) schematic photo-generated electron transfer. (f) In situ Ce _L_3-edge XANES spectra and (g) the first derivative curves of E-space for BDPA-AmCOF-Ce during CO2RR at room temperature in the presence of CO2 in dark from 0 to 20 min and under light irradiation from 0 to 65 min.

为了深入探究这一创纪录催化表现的底层反应机理，研究团队结合了原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）、原位同步辐射谱学以及理论计算。原位光谱动态追踪清晰地记录了光照下光生电子从有机骨架向铈位点转移的过程，并成功捕捉到了关键的 COOH、C-OH、O-O 键以及乙酸中间体的特征振动信号，直接证实了双端反应的发生。理论计算进一步表明，全人工光合作用过程可以分为能量输入、能量转移和能量固定三个阶段。由于穿插结构带来的铈双原子对位点能够同时吸附两个二氧化碳分子，有效降低了碳碳偶联过程中的高能垒，从而高选择性地导向乙酸的生成；与此同时，暴露出的大量芳香芘基团则通过更低活化能的二电子水氧化途径高效生成过氧化氢。

Theoretical calculations of photocatalytic process on BDPA-AmCOF-Ce. (a) Schematic diagram showing the whole photocatalytic process. (b) The materials/electrons flowing pathway of the WOR process. (c) The materials/electrons flowing pathway of the CO2RR process (top) with the corresponding energetic diagram (bottom).

总结及展望

本研究成功开发了一种兼具二氧化碳还原和二电子水氧化活性中心的双功能三维共价有机框架光催化剂。通过精妙的拓扑结构控制实现了铈单原子对活性位点的构筑，为攻克光催化碳碳偶联动力学缓慢和多电子转移能垒高的瓶颈提供了全新思路。这种将不同的氧化与还原半反应活性中心集成在单一光吸收体中的设计策略，不仅刷新了可见光驱动全人工光合作用制备高附加值化学品的性能纪录，也为未来理性设计和构筑高效、工业化导向的人工光合作用催化系统提供了宝贵的科学借鉴。

【Adv.Mater.】哈工大陈冠英|颠覆癌症代谢！光控纳米“排酸阀”：实现肿瘤体积暴跌6倍与实时Barometry Bar

Fri, 19 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】哈工大陈冠英|颠覆癌症代谢！光控纳米“排酸阀”：实现肿瘤体积暴跌6倍与实时Barometry Bar

文章标题：Near-Infrared Upconversion Modulation of Intracellular Protons for Autophagy-Induced Apoptosis

通讯作者：Guanying Chen

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202523657

文章概要

引言

质子在调节癌细胞行为、代谢和信号传导通路中起着至关重要的作用，这使得调控细胞内质子浓度（pH值）成为一种极具前景的癌症治疗策略。然而，如何在体内实现空间和时间上的精准质子释放，并进行实时动态监测，一直是临床转化面临的巨大挑战。传统的化学调控手段往往依赖被动扩散，容易破坏正常组织稳态，且极易因长期给药引发肿瘤的适应性耐药。为了突破这一瓶颈，该研究创新性地开发了一种近红外光控的纳米质子输送系统（UFPL）。该系统巧妙地利用上转换纳米颗粒作为能量供体，通过光致互变异构反应在病灶处触发强烈的质子风暴。这种急性酸应激能瞬间斩断癌细胞高达50%的葡萄糖摄取，并通过抑制关键的mTOR信号通路激活过度自噬，进而引发线粒体功能障碍并导向细胞凋亡。研究人员将这一全新的细胞死亡通路定义为质子介导的自噬诱导凋亡（PAA）。更令人兴奋的是，该平台首次实现了治疗过程的实时可视化定量反馈，在小鼠实验中成功实现了肿瘤体积惊人的6倍缩减，为恶性肿瘤的精准诊疗开辟了全新的生化维度。

Schematic of the UFPL nanoagent for near-infrared (NIR)-controlled proton generation and glioma theranostics. (a) Composition of the UFPL nanoagent, comprising upconversion nanoparticles (UCNPs), photoacid (PA), ferrocene (Fc), and lactoferrin (LF). (b) Mechanism of proton (H+) generation via photoinduced tautomerization of the PA upon NIR light (980 nm) irradiation, wherein upconversion luminescence (UCL) from UCNPs mediates FRET-driven activation of the PA. (c) Following ligand-facilitated glioma targeting, intracellular H+ release inhibits glucose uptake and mTOR signaling, thereby activating excessive autophagy that leads to mitochondrial dysfunction, and ultimately triggering the proton-mediated autophagy-induced apoptosis (PAA) pathway. (d) Ratiometric upconversion luminescence (UCL) recovery at 800 nm enables real-time visualization and quantification of H+ levels to monitor therapeutic efficacy.

主要实验及结论

研究人员首先完成了近红外光控纳米质子发生器（UFPL）的精准构建与分子动力学模拟表征。对应于反应制备流程与形貌演变，实验利用共沉淀法制备了具有高效上转换发光性能的六方相核壳结构纳米颗粒，并依次在表面包裹了聚乙烯亚胺、修饰了二茂铁，最后通过静电吸附固载了光致产酸剂分子和乳铁蛋白靶向配体。高角环状暗场透射电镜清晰地勾勒出尺寸约40纳米的均一球形核壳架构，证明改性并未引发颗粒聚集，且体系表现出极佳的胶体稳定性。为了阐明光致产酸剂与纳米发光颗粒表面的结合机理，全原子分子动力学模拟展示了产酸剂分子在硫、氧原子的介导下，与表面三价镧系离子通过强烈的静电吸引作用发生物理吸附，在40纳秒内自发自组织形成致密的单分子层， charge-density 差分电荷密度映射图进一步证实了这种界面的高稳定性。

Synthesis and characterizations of the photoacid (PA) and UFPL nanoagent. (a) Schematic illustration of the synthetic route for PA (top) and the final UCNPs@Fc–PA–LF (UFPL) nanoagent (bottom). (b) Transmission electron microscopy (TEM) images of NaYbF4: Tm, NaYbF4: Tm@NaYF4 (UCNPs), UCNPs@Fc (UF), UCNPs@Fc-PA (UFP), and UCNPs@Fc@PA@LF (UFPL) nanoparticles (from left to right). (c), (d) Molecular dynamics (MD) simulations depicting the interfacial assembly of PA on the NaYF4 surface, revealing dynamic adsorption, migration, and equilibration. Time-resolved snapshots (0–40 ns) show PA molecules progressively adsorbing and organizing into a densely packed monolayer, reaching saturation at 40 ns. (e) Structural model illustrating PA molecules adsorbed onto the NaYF4 crystal surface. (f) Slab models of the (001) surface of hexagonal-phase NaYF4 showing the adsorption of PA onto NaF and YF surfaces, with corresponding surface binding energies calculated for PA adsorption. Yellow, cyan, and grey spheres represent Na, Y, and F atoms, respectively.

随后，团队深入探究了近红外光驱动的质子释放动力学与伴随的发光动态恢复Barometry Bar机制。围绕上转换发光光谱与产酸剂吸收光谱的重叠积分分析，光谱数据证实两者存在极高的共振能量转移效率（450纳米处高达43.9%）。第一性原理时变密度泛函理论（TD-DFT）与自旋轨道耦合计算从理论上揭示了产酸剂在吸收上转换光子后，经历电子云重排与异构化，触发活性氢解离释放质子的热力学可行性。在溶液实验中，通过酸敏感探针监测发现，在980纳米近红外光照射下，溶液pH值在30分钟内从7.41骤降至5.12，质子释放速率达每分钟0.43微摩尔每升。与此同时，原本作为淬灭剂的二茂铁在局部高浓度质子的攻击下发生生物降解，使纳米颗粒在800纳米处的近红外发光强度显著飙升达8.3倍。发光强度的倒数与环境pH值展现出完美的线性反比关系，从而在国际上首次建立起基于发光恢复的体内原位pH光测条形码Barometry Bar框架。

Principles of proton production and in vitro acidification experiment of UFPL nanoagent. (a) UCNPs–PA Förster Resonance Energy Transfer Mechanism. (b) Absorption spectra of PA (blue), Fc (violet) and normalized emission of UCNPs (red), highlighting the overlap integral of 6.27 × 1013·nm4·M−1·cm−1, which indicates the potential for energy transfer between the two species. (c) Corresponding lifetime decays at 361, 450, and 475 nm, and FRET efficiency, respectively. (d) First-principle and time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculated energy level diagram, spin-orbit matrix element (<_T_n|_H_SO|_S_1>), and the corresponding spin-orbital coupling (SOC) constants of PA molecules. (e) The energy levels of the highest occupied molecular orbitals (HOMOs)/lowest unoccupied molecular orbitals (LUMOs) of PA (red) and product (SP) (blue) (bottom). (f) Molecular electrostatic potential surface (MEPs) of PA and SP. (g) The change in reaction energy from PA to SP upon exposure to emissions from UCNPs under NIR irradiation.

紧接着，实验深入解析了UPL纳米颗粒诱导的质子介导自噬诱导凋亡（PAA）分子生物学层级机制。在细胞层面，利用细胞内酸敏感荧光探针清晰观测到了近红外光照介导的细胞内强酸性红绿荧光转变。共聚焦显微镜图像显示，强酸环境促使纳米颗粒迅速逃逸内吞体，皮尔森相关系数显著降低。细胞内ATP检测显示能量工厂产出骤降40%，印证了代谢受到严重破坏。蛋白质印迹（Western Blot）分析从分子水平确证，强酸应激导致葡萄糖转运蛋白Glut1显著下调，细胞对葡萄糖的摄取呈现出显著的pH依赖性抑制。这种剧烈的“饥饿应激”迫使mTOR通路发生显著下调，上调了自噬关键蛋白ATG5并促进了LC3-I向LC3-II的强烈转化。Cyto-ID荧光染色与生物透射电镜图像互为印证，在光照治疗组中清晰观测到了大量成簇出现的自噬体与空泡化结构。通过引入自噬抑制剂3-MA的对照实验进一步证实，阻断自噬后细胞存活率大幅回升51%，自噬通路被阐明是导致线粒体膜电位崩溃并最终执行Caspase-3剪切凋亡的专一性绝对上游开关。

Proton-induced UFPL nanoagent degradation and UCL recovery. (a) Schematic diagram of laser path applied in real-time detection of H+ concentration using RB Base (RB) as an acid indicator. (b) pH variation and RB Base fluorescence peak area under NIR alone (left) and NIR + UFPL (2 mg/mL, right) during irradiation and subsequent dark incubation. (c) Schematic representation of upconversion luminescence (UCL) recovery in UFP due to Fc biodegradation induced by H+. (d) UCL at 800 nm for the UFP, UFP + H2O2, UF + H2O2 + NIR, UFP + H2O2 + NIR, and Fc + H2O2 + NIR groups. (e) Relative change in UCL intensity at 800 nm and pH change for the UFP nanoagent in simulated tumor microenvironment (0.05 mm H2O2) under NIR irradiation (0.5 W/cm2) within 14 min. (f) Linear correlation of 1/pH with the relative UCL intensity of the UFP nanoagent.

为了确保机制分析的系统性与无遗漏性，研究人员利用转录组测序（RNA-Seq）深入挖掘了治疗后细胞内的生物信息学全局变化。测序数据经过差异表达基因分析揭示出多达1075个显著变化的基因，其中包含366个表达下调基因和627个表达上游基因，在火山图与热图上呈现出黑白分明的两极分化。随后的KEGG通路富集气泡图和GO功能圈图高度一致地指向了代谢通路、自噬通路与凋亡通路的三重富集。蛋白质-蛋白质相互作用网络进一步揪出了Cdkn1b等关键调节核心。最终，基因集富集分析（GSEA）完美印证了“糖解信号通路”的显著抑制和“自噬信号通路”的强烈激活，从高通量转录组维度再次严丝合缝地固化了质子流触发PAA通路的分子级证据链。

In vitro investigation of the therapeutic mechanism of UPL nanoagents. (a) A schematic illustrates the NIR-triggered proton-mediated autophagy-induced apoptosis (PAA) mechanism, wherein acute acidic stress suppresses glucose uptake and inhibits mTOR signaling, thereby triggering excessive autophagy characterized by autophagosome formation. This process functionally leads to mitochondrial dysfunction, ultimately activating the autophagy-induced apoptosis. (b) pH-responsive fluorescence of SNARF-4F, showing an emission shift from yellow (neutral pH) to green (acidic pH). (c) Confocal laser scanning microscopy (CLSM) images of GL261 cells incubated with UPL nanoagents following prolonged NIR irradiation (8 min). (d) CLSM images of GL261 cells co-stained with Lysotracker Red (lysosomes, red), FITC-labeled nanoagents (green), and DAPI (nuclei, blue), with corresponding Pearson correlation coefficient analysis. (e) Intracellular ATP levels and (f) Glut1 expression in GL261 cells treated with PBS, NIR, and UPL + NIR. (g) Schematic representation of colorimetric glucose quantification using a Glucose Assay Kit, where absorbance of the blue-green Schiff compound reflects glucose concentration, as shown in (h) for different treatment groups. (i) Quantitative analysis of glucose uptake in glucose-starved cells under varying pH conditions. (j) Western blot analysis of mTOR, ATG5, LC3-I/II, P62, and LAMP-1/LAMP-2 expression in PBS-, NIR-, and UPL + NIR-treated cells. (k) CLSM images showing CYTO-ID green fluorescence for autophagy detection in GL261 cells under PBS, NIR, and UFPL + NIR treatments, with the corresponding detection mechanism illustrated. (l) Bio-TEM images of GL261 cells after PBS, UFL, or UPL + NIR treatment, highlighting autophagosomes (yellow arrows) and vacuoles (orange arrows). (m) Flow cytometry analysis of Lysotracker fluorescence intensity across PBS, NIR, and UPL + NIR groups.

RNA-seq analysis of UPL nanoagent. (a) Schematic representation of the RNA-seq analysis used to investigate cell bioinformatics following UFPL + NIR treatment. The analysis includes: (b) Heat map showing changes in mRNA levels of differentially expressed genes post-treatment; (c) Volcano plot visualizing gene expression differences; (d) Comparison of the number of upregulated and downregulated genes in the UFPL + NIR group vs. control groups; (e) KEGG bubble plot displaying the top 9 enriched pathways following UFPL + NIR treatment (blue: metabolic pathways; red: apoptotic pathways; black: pathways associated with both metabolism and apoptosis); (f) Protein-protein interaction network of genes related to autophagy, apoptosis, and glucose uptake; (g, h) GO circle diagrams illustrating the biological functions of differentially expressed genes after UFPL + NIR treatment. Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) identified differentially expressed genes between the control and UFPL + NIR groups, with red and blue lines indicating upregulated and downregulated genes, respectively (i, j).

在体内验证阶段，团队成功实施了肿瘤积聚的近红外上转换发光成像跟踪与光控产酸治疗评估。在活体动物层面，通过低功率近红外光扫描，上转换发光成像纵向追踪了纳米颗粒在荷瘤小鼠体内的时空分布，发现在静脉注射11小时后脑部胶质瘤部位的积聚量达到峰值，确立了黄金治疗窗口。在连续光照10分钟的过程中，小鼠原位肿瘤发光强度增强了5.6倍，微电极测得肿瘤内部pH从6.61剧烈下滑至5.86，展现出极为显著的体内酸靶向操作能力。体内生物发光成像与脑部切片病理分析共同见证了震撼的治疗效果：相较于持续恶化扩张的对照组，光治疗组的肿瘤体积与重量实现极其罕见的6倍暴跌，小鼠的30天生存率从0%逆天提升至60%。最后，体内代谢动力学研究证实，超过82%的纳米颗粒在5天内通过尿液和粪便安全排出体外，主要脏器切片无任何器质性损伤，完美兼顾了超凡的抗癌疗效与极高的临床安全性。

In vivo UCL imaging of UFPL nanoagent. (a) Schematic illustration of NIR-induced Fc collapse and UCL recovery for H+ visual quantification in vivo. (b) In vivo UCL images of tumor-bearing mice after intravenous injection of UFPL nanoagent (15 mg/mL, 50 µL) at various time points. (c) Corresponding UCL intensity in the tumor and liver. (d) In vivo UCL images of tumor-bearing mice at various time points (0–14 min) post-NIR irradiation, taken 11 h after UFPL nanoagent injection. (e) Relative UCL fluorescence (RFI) intensities and pH value at tumor sites within 14 min of irradiation time, along with their Pearson correlation coefficient. (f) Linear correlation between the reciprocal pH (1/pH) and relative in vivo UCL intensity of the UFP nanoagent during the 0–10 min irradiation period. (g) Linear relationship between tumor inhibition rate (Y%) and both UCL RFI and ΔpH.

In vivo therapy performance. (a) Schematic illustration showing the establishment of GL261 tumor-bearing mice. (b) In vivo bioluminescence images of orthotopic tumor-bearing C57 mice treated with PBS, NIR, and UPL + NIR, respectively, over 14 days (days 0, 7, 9, 11, and 14). (c) Tumor volume and (d) tumor weight ratio of GL261 tumor-bearing mice after treatment with PBS, NIR, UFL, and UPL + NIR, respectively. (e) Schematic of UFPL-mediated tumour acidification (left) and intratumoral pH measurement using a microelectrode (right). (f) pH changes inside the tumor after UFPL nanoagent injection and 980 nm NIR irradiation over 60 min. (g) Multispectral fluorescence imaging (580 nm and 640 nm) of intratumoral pH after UFPL nanoagent injection, followed by 10 min of NIR irradiation. (h) Immunohistochemical analysis of LC3B and p62 in tumor sections treated with PBS, NIR, and UPL + NIR, with corresponding quantitative analysis shown in (i). Data in (d) are presented as mean ± SD (n = 5). The p values were calculated using Tukey's post-test (p < 0.001, p < 0.01, or p < 0.05). Adopted in vivo UPL, UFL, and UFPL nanoagent dose: 15 mg/mL, 50 µL.

总结及展望

该研究成功构筑了一种革命性的光控纳米质子发生器平台，首次将高浓度质子过载确立为杀死恶性肿瘤的核心驱动力，打破了过去抗癌纳米制剂极度依赖活性氧（ROS）产生的固有思维。通过诱导前所未见的质子介导的自噬诱导凋亡（PAA）机制，该技术能够以极快的速度粉碎肿瘤细胞的代谢塑料应变性，通过饿死与酸胀双重打击攻克胶质瘤。同时，体系巧妙融合的一维线性发光pH Barometry功能，彻底告别了传统癌症治疗中的“盲人摸象”，实现了剂量与疗效的实时数字化 titration。未来，该团队将致力于通过镧系元素掺杂改性进一步提升纳米颗粒的量子产率，并推进制备工艺向化学共价固载升级。这一集精准靶向、按需产酸、原位条码Barometry定量与多维协同毒性于一体的诊疗一体化方案，即将走向大动物实验与GMP规范化生产，有望在不久的将来为临床上那些代谢极度嚣张、传统疗法束手无策的恶性实体瘤患者带来重生的曙光。

【JACS】远红外荧光探针新突破！$21\text{ nM}$高亲和力助力活细胞HDAC6超分辨动态成像

Fri, 19 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】远红外荧光探针新突破！$21\text{ nM}$高亲和力助力活细胞HDAC6超分辨动态成像

文章标题：A Highly Selective, Cell-Permeable Fluorescent Probe for Imaging Histone Deacetylase 6 in Live Cells

通讯作者：Gražvydas Lukinavičius

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22444

文章概要

引言

组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）在细胞骨架调控、蛋白质质量控制和应激反应等多种细胞过程中发挥着关键作用，其功能异常与多种癌症和神经退行性疾病密切相关。然而，由于缺乏能在活系统中对其进行可视化追踪的化学工具，科学家们对HDAC6动态功能的深入研究一直受到限制。传统的荧光蛋白标签容易产生空间位阻和错误定位，而现有的活性小分子探针则普遍存在波长较短、对细胞有光毒性或不兼容超分辨率成像等缺陷。为了解决这一瓶颈，研究团队致力于开发一种具备高亲和力、强功能选择性、远红外发射且高细胞通透性的新型荧光探针，以实现对活细胞中内源性HDAC6的精准实时成像。

Figure 1. Imaging-based assay for HDAC6 Probe selection and optimization. (a) Schematic of the assay. U-2 OS cell lines engineered to express individual HDAC-HaloTag fusions are incubated with a HaloTag ligand and the candidate probe, followed by automated widefield imaging and colocalization analysis. (b) Synthetic schemes for the SiR-conjugated probes based on (1) CAY10603, (2) Tubastatin, and (3) Nexturastat A. (c) Representative fluorescence images from the assay of probe 3. Wide-field microscopy images were acquired using Biotek Lionheart FX Automated Microscope. Scale bar: 200 μm. (d) Quantitative colocalization analysis for probes 1, 2, and 3 between the probe and HaloTag signals. Data are presented as mean ± SD from 3 independent experiments. Figure 1a was created in BioRender.

主要实验及结论

研究人员以高选择性HDAC6抑制剂Nexturastat A为靶向骨架，通过系统的结构-活性关系研究，将具备优异光稳定性的远红外硅基罗丹明（SiR）荧光团与C3烷基链连接子进行偶联，成功合成出最优探针6SiR-C3-NextA。体外生化与细胞分析表明，该探针与HDAC6表现出极高的结合亲和力，其表观解离常数$K_d^{app}$低至$21\pm4\text{ nM}$。通过在专门构建的HaloTag融合蛋白细胞表征平台上进行共定位定量分析，证实该探针在Class I和Class II等多种HDAC同工酶中对HDAC6具有极高的功能选择性，且在细胞内表现出高达3.6倍的温和荧光增强特性。此外，细胞实验显示该探针毒性极低，在常规成像浓度下不会干扰HDAC6的内源性酶学活性。

Figure 2. HDAC6 fluorescent probes used for the systematic structure–activity relationship (SAR) study.

Figure 3. In vitro and in cellulo characterization of 6SiR-C3-NextA. (a) Saturation binding curve of HTRF binding assay of SiR-C3-NextA against HDAC1, HDAC6 and HDAC7. Data are presented as mean values ± SD, n = 3 independent experiments. b) In vitro fluorogenicity of the 6SiR-C3-NextA probe. 6SiR-C3-NextA (100 nM) was incubated for 1 h at room temperature in U-2 OS cell lysate in either the absence or presence of recombinant HDAC6 (300 nM). Data are presented as mean values ± SD, n = 3 independent experiments c) Cell cycle perturbation induced by 6SiR-C3-NextA after 24 h incubation. d) Result of Annexin V Apoptosis Assay of SUP-M2 cells after a 24 h treatment with increasing concentrations of 6SiR-C3-NextA. Data points are mean ± SD, n = 3 independent experiments.

Figure 4. Quantification of probe-induced HDAC6 tubulin hyperacetylation in living cells. (a) Representative immunofluorescence images of Human fibroblast cells treated for 24 h with and without 6SiR-C3-NextA. Cells were costained with antibodies for acetylated α-tubulin. Scale bar: 100 μm. Image acquisition settings are indicated in Table S3. (b) Dose–response curves plotting the normalized ratio of acetylated tubulin to β-tubulin. Data points are mean ± SD, n = 3 independent experiments.

在实际生物学应用中，该探针成功展示了其强大的活细胞动态成像与超分辨纳米成像能力。研究团队利用受激发射损耗（STED）显微镜，清晰地观测到了在渗透压应激条件下HDAC6向应激颗粒（SGs）的动态募集全过程。活细胞共聚焦成像进一步揭示了内源性HDAC6与微管网络的紧密关联，并捕捉到了其在应激状态下从细胞质扩散模式向特定点状应激颗粒转移的异质性细胞反应。尽管探针在高度复杂的原代大鼠神经元中表现出轻微的非特异性外排作用，但通过联合使用外排泵抑制剂维拉帕米，显著提升了胞内荧光信号蓄积，从而成功实现了对多种不同细胞系中内源性HDAC6的高信噪比实时追踪。

Figure 5. Efflux of 6SiR-C3-NextA in living cells. (a) FACS analysis of efflux-inhibited staining experiments. Cells were stained at 37 °C for 1 h. Results are averages of three independent experiments (N = 3) and presented as means with standard deviations. (b) Representative fluorescence microscopy images demonstrating active efflux on 6SiR-C3-NextA staining performance. Seven cell lines from were stained with the probe alone (100 nM) or coincubated with the probe and most effective efflux inhibitor as determined from FACS analysis. Scale bar: 50 μm. Image acquisition settings are indicated in Table S3.

Figure 6. Fluorescence microscopy imaging of HDAC6 probe stained cells. (a) Representative STED imaging of induced HDAC6 expressing cell line stained with 100 nM of 6SiR-C3-NextA in DMEM growth medium for 1 h at 37 °C, washed with HBSS, then applied 150 mM NaCl 30 min before imaging. Scale bar: 10 μm. (b) Representative confocal image of living HeLa cell stained with 100 nM of 6SiR-C3-NextA, 10 nM of tubulin probe (4TMR-CTX), 1 μg/mL of Hoechst 33342 and 10 μM of verapamil in DMEM growth medium for 1 h at 37 °C, washed with HBSS. Signal was recorded from Cy5 channel before stress and after inducing osmotic stress with 150 mM NaCl in DMEM growth medium for 30 min. Scale bar: 10 μm. (c) Primary rat neuron cells were stain with 100 nM of probe (left) or costaining with 100 μM of Nexturastat A for 1 h at 37 °C. Representative confocal image of immunostaining experiment. Scale bar: 100 μm. d) Representative confocal image of immunostaining experiment with 6SiR-C3-NextA (magenta) and HDAC6 antibody (cyan). Numbers show the Pearson correlation between the two channels in the red-boxed region. Scale bar: 10 μm. Image acquisition settings are indicated in Table S3.

总结及展望

这项研究成功开发出的远红外荧光探针6SiR-C3-NextA，不仅克服了传统化学探针光毒性大和分辨率低的缺陷，还以极高的亲和力和特异性为研究活细胞内源性HDAC6的生物学功能提供了强有力的工具。由于其出色的生物相容性以及与超分辨率成像技术的完美兼容，该探针成为了化学生物学工具箱中的重要新成员。在未来的研究中，这一创新工具预计将广泛应用于阐明HDAC6在诸如阿尔茨海默病和帕金森病等由蛋白质聚集或细胞骨架功能障碍驱动的神经退行性疾病中的分子机制，为相关疾病的病理研究和药物筛选开辟全新的可视化途径。

【Nat. Nanotechnol.】中科大王育才|针对90%癌症死因，科学家发现小于200微米早期微转移瘤的纳米递药新机制

Fri, 19 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat. Nanotechnol.】中科大王育才|针对90%癌症死因，科学家发现小于200微米早期微转移瘤的纳米递药新机制

文章标题：Nanoparticles reach metastatic tumours via enhanced permeability of adjacent vessels

通讯作者：Wei Jiang, Yucai Wang

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41565-026-02171-8

文章概要

引言

大约有90%的癌症死亡是由肿瘤转移引起的。如果能在早期微转移阶段进行干预，治疗效果会大大提升。然而，这些微小的转移灶通常缺乏血管，传统的纳米药物很难通过血液循环递送到内部。经典的EPR效应（增强渗透与滞留效应）主要适用于新生血管丰富的晚期大肿瘤，对早期无血管的微转移灶无能为力。为了打破这一瓶颈，研究团队开展了深入探索，成功揭示了一条打破传统认知、利用物理机械力打开的全新药物递送途径。

Fig. 1: NPs enter avascular micrometastases and accumulate at the metastatic edges.

a, IVM images and 3D reconstructions of avascular micrometastases. To visualize vascularization in liver metastases, Nestin-driven GFP transgenic reporter mice were injected with anti-CD31 antibodies to distinguish pre-existing vessels from neo-vessels. Dashed lines outline metastases. Scale bars, 50 μm; 10 μm (insets). b, IVM images and 3D reconstructions of vessel co-option patterns within micrometastases. Scale bars, 50 μm; 10 μm (insets). c, IVM images and 3D reconstructions of angiogenic patterns within macrometastases. Scale bars, 50 μm; 10 μm (insets). d, Length of angiogenic and co-opting vessels as a function of metastasis diameter. The vertical dashed lines indicate the boundaries separating metastases with diameters of 200 µm and 400 µm. e, Schematic showing regions analysed in image processing, spanning from the periphery to the centre: adjacent liver, margin boundary, metastatic edge and metastatic core. f, IVM images showing the spatial distribution of NPs within CT26 liver micrometastases at 12 h post-injection. Pseudocolour indicates the normalized NP intensity. Orthogonal sections in the X–Z and Y–Z planes are shown. A larger field of view is provided in Supplementary Fig. 12a. Scale bars, 50 μm. g, Normalized NP intensity within normal liver, entire metastases and metastatic edges of CT26, LLC and B16F10 liver micrometastases at 12 h post-injection (n = 18 avascular micrometastases from three biologically independent samples). P < 1.0 × 10−15 between normal liver and metastasis; P < 1.0 × 10−15 between metastasis and metastatic edge for CT26; P < 1.0 × 10−15 between normal liver and metastasis for LLC; P < 1.0 × 10−15 between normal liver and metastasis for B16F10. h, Schematic showing spontaneous liver metastases. IVM images showing NP distribution at 12 h post-injection in spontaneous liver metastases derived from orthotopic CT26 tumours. Scale bars, 50 μm. i, Normalized NP intensity in normal liver, entire metastases and metastatic edges of spontaneous CT26 liver metastases (n = 7 avascular micrometastases from three biologically independent samples). j, IVM images showing the spatial distribution patterns of particles (100 nm to 0.65 μm) within CT26 liver micrometastases. Circles outline the micrometastases. Scale bars, 100 μm. k, IVM images showing the distribution of liposomes within CT26 liver metastases at 12 h post-injection. Scale bars, 100 μm. l, Normalized intensity of fluorescein isothiocyanate (FITC), dextran (70 kDa, ~10 nm), AuNPs (~70 nm), dioleoylphosphatidylcholine liposomes (~120 nm), polymeric NPs (100–310 nm) and microparticles (~0.65 μm) within CT26 liver micrometastases at 12 h post-injection (n = 13 avascular micrometastases from three biologically independent samples). m, IVM images showing NP distribution within CT26 liver micrometastases of mice pre-treated with or without cediranib. Cediranib was administered orally (p.o., 6 mg kg−1) for 5 days. Scale bars, 50 μm. Images are representative of at least three independent experiments. Data in g, i and l are shown as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test (g and i).

主要实验及结论

研究团队利用活体成像技术，深入观察了小鼠肝脏微转移瘤的血管演变。他们发现，直径小于200微米的早期微转移灶内部并不存在新生血管。然而令人惊奇的是，纳米颗粒依然能够在这些无血管的病灶边缘高度富集。研究人员将这种现象定义为邻近血管增强渗透效应（EPAV）。时间序列成像明确证实，纳米药物是通过转移灶周围正常组织的毛细血管发生渗漏，进而跨越屏障聚集到微转移灶之中的。

Fig. 2: Enhanced adjacent vessel leakiness is driven by ZO-1-associated endothelial gap formation.

a, Time-lapse IVM images showing NP extravasation from normal hepatic vessels and vessels adjacent to CT26 liver metastases. Scale bars, 100 μm; 50 μm (insets). b, Normalized NP fluorescence intensity in normal vessels and metastatic adjacent vessels (n = 4 biologically independent samples). P = 2.3 × 10−6 at 1 h, P = 3.3 × 10−8 at 2 h; P = 4.3 × 10−11 at 4 h. c, 3D reconstructions of normal vessels and metastatic adjacent vessels showing NP extravasation in metastatic adjacent vessels. Scale bars, 10 μm. d, TEM images of normal vessels and metastatic adjacent vessels. Arrows indicate endothelial junctions or intercellular gaps. Scale bars, 2 μm; 500 nm (insets). e, Gap size distribution in normal vessels and metastatic adjacent vessels (n = 30 gaps from six biologically independent samples). f, Focused-ion-beam SEM 3D reconstruction of a metastatic adjacent vessel from 280 serial electron microscopy sections, with a representative two-dimensional slice and magnified view highlighting the endothelial gaps. Scale bars, 1 μm. g, Gap sizes measured at different depths across reconstructed slices of metastatic adjacent vessels (n = 5). h, TEM images showing the AuNP distribution at 0.5 h post-injection in normal vessels and metastatic adjacent vessels. Scale bars, 2 μm; 200 nm (insets). i, TEM images showing AuNP distribution in tumour cells at 12 h post-injection. Scale bars, 2 μm; 500 nm (insets). j, Western blot quantification of ZO-1, VE-cadherin, JAM-A and Cx43 in normal and metastatic adjacent liver tissue (normalized to β-actin; n = 9 biologically independent samples for ZO-1; n = 5 biologically independent samples for VE-cadherin, JAM-A and Cx43). k, Immunofluorescence images of ZO-1 expression in normal vessels and metastatic adjacent vessels. Scale bars, 10 μm; 5 μm (insets). l, Immunofluorescence images of NP extravasation in metastatic adjacent vessels with different ZO-1 coverage. Scale bars, 5 μm. Correlation between NP extravasation and ZO-1 coverage was assessed using linear regression. The solid line indicates the regression fit, and the dotted lines represent 95% confidence intervals (n = 36 vessels from three biologically independent samples). P = 5.9 × 10−10. m, Schematic showing reduced ZO-1 integrity promotes endothelial gap formation, increases vessel permeability and enhances NP accumulation in micrometastases. Images are representative of at least three independent experiments. Data in b, j are presented as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a two-way ANOVA with Sidak’s multiple comparisons test (b), a two-tailed unpaired Student’s t-test (j) and a simple linear regression and Pearson’s r (l).

为了看清药物渗漏的微观结构，团队利用透射电镜和聚焦离子束扫描电镜进行了高分辨率重建。结果显示，在靠近微转移瘤的正常毛细血管上，内皮细胞之间裂开了100到500纳米的细胞间隙，而正常肝脏血管的结构非常紧密。进一步检测表明，这种独特的间隙具有明显的尺寸选择性，能让100到310纳米大小的纳米颗粒高效通过。分子层面则证实，紧密连接蛋白ZO-1表达量的显著下调是导致这些间隙形成的核心原因。

这些正常血管为什么会突然裂开？研究团队将目光投向了物理力学环境。他们发现，随着微转移瘤内部细胞外基质的重构，肿瘤组织的硬度明显增加，从而对邻近的正常血管产生了持续的物理挤压应力。为了验证这一点，研究人员利用卡托普利抑制胶原蛋白沉积来减轻硬度。实验表明，当挤压应力被消除或减轻时，内皮细胞的ZO-1蛋白水平随之恢复，血管间隙消失，纳米颗粒的聚集量也大幅减少，这有力证明了机械挤压是启动该效应的源头。

Fig. 3: ECM-remodelling-induced compressive stress deforms LSECs in metastatic adjacent vessels and increases NP permeability.

a, Top: immunofluorescence images of α-SMA in normal livers and micrometastases. Bottom: 3D reconstruction of collagen deposition using second-harmonic generation imaging. Scale bars, 100 μm (α-SMA); 50 μm (collagen). b, Top left: fluorescence image of fresh normal liver and CT26 liver micrometastases overlaid with the bright-field image of the atomic force microscopy tip, probed for spatially resolved stiffness measurements. Scale bars, 50 μm. Bottom left: force maps corresponding to the yellow-boxed region. Top right: schematic illustrating the atomic-force-microscopy-based force mapping and stiffness measurement. Bottom right: stiffness values for layers of normal livers and CT26 micrometastases (n = 5 biologically independent samples). c, IVM images displaying NP distribution in ECM-mimetic Matrigel of varying stiffness at 12 h post-injection. Pseudocolour indicates normalized NP intensity. Scale bars, 100 μm. d, High-resolution ultrasound images showing liver deformation after vibratome slicing. The dashed line indicates the agarose reference line used for deformation quantification. e, 3D reconstructions of liver metastases and adjacent vessels for structural analysis. Scale bars, 15 μm. f, Immunofluorescence images of liver vessels after tissue transparency. The aspect ratio of LSECs in normal vessels and metastatic adjacent vessels (n = 30 LSECs from five biologically independent samples). Scale bars, 20 μm; 10 μm (insets). P = 6.7 × 10−12. g, Schematic showing an adjustable compression device that is compatible with vAIW. Compression is modulated by screw rotation, enabling the precise control of applied pressure. h, IVM images showing NP distribution in uncompressed and compressed livers of Tie2-GFP fluorescent-transgenic reporter mice. Scale bars, 10 μm. Normalized intensity of NPs leaked from vessels (n = 6 biologically independent samples). i, Top: schematic showing NP permeability through a monolayer of mLSECs (CP-M040) under external compressive stress for 12 h. Bottom: SEM images showing the junctions of mLSECs under compressive stress (15 and 50 nN). Scale bars, 2 μm. j, TEM images showing metastatic adjacent vessels of mice with and without captopril treatments (p.o., 10 mg kg−1). Scale bars, 1 μm; 500 nm (insets). Distribution of endothelial gap sizes (n = 30 gaps from three biologically independent samples). k, NP distribution in liver metastases from captopril-treated and untreated mice. Scale bars, 50 μm. Quantification of the normalized NP intensity in entire metastases and metastatic edges (n = 14 avascular micrometastases from three biologically independent samples). P = 2.0 × 10−7 for metastases; P = 1.9 × 10−11 for metastatic edge. Images are representative of at least three independent experiments. Data in b, f, h and k are presented as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a two-tailed unpaired Student’s t-test (b, f, h and k).

团队通过转录组测序深入挖掘了背后的分子机理。数据表明，正常血管内皮细胞在受到肿瘤的挤压后，其表面的β1整合素被激活。这一机械传感器随后触发了下游的RhoA/ROCK信号通路，引发细胞骨架的重新排列与收缩。使用ROCK抑制剂法舒地尔或β1整合素抑制剂，都可以显著阻断这一过程，使血管恢复紧密状态。这就清晰地勾勒出了一条由“物理机械挤压到生物信号激活，再到血管屏障打开”的完整机制链条。

Fig. 4: Mechanical compressive cues are transmitted to LSECs via active β1 integrin.

a, Bubble plot illustrating gene ontology (GO) enrichment pathways of significantly upregulated genes in metastatic adjacent livers versus normal livers. pos., positive. b, Heat map of genes encoding integrin subunits in normal and metastatic adjacent livers. Transcript levels in reads per kilobase of exon model per million mapped reads (RPKM). c, Immunofluorescence images of active β1 integrins and CD31 in normal and metastatic adjacent livers from mice treated with or without captopril. Scale bars, 10 μm; 5 µm (insets). d, Quantification of active β1 integrin coverage of normal and metastatic adjacent vessels (n = 20 vessels from four biologically independent samples). P = 3.6 × 10−7 between normal liver and metastasis; P = 1.9 × 10−5 between metastasis and metastasis + captopril. e, IVM images showing NP distribution in micrometastases of mice treated with or without a β1 integrin inhibitor (HY-100445A, 10 mg kg−1). Scale bars, 50 μm. f, Quantification of normalized NP intensity in entire micrometastases and at the metastatic edges (n = 12 avascular micrometastases from three biologically independent samples). P = 4.0 × 10−6 for metastases; P = 5.1 × 10−9 for metastatic edge. g, Immunofluorescence images of F-actin in mLSECs under compressive stress (50 nN) with or without ROCK inhibitor treatment. Scale bars, 10 μm. h, Immunofluorescence images of ZO-1 and CD31 in metastatic adjacent liver of mice treated with or without ROCK inhibitor fasudil. Scale bars, 10 μm; 5 µm (insets). Quantification of ZO-1 coverage on vessels (n = 20 vessels from four biologically independent samples). P = 9.3 × 10−13. i, NP distribution in micrometastases of mice treated with or without fasudil. Scale bars, 50 μm. j, Quantification of normalized NP intensity within entire metastases and metastatic edge (n = 12 avascular micrometastases from three biologically independent samples). P = 4.6 × 10−10 for metastases; P = 5.1 × 10−13 for metastatic edge. k, Schematic showing the proposed mechanism by which mechanical compression activates β1 integrin in LSECs, leading to RhoA/ROCK-mediated cytoskeletal contractility, junctional disruption and enhanced NP extravasation. Images are representative of at least three independent experiments. Data in d, f, h and j are presented as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test (d) and two-tailed unpaired Student’s t-test (f, h and j).

这一新机制直接转化为了强大的治疗优势。研究团队利用该效应，将抗癌药物喜树碱和伊立替康制成纳米制剂，或者利用脂质纳米颗粒包裹抑癌基因mRNA。实验结果显示，这些纳米药物凭借EPAV效应实现了在微转移灶的高效靶向富集。与传统化疗药相比，纳米药物极大地提高了微转移瘤的清除效果，不仅显著减少了肝脏微转移灶的数量，还大幅缩小了病灶面积，同时降低了对正常肝脏的毒副作用。

Fig. 5: Endothelial gaps occur in metastatic adjacent vessels of patients with colorectal cancer.

a, Immunofluorescence images of CD34 and nuclei in normal livers and metastatic adjacent livers from patients with colorectal cancer. The white arrowheads indicate the liver sinusoidal endothelial cells (LSECs). Scale bars, 10 μm. b, Quantification of the aspect ratio and maximum projection area of LSECs in normal vessels and metastatic adjacent vessels from patients with colorectal cancer (n = 12 LSECs from three biologically independent samples). P = 2.9 × 10−6. c, Bubble plot illustrating gene ontology enrichment analysis of significantly upregulated genes in metastatic adjacent livers versus normal livers. d, Heat map of genes encoding integrin subunits in normal livers and metastatic adjacent livers from patients with colorectal cancer. e, TEM images of normal vessels and metastatic adjacent vessels from patients with colorectal cancer. Scale bars, 1 μm; 500 nm (insets). f, Quantification of the number of gaps in normal vessels and metastatic adjacent vessels from patients with colorectal cancer based on TEM results (n = 5 biologically independent samples). P = 1.8 × 10−5. g, Distribution of gap sizes in normal vessels and metastatic adjacent vessels from patients with colorectal cancer (n = 5 biologically independent samples). Images are representative of at least three independent experiments. Data in b and f are shown as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a two-tailed unpaired Student’s t-test (b and f).

最重要的是，该团队进一步分析了结直肠癌肝转移患者的手术切除标本。在人类临床样本中，他们同样观察到了微转移瘤边缘血管的挤压变形、内皮细胞间隙的形成以及ZO-1蛋白的明显缺失。同时，患者样本的基因表达也呈现出整合素通路激活的特征。这一发现极大地增强了该研究的临床转化价值，证明该效应在人类患者体内同样真实存在。

Fig. 6: Therapeutic NPs elicit potent efficacy against liver metastases.

a, Schematic showing Cy5-conjugated mPEG-b-PLGA NPs (NPs-Cy5) used to encapsulate a fluorescent camptothecin derivative (CPT-BFL). b, IVM images showing the distribution of free CPT and NPs, and CPT@NPs within micrometastases. Solid lines outline metastatic lesions. Scale bars, 50 μm. c, Quantification of normalized intensity of CPT-BFL and CPT@NPs in normal livers and metastases (n = 8 metastases from three biologically independent samples). P = 5.2 × 10−7. d, Therapeutic schedule of CT26 liver metastasis-bearing mice. On days 0, 3, 6, 9 and 12, mice received solvent CPT or CPT@NPs (i.v., 3 mg kg−1) treatments. e, Magnetic resonance images and bright-field images of mouse livers bearing CT26 metastases subjected to different treatments. The white arrowheads indicate metastases. Scale bars, 1 cm. f, Number of liver metastatic foci following different treatments (n = 5 biologically independent samples). P = 9.0 × 10−7 between Ctrl and CPT@NPs. g, Ratio of metastatic area in the liver following different treatments (n = 5 biologically independent samples). P = 4.4 × 10−5. h, Therapeutic schedule of CT26 liver metastasis-bearing mice. On days 0, 3, 6, 9 and 12, mice received captopril (p.o., 10 mg kg−1), solvent IRT, Lipo IRT and captopril plus Lipo IRT (i.v., 5 mg kg−1) treatments. i, Gross appearance and H&E images of liver sections from mice subjected to different treatments. The black arrowheads indicate metastases, and the dashed outlines delineate the boundaries of metastatic tumours. Scale bars, 1 cm (appearance); 2 mm (H&E). j, Ratio of liver metastatic area following different treatments (Ctrl, captopril, n = 4 biologically independent samples; solvent IRT, Lipo IRT and captopril plus Lipo IRT, n = 5 biologically independent samples). k, Schematic showing the structure of mRNA-loaded lipid NPs (mRNA@LNPs). l, 3D images showing the spatial distribution of LNPs within LLC liver micrometastases at 12 h after injection. Scale bars, 50 μm. m, Expression of mCherry mRNA in LLC liver micrometastases at 18 h after injection of mCherry mRNA@LNPs. Scale bars, 10 μm. n, Therapeutic schedule of LLC liver metastasis-bearing mice. On days 0, 2, 4 and 6, mice received p53 mRNA@LNPs and PTEN mRNA@LNPs (at an equivalent mRNA dose of 0.5 mg kg−1) treatments. o, Gross appearance, fluorescence reflectance imaging and H&E images of liver metastases of mice after different treatments. Scale bars, 2 mm. p, Number of metastatic foci in livers after different treatments (n = 6 biologically independent samples). q, Ratio of metastatic area in livers after different treatments (n = 4 biologically independent samples). Images are representative of at least three independent experiments. Data in f, g, j, p and q are presented as the mean ± s.d. Significant differences were assessed using a two-tailed paired Student’s t-test (c) and one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test (f, g, j, p and q).

总结及展望

该研究彻底颠覆了“缺乏血管就会阻碍药物递送”的传统认知。它首次跳出了单纯寻找肿瘤自身微血管的局限，揭示了肿瘤通过物理机械力重塑邻近正常血管屏障的全新机制。这一发现为早期微转移癌的靶向诊断和临床精准治疗开辟了全新的道路。未来，通过将生物力学分析与纳米材料工程深度融合，科学家有望设计出更加智能的纳米医学系统，实现对处于萌芽状态的早期微转移灶的精准绞杀。

【Angew.Chem.】北师大杨清正、滕坤旭|破译细胞死亡新密码：首例双靶向光动力制剂，同步激活Caspase-3/GSDME轴与心磷脂外翻实现16倍高效细胞焦亡

Thu, 18 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】北师大杨清正、滕坤旭|破译细胞死亡新密码：首例双靶向光动力制剂，同步激活Caspase-3/GSDME轴与心磷脂外翻实现16倍高效细胞焦亡

文章标题：Mitochondria-Targeted Photodynamic Agents Drive Robust Pyroptosis by Caspase-3/GSDME Activation and Cardiolipin Externalization

通讯作者：Kun-Xu Teng, Qing-Zheng Yang

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.7359094

文章概要

引言

光动力疗法作为一种成熟的癌症治疗手段，通过光激发光敏剂产生短寿命的活性氧物种来精准清除肿瘤。近年来，能够引发强免疫原性的程序性细胞死亡方式——细胞焦亡，因其能显著改变肿瘤免疫微环境、激活抗肿瘤免疫反应而备受学术界关注。通常情况下，线粒体活性氧的大量爆发可以激活细胞内的通路，促使气孔蛋白剪切并与特定脂质结合产生膜孔，最终导致细胞裂解。然而，现有的线粒体靶向光敏剂大多倾向于诱导细胞凋亡而非焦亡。这其中的核心机制障碍在于，作为气孔蛋白核心结合靶点的心磷脂，在稳态下主要聚集在线粒体内膜，导致游离的剪切体碎片无法与其接触。因此，如何设计一种既能促进细胞色素c释放以激活下游通路，又能同时促进心磷脂外翻到外膜的单一制剂，成为了实现高效光动力诱导细胞焦亡的关键瓶颈。

(a) The molecular structure of photosensitizers. (b) Schematic illustration of assembly induced ROS generation. (c) Schematic diagram of the mechanism of pyroptosis triggered by photogenerated ROS through dual activation of the Caspase-3/GSDME pathway and cardiolipin externalization.

主要实验及结论

研究团队针对这一挑战，精心设计并合成了一系列基于BODIPY核心的超分子光敏剂。这些新型化合物在分子结构上兼具用于线粒体定位的季铵盐基团，以及位于特定位点的含氮杂环取代基。实验表明，单体状态下的化合物几乎不产生单线态氧，但当它们在水相介质中自组装形成规则的J-聚集体纳米颗粒后，由于超分子高度有序的排列促进了系间窜跃过程，其单线态氧的生成效率得到了极大的提升。在纳米级胶体稳定性及细胞实验中，带正电荷的纳米制剂展现出对线粒体高度专一的膜电位依赖性靶向富集能力。光照条件下，制剂在线粒体原位触发了急剧的活性氧爆发，通过对不饱和脂肪酸的氧化引发了显著的脂质过氧化反应，为后续触发细胞焦亡奠定了物理和化学基础。

(a) Absorption spectra of 1 in DMF/water mixtures with different water fractions (f water, vol %) from 0% to 100%. (b) Normalized absorption and emission of 1 in the DMF and 1a in water, respectively. (c) Crystal-packing pattern of compound 1. H atoms have been omitted for clarity. Color code: C, pale gray; N, blue; B, yellow; O, red; F, green. Absorption spectra of ABDA (12 µM) after irradiation (white light, 30 mW cm−2) for increasing irradiation times in the presence of (d) 1 in DMF and (e) 1a in water. (f) Time-dependent plots of ΔAbs (A0−A) of ABDA at 379 nm under light irradiation (white light, 30 mW cm−2) in the presence of compound 1 in DMF/water mixtures with different water fractions (_f_w, 0–100 vol%). (g) ESR spectra to detect 1O2 generated by 1a (10 µM) under illumination (white light, 100 mW cm−2), using TEMP (25 mM) as a spin trap agent.

在微观形貌与生化水平的表征中，研究人员捕捉到了细胞焦亡的特征性变化。接受光照处理后的肿瘤细胞表现出明显的细胞溶胀、泡沫状外翻以及质膜破裂，并伴随着大量乳酸脱氢酶的释放，这证实了非凋亡性的裂解死亡形式。印迹杂交定量分析结果显示，光照激活后细胞内的剪切态Caspase-3水平较对照组骤增了接近八倍，同时胞质内的细胞色素c水平显著升高。更重要的是，在利用特定药物阻断下游剪切体生成的前提下，流动式细胞术和特异性抗体染色证实，光敏剂产生的活性氧能够直接驱动线粒体表面的心磷脂发生高达16倍的外翻，使表面心磷脂阳性线粒体的比例飙升至百分之七十四。通过钙黄绿素钴离子淬灭实验可以观察到，外翻的心磷脂与转位至线粒体膜上的气孔蛋白片段结合，迅速破坏了线粒体纵深结构的完整性，形成了跨膜孔道并加速了促焦亡因子的释放，构建起一条不可逆的细胞死亡正反馈信号链。

(a) Co-localization imaging of HepG 2 cells stained with MitoTracker Green (500 nm) and 1a@DSPE-PEG (10 µM) at 37°C. Scale bar: 20 µm. (b) The linear analysis of the selected regions in (a). (c) Time-dependent change in the fluorescence of mitochondrial-localized PS and Hoechst 3342 before and after the application of FCCP. Images were acquired at 0-, 3-, and 10-min post-addition. Scale bar: 20 µm. (d) The linear analysis of selected regions in (c). (e) ROS generation of the PS in HepG 2 with DCFH-DA measured under light irradiation (660 nm, 30 mW cm−2). Scale bar, 50 µm. (f) Colocalization imaging of the PS-stained cells with BODIPY 581/591 C11 after 10 min light irradiation (660 nm, 30 mW cm−2) or dark incubation. Enhanced green fluorescence indicates lipid peroxidation. Scale bar, 50 µm.

(a) Cell viability of HepG 2 cells incubated with various concentrations of 1a@DSPE-PEG (mean ± SD, n = 5). (b) Real-time confocal imaging of HepG 2 Cells under continuous irradiation stained with 1a@DSPE-PEG. The cells marked with red arrows show possible pyroptotic morphology with bubbling. Scale bar: 20 µm. (c) The LDH release of cells co-incubated with 1a@DSPE-PEG before and after irradiation. ns > 0.05, **** p < 0.0001. (d) Western blot analysis of protein expression in the pyroptosis in HepG 2 cells under different treatments. Uncropped blots are shown in Figure S33. (e) Cells were untreated (UNT) or treated with ethidium bromide (EB) for 20 days. Scale bar: 20 µm. (f) Western blot analysis of protein expression in the pyroptosis in HepG 2 cells under different treatments. Uncropped blots are shown in Supplementary Figure S34.

为了验证该体系在生物体内的抗肿瘤实际转化价值，研究团队在小鼠皮下乳腺癌肿瘤模型中开展了体内光动力治疗评价。全身荧光成像结果表明，经静脉注射后的纳米制剂能够在肿瘤部位实现长达数小时的高效富集与持久留存。在连续二十天的疗效追踪中，接受低剂量制剂注射并配合红光照射的治疗组小鼠，其肿瘤生长受到了极大的抑制，肿瘤抑制率达到了百分之七十三点二。与此同时，单纯注射制剂而不给予光照的对照组小鼠，其肿瘤生长轨迹以及动物整体体重变化与空白组基本一致，这充分证明了该超分子纳米材料具有极低的体内暗毒性以及优异的系统耐受性，通过同步双靶向机制在体内成功驱动了强效的光动力抗肿瘤焦亡效应。

(a) Confocal fluorescence images and (b) TEM images of 1a@DSPE-PEG treated cells before and after light irradiation. The higher-magnification images (top row) correspond to the boxed regions shown in the lower-magnification panels directly below. Black arrows indicate normal mitochondria; yellow arrows, mitochondria with loss of cristae or membrane damage; red arrow, damaged mitochondria within an autophagosome. Scale bar: 1 µm. (c) Flow cytometry gating strategy for isolated mitochondria and (d) Flow cytometry histograms of APC-anti-cardiolipin stained mitochondria. (e) Schematic illustration of principle of mitochondrial permeability detection: Calcein AM readily enters live cells and is hydrolyzed by intracellular esterases into Calcein, which emits intense green fluorescence throughout the cytoplasm and mitochondria. Treatment with cobalt chloride (CoCl2) provides Co2+ ions that quench the fluorescence of Calcein in the cytoplasm. Co2+ cannot cross the intact mitochondrial membrane, so the fluorescence within mitochondria remains visible. Upon pore formation by GSDME-NT on the mitochondrial membrane, its integrity is compromised, allowing Co2+ to enter the mitochondrial matrix and quench the intra-mitochondrial Calcein fluorescence, thereby reporting increased permeability. (f) Calcein green fluorescence in 1a@DSPE-PEG treated cells without or with DEVD, before and at indicated time points after irradiation. Scale bar: 10 µm.

(a) Treatment schedule for evaluation of the antitumor efficacy induced by 1a@DSPE-PEG mediated PDT in 4T1 tumor bearing mice. (b) In vivo fluorescence imaging of the 4T1 tumor-bearing mice at 1, 3, 5, 7, 10, and 15 h after intravenous injection of 1a@DSPE-PEG. Red circle indicates the tumor sites. (c) Tumor growth profiles during the observation. (d) Body weight changes in different groups. (e) Representative photographs of tumor tissues obtained on day 20. (f) Average tumor weights of mice at the end of different treatments. light source: 660 nm, 0.1 W cm−2, 15 min irradiation with three replicates. Statistical significance was assessed via unpaired two-sided Student t-test, ***p < 0.001.

总结及展望

这项研究成功报道了首例通过同步激活Caspase-3/GSDME通路与促进心磷脂外翻来驱动强效细胞焦亡的线粒体靶向超分子光敏剂体系。通过分子结构的精细调制，巧妙地利用超分子自组装克服了传统单体光敏剂产氧效率低以及难以跨越线粒体内外膜空间阻隔的难题。该工作不仅阐明了线粒体在光动力诱导免疫原性细胞死亡中的核心放大器角色，更为未来开发能够重塑肿瘤微环境、克服免疫逃逸的新一代光动力免疫治疗药物提供了全新的精准分子设计策略。

【Angew.Chem.】南昌大学陈义旺、谈利承|26.47%效率与超强稳态追踪：调控晶面生长构筑高稳定性钙钛矿太阳能电池

Thu, 18 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】南昌大学陈义旺、谈利承|26.47%效率与超强稳态追踪：调控晶面生长构筑高稳定性钙钛矿太阳能电池

文章标题： Modulation of Crystal Plane Growth for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

通讯作者： Licheng Tan, Yiwang Chen

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.7010126

文章概要

引言

在实现高效且稳定的钙钛矿太阳能电池（PVSCs）进程中，精准操纵钙钛矿的晶体取向和相纯度至关重要。尽管在两步连续沉积工艺中，碘化铅（$\text{PbI}_2$）模板对于获得高质量钙钛矿薄膜具有独特优势，但由于$\text{PbI}_2$存在复杂的晶面，引导钙钛矿晶体发生定向生长仍然面临巨大挑战。为了突破这一瓶颈，研究团队通过在$\text{PbI}_2$前驱体溶液中引入2-苯氧基乙酰胺盐酸盐（PhOAaCl）添加剂，成功降低了晶面能，构筑出具有完全（001）择优取向的高结晶度$\text{PbI}_2$薄膜。该策略不仅能调控后续钙钛矿沿（100）晶面实现相干晶面生长，大幅降低缺陷密度并提升相纯度，还从热力学和动力学角度深入阐明了固-液界面处的反应机理，为制备兼具高效率与长寿命的钙钛矿光伏器件开辟了新途径。

(a) Schematic diagram of the interaction between PbI2 and various molecules. (b) Calculated changes in surface energy and ((c) XRD patterns for pristine PbI2 and PbI2 modified with different molecules. (d) and (e) HR-TEM images of PbI2 and PbI2-PhOAaCl films (the FFT patterns corresponding to the marked regions are provided in Figure S6). (f) and (g) 2D GIXRD patterns, (h) and (i) surface SEM, (j) and (k) cross-sectional SEM images, and (l) and (m) XRD patterns at different incident angles of PbI2 and PbI2-PhOAaCl films.

主要实验及结论

研究人员系统对比了不同分子添加剂对$\text{PbI}_2$前驱体胶体性质及薄膜形貌的影响。通过核磁共振、红外光谱以及表面能计算表明，PhOAaCl与$\text{PbI}_2$之间存在强烈的相互作用，能将$\text{PbI}_2$薄膜的表面能显著降低至 $0.131\text{ eV/nm}^2$，远低于未处理薄膜。X射线衍射（XRD）、二维广角X射线散射（GIWAXS）以及高分辨透射电镜（HR-TEM）结果一致证实，改性后的$\text{PbI}_2$薄膜在 $2\theta = 12.6^\circ$ 处的（001）晶面衍射峰强度显著增强，且几乎检测不到其他晶面的杂峰，实现了极高的（001）择优取向。形貌学表征（SEM和AFM）显示，PhOAaCl的加入使$\text{PbI}_2$形成了独特的扁平片状纳米结构与相互连通的孔隙网络，这种疏松多孔的微观形貌极大地促进了后续有机胺盐溶液的完全浸润与各向同性渗透。

(a) Conversion process from PbI2 with specific crystallographic facets into α-phase perovskite via reaction with FAI. (b) Calculated Gibbs free energy differences and ((c) enthalpy changes for the reactions between FAI and PbI2 with distinct crystallographic facets. (d) and (e) Focused ion beam transmission electron microscopy (FIB-TEM) images of control and target perovskite films. To elucidate the PbI2-templated perovskite formation pathway and lattice matching behavior, the reaction extent is modulated by reducing cation concentration. (f) and (g) 2D GIXRD patterns and (h) and (i) semi in situ XRD patterns of control and target perovskite films during thermal annealing.

结合密度功能理论（DFT）模拟与半原位/原位表征，团队深入挖掘了固-液界面的相转变动力学过程。热力学计算表明，FAI与$\text{PbI}_2$（001）晶面反应生成 $\alpha$ 相钙钛矿的吉布斯自由能变（$\Delta G$）为 $-5.444\text{ eV}$，具有最强的热力学驱动力，能有效抑制反应残留物及未转换 $\text{PbI}_2$ 的存在。聚焦离子束透射电镜（FIB-TEM）图像清晰观测到钙钛矿与$\text{PbI}_2$模板之间形成了高度匹配的晶格相干生长界面。半原位XRD与原位吸收光谱则显示，在热退火过程中，目标薄膜能经历更快速且彻底的相转变，直接转化为纯 $\alpha$ 相钙钛矿，而对照组薄膜中则长期残留未反应的 $\text{PbI}_2$ 杂相。

(a) Schematic illustration of coherent crystal plane growth of perovskite on (001) crystal surface of PbI2. (b) and (c) Top-view SEM images of control and target perovskite films (the corresponding cross-sectional SEM images are provided in Figure S24). (d) and (e) Bottom view SEM images, (f) and (g) CLSM PL mappings, and (h) and (i) spatial potential distribution mappings of control and target perovskite films.

高质量的相干晶面生长赋予了钙钛矿薄膜优异的形貌和电学性能。形貌表征和电荷动力学测试表明，目标钙钛矿薄膜晶粒显著增大、表面更加平整光滑且内部无孔洞缺陷。共聚焦激光扫描荧光显微镜（CLSM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）结果显示，目标薄膜展现出更强且更均匀的荧光发射强度，其表面电势大幅提升且分布高度均匀，证实了空间电荷复合的有效抑制和缺陷密度的显著降低。此外，借由 XRD 残余应力分析证实，PhOAaCl 辅助的晶面生长成功释放了薄膜内部的拉伸应变，从根本上增强了钙钛矿晶格的内在稳定性。

(a) J–V curves based on ITO/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au structure, (b) external quantum efficiency (EQE) spectra and integrated photocurrents, (c) steady-state photocurrents and output PCEs at the maximum power point, (d) 1/C2 versus applied voltage plots (Mott–Schottky), (e) dependence of _V_oc on different light intensities, (f) transient photovoltage decay (TPV) curves, (g) dark current measurement, and (h) Nyquist plots of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of control and target devices. (i) Space-charge limited current (SCLC) measurements of hole-only devices.

优化的薄膜质量最终转化为器件光伏性能与稳定性的全面跃升。电学性能表征显示，基于 $n\text{-}i\text{-}p$ 平面结构的改性电池器件实现了高达 26.47% 的光电转换效率（PCE），其开路电压提升至 $1.185\text{ V}$，填充因子达到 $84.39%$，且稳态功率输出表现极其平稳。更为亮眼的是器件令人惊叹的耐受性表现：在 85°C 和 85% 相对湿度（RH）的严苛双 85 湿热环境下，目标薄膜历经 1000 小时仍几乎未见分解；在 ISOS-D-3 考核下运行 1000 小时后仍能保持初始效率的 $94%$。在环境空气中进行持续一太阳光照下的最大功率点（MPP）稳态追踪测试中，未封装的目标器件在运行超过 2500 小时后依然保留了高达 91% 的初始效率，展现出跻身同类工艺制备器件最高梯队的超强光热稳态运行寿命。

(a) and (b) ToF-SIMS depth profiles and (c) ToF-SIMS 3D images of n–i–p devices after aging at 85°C for 1000 h. (d) Optical images, (e) and (f) time-dependent photoluminescence spectra after aging at 85°C and 85% RH for 1000 h, (g) and (h) XRD patterns under 365 nm UV illumination and (i) the comparison of defect formation energies (DFEs) of different defects of control and target perovskite films. (j) PCE stability of unencapsulated devices after aging at 85 °C and 65% RH over 1000 h. (k) MPP tracking of unencapsulated devices under continuous one sun illumination in ambient air over 2500 h (above measurements were performed on devices with the structure of ITO/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Ag). (l) Statistical comparison of MPP stability values from the recently reported n–i–p devices fabricated via two-step sequential deposition.

总结及展望

综上所述，该研究通过创新的两步法调控策略，构筑了具有低表面能和单晶取向的（001）多孔 $\text{PbI}_2$ 模板，成功诱导钙钛矿晶体沿着（100）晶面进行高效的相干外延生长。这一策略不仅将平面 $n\text{-}i\text{-}p$ 型钙钛矿太阳能电池的转换效率推向了 26.47% 的行业前沿高度，更攻克了电池在高温、高湿及连续光照联动作用下的降解难题。该工作从动力学和热力学双重维度揭示了晶面定向诱导结晶的深层次机理，为高效率、高稳定钙钛矿光伏组件的工业化放大与商业化普及奠定了坚实的科学理论与技术示范基础。

【Adv.Mater.】复旦大学武利民|2020 ms超长寿命与34.1%高量子产率兼得的柔性高亮聚合物微球

Thu, 18 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】复旦大学武利民|2020 ms超长寿命与34.1%高量子产率兼得的柔性高亮聚合物微球

文章标题：High Performance Full-Color Room-Temperature Phosphorescence Polymer Microspheres and Their Applications

通讯作者：Yan Zheng, Chaolong Yang, Xiaojing Liang, Limin Wu

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73729

文章概要

复旦大学武利民教授团队在国际顶尖期刊《Advanced Materials》上发表了最新研究成果。研究者们创新性地提出了一种原位交联自组装策略，成功将原本磷光性能微弱的柔性线性聚合物调制成具有高度刚性的纯有机全彩室温磷光聚合物微球。这种新型微球不仅攻克了传统聚合物室温磷光材料中“超长寿命”与“高量子产率”无法兼得的固有矛盾，更实现了高达2020 ms的超长磷光寿命、34.1%的绝对磷光量子产率以及655.1 mcd/m²的超高亮度。这一策略赋予了材料在强酸、强碱以及长期水浸等极端恶劣环境下的优异稳定性，并在痕量有毒挥发性有机物的高灵敏可视化检测以及先进防伪和数字显示领域展现出巨大的工业化应用潜力。

FIGURE 1 Schematic illustration of the cross-linked self-assembly strategy for ultralong-lived and high-brightness RTP polymer microspheres. (a) Synthesis of weak RTP copolymers: PMMA-TVS-9-PVBCZ(P1), PMMA-TVS-3,6-DVCZ (P2), PMMA-TVS-4-VBNA (P3), and PMMA-TVS-4-VDPY (P4). (b) Schematic diagram illustrating the cross-linked self-assembly of polymer microspheres. (c) Proposed mechanism for achieving high brightness and long-lived afterglow emission by utilizing a crosslinking self-assembly strategy. This mechanism enhances the rigid environment, where Kisc is the rate constant of intersystem crossing, Kp,r is the radiative rate constant of phosphorescence, ΦP is the phosphorescence quantum yield, τP is the phosphorescence lifetime. (d) SEM image of P1. (e) SEM image and size distribution histogram of PM1.

科学背景与研究痛点

室温磷光聚合物材料凭借其制备工艺简单、成本低廉、兼具柔性与良好生物相容性等独特优势，在生物成像、信息加密及防伪等前沿科技领域备受青睐。然而，大多数纯有机聚合物由于其固有的柔性链段结构，极易在室温下发生剧烈的非辐射复合，导致三重态激子迅速猝灭。在过去的研究中，为了抑制这种分子运动，科研人员多采用强氢键网络等物理基质掺杂策略，但由于自旋禁阻跃迁的限制，材料往往只能在“长磷光寿命”或“高绝对量子产率”中二选一，难以兼顾高亮度与长余辉。更致命的是，传统的氢键网络对外界环境极度敏感，遇到水分、氧气或高温刺激时极易失效。因此，如何通过共价网络构建兼具高性能与极端高稳定性的室温磷光聚合物材料，一直是光电功能材料领域的重大科学难题。

核心实验结果

为了打破上述性能瓶颈，研究团队精心设计并合成了一系列带有乙烯基官能团的潜在磷光客体分子。如图1所示，他们以含有丰富羰基、有利于促进单三重态系际交叉的甲基丙烯酸甲基酯为基体聚合物链段，引入共聚单体三氧甲基硅烷基苯乙烯以及特制的潜在发光体分子，首先共聚得到具有微弱磷光特性的线性协同聚合物。随后，在温和的碱性水相体系中，硅氧烷基团发生原位水解缩聚，自发构建出致密的硅氧烷共价交联网络，并通过自组装效应最终转变为形貌规整、平均粒径约为零点五微米的刚性聚合物微球。形貌测试直观地揭示了这一过程：原本在线性状态下呈无序薄片状结构的柔性高分子，在交联后完全演变为结构致密的均一球体。从分子构型到宏观微球的转变，使体系内部的微环境刚性激增，自由体积被深度压缩，从而有效锁定了激子的非辐射衰减通道。

FIGURE 2 Photophysical properties of cross-linked self-assembled polymer microspheres under ambient conditions. (a) Phosphorescence emission spectra of P1 and PM1 under identical conditions with λex = 365 nm and delay = 5 ms. (b) Phosphorescence lifetime decay profiles of the emission band at 495 nm of PM1 following 365 nm excitation. (c) Phosphorescence lifetimes of P1 and PM1. (d) Phosphorescence quantum yields of P1 and PM1. (e) Afterglow luminance decay curves of P1 and PM1. (f) Comparative analysis of the phosphorescence lifetime of PM1, PM2, and existing copolymerization systems, carbon dots doped matrix systems, and phosphor-doped PMMA or PVA matrix systems, as reported in the literature [27-42]. (g) Photographs demonstrating the long-lived RTP emission of PM1 and P1 after switching off UV-365 nm excitation.

在光物理性能表征中，这种原位交联微球展现出了令人惊叹的性能飞跃。如图2所示，在三百六十五纳米紫外光激发下，原本柔性线性聚合物的磷光发射微弱到几乎无法用肉眼察觉，而自组装形成的聚合物微球则迸发出极强的青色室温磷光。数据表明，微球的磷光发射强度相比于交联前实现了断崖式暴涨。其最高磷光寿命达到了惊人的2020 ms，是原聚合物的七点四倍；绝对磷光量子产率跃升至34.1%，提升了六点三倍；其发光亮度更比交联前高出十倍以上。在关闭紫外光源后，微球表现出长达十七秒的肉眼可见超长余辉。更重要的是，通过替换不同的功能化发光体客体分子，该交联自组装策略展现出了极高的普适性，研究团队顺利制备出了全彩（绿、黄、红）室温磷光聚合物微球，其寿命和效率均比交联前实现了数倍至数十倍的协同提升，打破了同类聚合物发光材料的纪录。

FIGURE 3 Mechanism of Cross-linked Self-Assembly for Enhanced Brightness and Lifetimes of Polymer RTP Microspheres. (a) FTIR spectra of P1 and PM1. (b) XPS of P1 and PM1. (c) DSC curves of P1 and PM1. (d) EPR spectra of P1 and PM1 before and after 365 nm UV irradiation for 2 min. (e) ESP of weak RTP P1 determined through simulation. (f) Electrostatic potential (ESP) of strong RTP PM1 determined through simulation. (g) Energy levels and spin-orbit coupling constants of P1. (g) Energy levels and spin-orbit coupling constants of PM1. (i) Visualization of interactions in the polymeric structure of P1. (j) Visualization of interactions in the polymeric structure of PM1. (k) Distribution of different interactions via sign (λ2)ρ on IRI isosurfaces in P1. (l) Distribution of different interactions via sign (λ2)ρ on IRI isosurfaces in PM1.

为了探明其内在机理，研究人员结合理论计算与光谱实验进行了深层次的微观剖析。如图3所示，红外光谱证实了硅氧烷基团的彻底水解以及共价网络的成功构建。微分扫描量热法测试显示，微球的玻璃化转变温度从交联前的近一百度显著提升至一百二十二点五度，直接证明了网络刚性的极大增强。电子顺磁共振光谱与不同氧气氛围下的对比实验共同揭示了一个关键机制：高刚性的微球不仅本身阻隔了氧气渗透，还极大地促进了光化学耗氧过程，在紫外光照射下能迅速将内部残留的三重态氧转化为单线态氧，从而原位创造了一个“自耗氧保护”的缺氧微环境。结合密度泛函理论计算可以发现，交联自组装后分子的静电势差显著扩大，能量跃迁能隙缩小，最核心的是其单三重态之间的自旋轨道耦合常数飙升了六点三九倍，这从根本上加速了激子的系际交叉速率，使其在拥有极低非辐射速率的同时维持了高效的三重态激子捕获能力。

FIGURE 4 Photophysical Properties of Self-Assembled Polymer Microspheres under Variable Temperature Conditions. (a–l) Normalized fluorescence and phosphorescence spectra (delay = 5 ms, (a), (d), (g), (j), phosphorescence spectra (b), (e), (h), (k), and phosphorescence lifetimes (c), (f), (i), (l) of PM1-PM4 measured at 80–280 K.

FIGURE 5 Stability of High-Brightness and polymer RTP Microspheres in an Aqueous Environment. (a) Phosphorescence spectrum of PM1 in an aqueous environment with λex = 365 nm and delay = 5 ms. (b) Phosphorescence decay curve of PM1. (c) Phosphorescence spectrum of PM2. (d) Phosphorescence decay curve of PM2. (e) Phosphorescence spectrum of PM3. (f) Phosphorescence spectrum of PM3. (g) Phosphorescence decay curve of PM4. (h) Phosphorescence spectrum of PM4. Photographs showing long-lived phosphorescence emissions of PM1 (i), PM2 (j), PM3 (k), and PM4 (l) after removing the 365 nm UV light source at 40, 60, 80, 100, and 120 oC in an aqueous environment.

不仅性能优异，该微球还展现出了传统掺杂材料难以企及的极端环境抗性。如图4与图5所示，变温光谱证实了其长余辉完全来源于受控的三重态磷光发射，而非热激活延迟荧光。得益于共价网络的严密包裹，这些全彩聚合物微球在水相中表现出绝佳的 robustness 性能。在经历了长达三十分钟的高功率超声分散并放置于水中长达三十天后，其磷光光谱和寿命几乎没有任何衰减。即使在四十度到一百二十度的高温高湿水相环境中，或者面对pH值低至1的强酸、高至13的强碱侵蚀，微球依然能保持完好的球形形貌和稳定的全彩余辉显示。

FIGURE 6 Detection of VOCs. (a) Phosphorescence spectra of PM1-PVA with increasing concentrations of aniline. (b) Phosphorescence lifetime of PM1-PVA film excited at 365 nm across varying concentrations of aniline. (c) Calibration curves for the PM1-PVA film in response to aniline concentrations ranging from 0 to 9 × 10−4 mm at room temperature. (d) Phosphorescence intensity changes of PM1-PVA films at 490 nm after the addition of different VOCs for 2 min. (e) Phosphorescence lifetime changes of PM1-PVA films at 490 nm after exposure to different VOCs for 2 min. (f) Photographs of PM1-PVA films in the presence of aniline or other potential interfering agents, taken without (first row) and with (second row) aniline.

为了推进其实际工业应用，研究团队将该室温磷光聚合物微球作为敏化剂掺杂至聚乙烯醇基质中制成复合薄膜，用于环境中有毒有害挥发性有机物的可视化痕量监测。如图6与图7所示，当该薄膜暴露于致癌物苯胺蒸气中时，薄膜的磷光强度剧烈衰减，且磷光寿命从1820 ms骤减至220 ms。通过构建低浓度下的线性斯特恩-沃尔默方程，计算出该系统对苯胺的检测限低至37 nM。对比实验表明，薄膜对甲苯、二甲苯、苯乙烯等常见干扰物完全不敏感，展现出极高的特异性选择识别能力。结合电化学循环伏安法与吸光度测试，研究人员证实该淬灭过程源于还原性光致电子转移机制：苯胺的高能级轨道向激发态微球发生了高效的电子转移，从而关闭了磷光辐射跃迁。最后，团队利用微球卓越的加工性能，通过将其与环氧树脂混合模塑，成功制造了在关灯后仍能高亮发光的先进发光二极管灯罩以及多色数字化三维防伪标牌。

FIGURE 7 Proposed Mechanism for Aniline Sensing. (a) Schematic illustration for the working principle of the Aniline detection by PM1-PVA film. (b–d) Cyclic voltammetry curves of Fc, PM1, and aniline. (e,f) The absorption of PM1 and Aniline. (g) The schematic illustration of the mechanism of Aniline sensing.

总结与展望

综上所述，该研究通过巧妙的共价原位交联自组装策略，完美解决了有机聚合物室温磷光材料中长寿命与高效率互相掣肘的世纪难题，为创制兼具高亮度、长余辉与极端稳定性特征的纯有机高性能光电材料开辟了全新路径。这种全彩长寿命磷光微球在未来不仅有望在严苛工业环境下的智能气体传感器、柔性光电器件中大放异彩，更将深入推动多维度高级信息安全防伪技术的产业化落地。未来，基于该微环境调控理论，设计响应速度更快、特异性更强的多功能智能光电材料体系将成为新的研究焦点。

【Angew.Chem.】南工大陈永华等|稳达29.18%效率！全钙钛矿叠层太阳能电池的“晶核-模板”协同调控新策略

Wed, 17 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】南工大陈永华等|稳达29.18%效率！全钙钛矿叠层太阳能电池的“晶核-模板”协同调控新策略

文章标题： Hybrid Seeding‐Template Modulation of Sn–Pb Perovskite Crystallization for High‐Efficiency All‐Perovskite Tandem Solar Cells

通讯作者： Hui Xu，Zhelu Hu, Yonghua Chen

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.5595275

文章概要

引言

窄带隙锡铅混杂钙钛矿是实现高效率全钙钛矿叠层太阳能电池不可或缺的核心吸光材料。然而，由于亚锡离子与铅离子在路易斯酸碱性上存在显著差异，它们与胺卤化物前驱体反应时会引发异步成核与失控的结晶动力学，最终导致薄膜组分不均一并产生大量缺陷，这极大地限制了器件性能的进一步提升。为了攻克这一瓶颈，研究团队创新性地提出了一种混合异质晶种与生长模板调节策略。该策略通过接枝聚4-vinylpyridine（P4VP）将溴化铅铯（CsPbBr3）量子点与多孔UiO-66金属有机框架（MOF）无缝集成，构建出一种新型的多元杂化支架，从而为锡铅钙钛矿薄膜的均匀生长提供了完美的协同调控机制。

(a) Schematic diagram of UiO-66-P4VP-CsPbBr3 synthesis. Low-resolution TEM images of (b) UiO-66-NH2, UiO-66-P4VP, and UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (c) High-resolution TEM image of UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (d–g) SEM images of control, UiO-66-NH2, UiO-66-P4VP, and UiO-66-P4VP-CsPbBr3 perovskite thin films. (h, i) Schematic illustration of the crystallization of perovskite films without and with UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (j) Schematic diagram of Gibbs free energy for nucleation as a function of nuclei radius in a precursor solution without and with UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (k) The energetic diagram of phase transition without and with UiO-66-P4VP-CsPbBr3.

主要实验及结论

研究人员首先通过精细的化学合成制备了UiO-66-P4VP-CsPbBr3杂化结构，并通过透射电镜等手段证实了量子点在多孔网络中的成功锚定。动态光散射和原位光学显微镜测试表明，这种杂化晶种能够显著改变前驱体溶液中的微粒尺寸分布，诱导产生更加均匀的预成核聚集体。在结晶初期，嵌入的CsPbBr3量子点发挥了极其丰沛的异质成核中心作用，极大地降低了钙钛矿晶体生长的临界吉布斯自由能屏障，并为其提供了外延生长模板。与此同时，UiO-66配体中的羰基（C=O）以及P4VP链上的亚胺基（C=N）能够与溶液中的亚锡离子和铅离子发生强烈的配位相互作用，有效地减缓了因离子性质差异导致的快速无序组装，实现了锡铅混杂框架的同步、有序结晶。

In situ UV–vis absorption spectra of perovskite thin films (a) control and (b) UiO-66-P4VP-CsPbBr3 during the annealing process. (c, d) The TOF-SIMS, (e) vertical Sn/Pb distribution. (f, g) The PL-mapping and (h, i) GIWAXS patterns of perovskite thin films without and with UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (j, k) Intensity of the (100) diffraction peaks of control and UiO-66-P4VP-CsPbBr3 Sn–Pb perovskite films in different regions of a 1.5 × 1.5 cm2 substrates.

在薄膜微观形貌与结构均匀性的表征中，原位紫外-可见吸收光谱清晰地捕捉到了结晶动力学被成功延缓的过程，证明强配位作用让薄膜生长走上了热力学更具优势的逐步转变路径。扫描电镜与掠入射广角X射线散射分析结果显示，改性后的钙钛矿薄膜展现出显著增大的晶粒尺寸和优异的垂直取向结晶度。更重要的是，通过二次离子质谱深度剖析和稳态荧光成像空间映射发现，未改性的对照组薄膜在垂直深度和水平面上均存在严重的锡铅元素偏析和荧光强度不均，而引入杂化支架的薄膜则维持了恒定均一的组分比例，空间电荷电势波动被极大地消除，直接证实了该策略在抑制组分偏析方面的卓越成效。

(a–c) Charge density difference on the Pb/Sn perovskite surface with UiO-66-NH2, UiO-66-P4VP and UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (d) Adsorption energies and (e) vacancy formation energy of control, UiO-66-NH2 and UiO-66-P4VP-CsPbBr3 on the Pb/Sn perovskite surface. (f) The PL, (g) TRPL, (h, i) KPFM of perovskite thin films without or with UiO-66-P4VP-CsPbBr3.

为了阐明性能提升的内在机制，团队借助密度泛函理论计算了界面相互作用能与缺陷形成能。理论模型表明，UiO-66-P4VP-CsPbBr3与钙钛矿晶面之间存在强大的双齿配位结合，这显著提高了碘空位和锡空位的形成能，赋予薄膜极佳的原子级晶格稳定性和缺陷钝化能力。实验上，瞬态光电压、开路电压衰减和电化学阻抗谱等光电性能表征全面吻合了这一论断。改性后器件的内建电场明显增强，非辐射复合受到大幅度抑制，载流子寿命显著延长，电荷提取效率大幅提升。这表明多孔框架不仅规范了结晶过程，其残留在晶界处的稳定支架构造还起到了关键的缺陷钝化与电荷传输优化作用。

(a) J-V curves of Sn–Pb PSCs with optimal performance based on UiO-66-P4VP-CsPbBr3 in different regions. (b) J-V curves, (c) EQE spectra, (d) Mott−Schottky plots, (e) TPV, (f) TPC, (g, h) SCLC, and (i) EIS of control and UiO-66-P4VP-CsPbBr3-incorporated Sn–Pb PSCs.

在最优的添加剂浓度下，单结窄带隙钙钛矿太阳能电池的填充因子成功突破了81%，并实现了23.32%的光电转换效率。将该高性能窄带隙底电池与带隙为1.77电子伏特的宽带隙顶电池相结合，成功构筑了单片两端全钙钛矿叠层太阳能电池。得益于底电池极佳的薄膜质量与界面能级匹配，叠层器件最终斩获了29.18%的超高冠军转换效率，且展现出极高的一致性和极小的迟滞效应。在稳定性测试中，未封装的叠层器件在氮气保护下暗储2600小时后仍能保持初始效率的88.1%；而在模拟太阳光下进行连续500小时的最大功率点连续跟踪运行后，器件依然维持了初始效率的80%，展现出令人瞩目的运行稳定性。

(a) Structure of the all-perovskite tandem device and cross-section SEM image of all-perovskite TSCs with UiO-66-P4VP-CsPbBr3 modification. (b) J–V curves of the best-performing all-perovskite TSCs without and with UiO-66-P4VP-CsPbBr3. (c) EQE PCE distribution histogram, (d–g) Statistical deviations of _V_OC, _J_SC, FF, and PCE for control and UiO-66-P4VP-CsPbBr3-treated tandem devices. (h, i) Electroluminescence spectra of control and UiO-66-P4VP-CsPbBr3-incorporated all-perovskite TSCs. (j) The long-term stability of unencapsulated control and UiO-66-P4VP-CsPbBr3- incorporated all-perovskite TSCs is stored in N2 atmosphere. (k) Operational stability test of unencapsulated UiO-66-P4VP-CsPbBr3- incorporated all-perovskite TSCs under continuous one sun illumination in N2 at 25°C (ISOS-L-1).

总结及展望

本研究通过巧妙的微观结构与化学配位设计，成功展示了一种集“异质晶种诱导”与“多孔模板限域生长”于一体的多级结晶调控新方案。该策略不仅完美解决了锡铅混杂钙钛矿固有的结晶不均一与组分偏析痛点，更实现了材料结晶质量、薄膜均匀性以及缺陷钝化的多维度协同提升。这一成果不仅为构筑高效稳定的窄带隙钙钛矿光电器件开辟了全新路径，也为未来全钙钛矿叠层太阳能电池向工业化迈进、冲击更高的效率极限奠定了坚实的科学和技术基础。

【Adv.Mater.】中科大肖正国、程位任、杨上峰、段昌奎、佟宇|26.54%效率与卓越稳定性兼得！聚合表面钝化突破性成果

Wed, 17 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】中科大肖正国、程位任、杨上峰、段昌奎、佟宇|26.54%效率与卓越稳定性兼得！聚合表面钝化突破性成果

文章标题：Polymerized Surface Passivation for Stable and Efficient Inverted Perovskite Solar Cells

通讯作者：Yu Tong, Changkui Duan, Shangfeng Yang, Weiren Cheng, Zhengguo Xiao

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202522825

文章概要

引言

溶液法制备的钙钛矿薄膜表面不可避免地会产生卤化物空位和未配位的金属离子等表面缺陷，这严重制约了钙钛矿太阳能电池的效率与长效稳定性。尽管传统的有机铵盐小分子表面钝化策略在提升效率上取得了显著进展，但这类小分子在持续光照和热应力下极易发生脱质子、解吸或分解，导致钝化层失效并加速器件衰减。为了打破这一瓶颈，研究团队创新性地提出了一种可聚合表面钝化策略，利用同时含有不饱和乙烯基和膦酸基团的乙烯基膦酸（VPA）作为钝化材料。在低热退火下，VPA可在钙钛矿表面原位聚合成强大的网络结构，不仅增强了与钙钛矿表面的附着力，还形成了一道抵御环境水氧侵害的坚固屏障。

Polymerized surface passivation of perovskite films. (a) Schematic illustration of the limitations of PEAI as a passivation layer. (b,c), Schematic illustrations of VPA monomers (b) and PVPA (c) on the perovskite surface. (d,f) 1H NMR (d), 13C NMR (e), and FTIR spectra (f) of PVPA. (g) Binding energies of VPA and three configurations of PVPA on the perovskite surface. The binding energy is evaluated as the energy required for molecular attachment. (h) Crystal structures of perovskite surface passivated with PVPA through DFT calculations. (i) The molecular structure of PVPA configuration on top of the perovskite surface.

主要实验及结论

研究人员将乙烯基膦酸单体旋涂于钙钛矿薄膜表面，通过轻微热处理成功诱导其原位聚合为聚乙烯基膦酸（PVPA）。通过核磁共振与红外光谱测试，明确证实了乙烯基向单键碳氢链的转化及聚合反应的发生。理论计算与光电表征进一步表明，PVPA的膦酸基团与表面未配位的金属铅离子形成了强烈的共价配位键，有效修复了表面陷阱态，使非辐射复合得到显著抑制，载流子寿命从原本的六百多纳秒大幅提升至两千多纳秒。同时，均匀覆盖的聚合物钝化层改善了界面能级匹配，大幅促进了电荷的提取与输运。

Characterizations of the perovskite films. (a), Electrostatic potential (ESP) map of PEAI, and PVPA; µ represents the dipole moment of the molecule. (b,c), Steady-state (b) and time-resolved (c) photoluminescence (PL) spectra of perovskite films with and without PEAI or PVPA treatment. The lifetimes for each trace were calculated using a bi-exponential decay model. (d), C-AFM measurements of the perovskite samples under 1 V bias. All potential and current mappings were obtained under ambient light.

基于这种独特的聚合钝化层，团队成功构建了高性能反式钙钛矿太阳能电池。实验结果表明，经过PVPA处理的器件实现了高达26.54%的光电转换效率，并获得了26.24%的第三方权威认证效率，开路电压达到惊人的1.19伏。更为卓越的是器件的长期运行稳定性，在室温及连续一太阳光照下进行最大功率点跟踪测试，未封装的电池在运行1600小时后仍能保持初始效率的90%以上。即使在60摄氏度的加速老化环境下，器件在经历700小时后依然能够维持90%的稳健性能，展现出远超传统小分子钝化器件的热稳定性。

Device performance characterizations of PSCs. (a) Schematic illustration of the device structure. (b) Current density–voltage (J–V) curves of control, PEAI-, and PVPA-passivated devices. (c) J–V characteristics of the best-performing PVPA-based device certified at the National Photovoltaic Industry Measurement and Testing Center (NPVM). The reverse and forward scans are both included. (d) Photovoltaic parameter statistics of the control, PEAI-, and PVPA-treated PSCs. More than ten devices were measured under each condition. (e) The stabilized power output of the PVPA-passivated device under one sun illumination. (f) EQE of EL of the devices operated as LEDs. (g) Light-intensity-dependent _V_OC variation and linear fitted slope. (h–j) Transient photovoltage (TPV) (h), transient photocurrent (TPC) (i), and fitted electrochemical impedance spectroscopy (EIS) (j) curves of the control, PEAI-, and PVPA-treated devices.

Stability studies of perovskite films and devices. (a) Photographs of the bare perovskite films stored in ambient air: Room temperature with a relative humidity of ∼60%. (b) Steady PL stability of perovskite films. The average temperature and humidity during the test period were recorded. Error bars are included from three independent measurements, but are smaller than the marker size and therefore not clearly visible. (c,d) MPP stability tracking of unencapsulated control, PEAI-, and PVPA-passivated devices under simulated 1-sun illumination at room temperature (c) and 60°C (d), respectively.

总结及展望

这项工作成功论证了聚合表面钝化策略在攻克钙钛矿太阳能电池稳定性和效率双重难题上的巨大潜力。PVPA通过强大的共价交联网络和牢固的化学配位，完美解决了传统小分子钝化剂易脱附、易分解的致命缺陷，为实现产业化所需的长期运行寿命开辟了新途径。未来的研究可以沿着这一方向继续深化，通过探索具有更高聚合度、更强配位能力的全新可聚合钝化剂，并全面评估其在湿度、高温以及反向偏压等更复杂恶劣工况下的耐受性，从而进一步加速钙钛矿光伏技术的商业化量产进程。

【Biomaterials】浙江大学吴宏伟等|48小时快速构建、100%植入率！新型细胞环类器官攻克肉瘤精准医疗核心瓶颈

Wed, 17 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Biomaterials】浙江大学吴宏伟等|48小时快速构建、100%植入率！新型细胞环类器官攻克肉瘤精准医疗核心瓶颈

文章标题：Engineering cell ring organoids for efficient establishment of patient-derived orthotopic xenotransplantation (r-PDOX) model in sarcoma

通讯作者：Hongwei Wu, Hongwei Ouyang, Xiaowen Liang

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124382

文章概要

引言

肉瘤（包括骨肉瘤和软组织肉瘤）具有极高的异质性和罕见性，导致临床上极难找到有效的精准靶向药物。尽管原位移植动物模型（PDOX）能较好地模拟肿瘤微环境，但传统方法存在细胞利用率低、建模周期漫长（需数月）以及基质环境缺失等致命缺陷，无法满足临床快速用药指导的需求。为此，研究团队开创性地开发了一种无支架细胞环类器官平台，利用独特的几何结构与基质细胞共培养技术，成功打破了肉瘤 preclinical 模型构建的时间与效率瓶颈。

Fig. 1. Cell ring organoids fabrication and characterization. (A) Schematic diagram of patient tumor cells mixed with human fibroblasts to form cell ring organoids on the cell rings. (B) Cell ring organoids from different angles of view, including the top view (i), side view (ii), on-chip (iii), and in tissue culture medium (iv). Scale bar = 1 mm. (C) The thickness of cell ring organoids formed from different initial cell numbers (0.6, 0.8, and 1 million). Scale bar = 1 mm. (D) H&E and IHC staining of patient-derived cell ring organoids and corresponding patient tumor tissues, including the expression of α-SMA, Ki-67, and SATB2. Scale bar = 50 μm. (Data are presented as mean ± SD, one-way ANOVA and Tukey's HSD post hoc test were used).

主要实验及结论

研究人员将患者来源的原代肉瘤细胞与商业化人皮肤成纤维细胞（HSFs）按 1:1 的比例混合，在专用的微型肿瘤芯片中进行无支架自组装。实验表明，该平台在48小时内即可快速生成结构紧密、尺寸可控且无中心坏死的肿瘤环状类器官。转录组测序分析证实，这种共培养模式成功诱导了成纤维细胞向癌相关成纤维细胞（CAF）样活化，重建了高保真的肿瘤微环境，使类器官与患者原始肿瘤组织表现出高达 0.87 的基因表达强相关性，完整保留了患者特异性的分子特征。

Fig. 2. RNA sequencing analysis of patient-derived cell ring organoids and corresponding patient tumor tissues. (A) PCA analysis of patient-derived organoids OS0113, OS0114, and OS0812 and their corresponding patient tumor tissues S0113, S0114, and S0812. (B) Scatter plots of the correlation of average log2(FPKM) between the patient tumor tissues and patient-derived cell ring organoids from all three patients (Pearson's correlation). (C) Heatmap of DEG expression in individual patient samples and their corresponding organoids (FC > 1.5 or < −1.5; false discovery rate [FDR] < 0.05). Log2(RPKM), log2(reads per kilobase of transcript per million reads mapped). (D) Venn diagram of DEGs in the organoids and corresponding tumor tissues analyzed by pairwise comparisons between different patients. (E) Representative GO of biological processes enriched in patient tumor tissues and corresponding organoids in each patient compared to the other two patients.

Fig. 3. Cell ring organoid transplantation had higher tumor modeling efficiency than cell suspension injection. (A) Schematic diagram of orthotopic implantation of cell ring organoids and cell suspension injection in the femur of animals and the following assessments. (B) In vivo fluorescent imaging of tumor formation from cell suspension or cell ring organoids at the cell number of 0.6 million (B) or 1.2 million (D) and the quantification of tumor fluorescence at implantation cell number of 0.6 million (C) or 1.2 million (E). Micro-CT analysis (F) and bone destruction percentage (G) of the tumors formed by cell ring organoids compared to cell suspension formed tumors and normal tissues. (H). H&E staining imaging of normal tissue and the tumor tissues formed by cell ring organoids and cell suspension. Scale bar, Left: Scale bar = 3 mm; Right: Scale bar = 500 μm. (Data are presented as mean ± SD, unpaired Student's t-test was used; ∗∗: p < 0.01; ∗∗∗: p < 0.001; ∗∗∗∗: p < 0.0001).

在活体动物实验中，研究团队将自组装完成的细胞环整块原位移植至小鼠股骨缺损处，成功建立了新型环状原位异种移植（r-PDOX）模型。对比传统细胞悬液注射，新方法不仅简化了手术操作、杜绝了细胞泄漏，更在节省 50% 细胞用量的前提下，将模型建立时间缩短至 7 天以内，且实现了 100% 的肿瘤植入成功率。病理和显微 CT 评估显示，r-PDOX 模型完美重现了临床骨肉瘤典型的骨质破坏、骨膜新骨形成及丰富的血管新生等恶性进展特征。在此基础上，研究团队进行了初步的临床药物敏感性探索，发现该模型对临床一线化疗药物异环磷酰胺及靶向药安罗替尼的反应趋势，与相应患者的实际临床疗效展现出令人振奋的初步一致性。

Fig. 4. r-PDOX models exhibited similar therapeutic outcomes as in osteosarcoma patients. (A) Treatment regime and timeline of representative case in patients and r-PDOX models. (B) Imaging comparisons of three osteosarcoma patients before and after treatment. Scale bar = 5 cm. (C) Relative tumor size before and after treatment. (D) H&E staining of tumor tissue before and after treatment. (E) The proportion of cell necrosis before and after treatment. (F) Photographs of tumors treated with saline or IFO treatment in r-PDOX models. Scale bar = 1 cm. (G) The quantification of tumor size treated with saline or IFO of r-PDOX models. (H) The quantification of tumor size treated with saline or IFO of patients. (I) H&E staining of tumors from r-PDOX models. Scale bar = 100 μm. (J) The quantification of necrosis percentages in tumor tissues treated with saline or IFO of r-PDOX models. (Data are presented as mean ± SD, unpaired Student's t-test was used; ∗: p < 0.05; ∗∗: p < 0.01; ∗∗∗∗: p < 0.0001).

Fig. 5. r-PDOX models exhibited similar therapeutic outcomes as in metastatic soft tissue sarcoma patients. (A) Treatment regime and timeline of representative case in patients and r-PDOX models. (B-D) Comparison of pre-treatment and post-treatment pulmonary CT findings in patients with metastatic soft tissue sarcoma and lung metastases. (E) Photographs of tumors treated with saline or anlotinib treatment in r-PDOX models. Scale bar = 1 cm. (F) The quantification of tumor size treated with saline or anlotinib of r-PDOX models. (Data are presented as mean ± SD, unpaired Student's t-test was used; ∗∗: p < 0.01; ∗∗∗: p < 0.001; ∗∗∗∗: p < 0.0001).

总结及展望

这项研究成功攻克了肉瘤精准医疗中 preclinical 模型构建周期长、成功率低的长期痛点。该细胞环类器官平台不仅能在极短的时间窗口内高保真地还原肿瘤微环境与基因表达谱，其独特的空心环状结构还被证实能让巨噬细胞等免疫细胞良好存活，为未来构建多细胞免疫微环境模型奠定了坚实基础。尽管其临床预测准确性仍需在更大规模的患者队列中进行验证，但这一创新平台无疑为肉瘤以及其他基质丰富型实体瘤的药物筛选、病理机制研究及个体化精准治疗开辟了一条极具临床转化前景的新路径。

【Angew.Chem.】唐本忠院士团队华南理工秦安军|突破330℃！利用振动耦合分子工程实现有机材料创纪录的高温太阳能-热转换

Wed, 17 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】唐本忠院士团队华南理工秦安军|突破330℃！利用振动耦合分子工程实现有机材料创纪录的高温太阳能-热转换

文章标题：Molecular Engineering of Vibronic Coupling Enables High-Temperature Solar–Thermal Conversion in an Organic Material

通讯作者：Yaxin Zhai, Bin Hu, Anjun Qin

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.9694160

文章概要

太阳能-热转换是捕获太阳能最直接、最高效的途径之一。然而，传统有机光热材料由于受限于日光吸收能力弱、光热转换效率低及热稳定性差等瓶颈，工作温度普遍低于150℃，极大限制了其在高温工业领域（如聚焦太阳能发电系统）的应用。在这项工作中，研究团队通过分子工程巧妙地设计出一种具有D-≡-A-≡-D结构的新型有机光热小分子BTDyA。该材料在室外集中太阳光照射下，平衡温度可飙升至惊人的330℃，刷新了目前已报道的有机太阳能-热转换材料的最高温度纪录。在1064 nm激光照射下，其温度更可达到377℃，成功打通了有机材料走向高效高温太阳能捕获与能量存储的新通道。

引言

随着全球化石能源危机的加剧，如何高效开发和利用太阳能这一清洁、可持续的资源已成为科学界的核心课题。在诸多太阳能转化技术中，聚焦太阳能发电（CSP）技术利用反射镜将太阳光聚集并加热传热流体至300℃以上，展现出巨大的商业部署潜力。尽管无机非金属与金属材料在该领域占据统治地位，但有机材料凭借出色的结构可调性、良好的溶液加工性和较低的固有热导率，正逐渐成为极具竞争力的候选项。然而，如何在有机固态物质中同时实现全光谱强吸收、超快激发态非辐射跃迁以及极强的电子-振动耦合，从而跨越300℃的高温门槛，一直是制约该领域发展的科学难题。

FIGURE 1 Chemical structures, photophysical properties, thermal stability, and solar–thermal conversion properties of BTDyA, BTAyA, and BTDA. (a) Their chemical structures. (b) Their absorption spectra and the molar absorption coefficients (ε) in DMF solution (10 µM). (c) The UV/vis–NIR absorption spectra of their powders. (d) Their thermogravimetric analysis curves, recorded under nitrogen at a heating rate of 10 °C min−1. (e) The solar-thermal conversion equilibrium temperature of their powders (30 mg) under simulated solar light at different power densities.

主要实验及结论

为了解决这一难题，研究人员以具有强电子受体特征的[1,2,5]噻二唑并[3,4-f]苯并三唑为核心，通过引入炔键作为共轭π桥连接三苯胺供体，成功合成了对称型的BTDyA分子，如图1a所示。得益于炔键的引入，BTDyA不仅在溶液中展现出大幅提升的摩尔吸收系数，其固态粉末更表现出延伸至1500 nm的超宽光谱近红外吸收尾褶，如图1c所示，这为最大限度捕获太阳光奠定了物理基础。在光热性能测试中，BTDyA粉末在模拟太阳光及室外聚焦自然光的照射下展现出极其优异的升温响应，如图1e所示。在相同浓度的室外集中光照下，BTDyA迅速达到了330℃的历史最高光热平衡温度。

FIGURE 2 Comparison of solar–thermal conversion temperatures. The maximum solar–thermal conversion temperatures and corresponding time for reported organic materials under solar light at different irradiation intensities.

FIGURE 3 Photothermal conversion properties under NIR laser irradiation. (a) IR thermal images of BTDyA powder (30 mg) under 1064 nm laser irradiation at a power intensity of 1.8 W cm−2, and then turned off. (b) Photothermal conversion behavior of BTDyA powder under 1064 nm laser irradiation at different power densities (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, and 1.8 W cm−2). (c) Anti-photobleaching property of BTDyA powder under 1064 nm laser irradiation at a power intensity of 1.8 W cm−2 during five cycles of heating–cooling processes. The photothermal equilibrium temperatures of BTDyA, BTAyA, and BTDA powders (30 mg) under (d) 808 nm laser and (e) 1064 nm laser irradiation at different power densities.

FIGURE 4 Transient absorption and excited-state decay behavior. 3D fs-TA of (a) BTDyA, (b) BTAyA, and (c) BTDA powders in the 450–1600 nm at different time delays acquired after excitation at 400 nm. (d) Excited-state absorption (ESA) kinetic decay traces and corresponding fitting curves of BTDyA (at 544 nm), BTAyA (at 555 nm), and BTDA (at 533 nm). Ground-state bleach (GSB) kinetic decay traces and corresponding fitting curves of (e) BTDyA, BTAyA, and BTDA at 875 nm and (f) BTDyA, and BTAyA at 1064 nm.

为了探明其超高效光热转换的内在微观机制，研究团队借助飞秒瞬态吸收光谱和光诱导拉曼光谱对激子动力学及声子耦合进行了深度解密。如图4a所示，三维瞬态吸收光谱证实BTDyA粉末在受到激发后表现出最快的激发态自发衰减速率。这种超快的非辐射跃迁通路有效抑制了荧光发射等辐射损失，促使激子能量向振动能剧烈转化。更关键的是，功率依赖和温度依赖的拉曼光谱测试结果（如图5d和5g所示）表明，BTDyA在光激发下触发了极具代表性的骨架振动模式与晶格声子增强。这种强烈的电子-振动/声子耦合效应，赋予了材料将吸收入射光子高效转化为分子热运动能量的杰出本领，从而在宏观上表现出极其猛烈的温升行为。

FIGURE 5 Raman spectroscopy and molecular vibronic coupling characteristics. (a) Raman spectra of BTDyA, BTAyA, and BTDA. Regionally enlarged Raman spectra identifying key vibrational modes in (b) 850–880 cm−1, 1270–1320 cm−1, and (c) 100–200 cm−1 of BTDyA, BTAyA, and BTDA. Power-dependent Raman peak intensity variations of (d) BTDyA@862 cm−1, BTAyA@864 cm−1, BTDA@870 cm−1, (e) BTDyA@1292 cm−1, BTAyA@1291 cm−1, BTDA@1286 cm−1, (f) BTDyA@121 cm−1, BTAyA@137 cm−1, and BTDA@142 cm−1. (g) Regionally enlarged Raman spectra of BTDyA at different temperatures. Temperature-dependent Raman peak intensity variations of (h) BTDyA@862 cm−1, BTAyA@865 cm−1, BTDA@869 cm−1, (i) BTDyA@1292 cm−1, BTAyA@1289 cm−1, and BTDA@1286 cm−1.

最后，依托BTDyA优异的高温光热转换能力和优良的溶液加工便利性，研究人员开发出一种新型太阳能-热存储原型器件，并将其成功应用于熔融盐热能存储中。如图6a和6b所示，在18倍太阳光强度的室外自然光聚焦下，涂覆有BTDyA的器件表面温度迅速超越220℃，成功促使覆盖在表面的工业太阳能盐发生相变并完全熔融。而在切断光源后，熔融盐的潜在热能释放使整个器件维持了长期的温度缓释平台，如图6c所示，完美实现了太阳能转换与相变潜热存储的一体化集成。

FIGURE 6 Outdoor solar-thermal conversion and storage application. (a) Schematic diagram and digital photograph of the preparation of solar–thermal conversion devices and the process of solar–thermal melting of solar salts under concentrated outdoor sunlight. (b) IR thermal images and (c) temperature curve of solar–thermal conversion devices with/without solar salt loading under concentrated outdoor sunlight. (d) The part of cooling curves (60–76 s) and the cooling rate in different period.

总结及展望

该项研究成功推出了一种刷新历史纪录的高温有机太阳能-热转换材料BTDyA，并通过先进的光谱分析从本质上阐明了“超快激发态失活结合强电子-振动耦合”的高效产热机制。这一突破性成果不仅全面打破了有机材料无法胜任300℃以上高温光热领域的传统科学认知，还成功论证了其在太阳能高温集热和熔融盐储能技术中的实际应用可行性。面向未来，这种通过分子工程精确调控微观振动耦合的策略，将为开发下一代兼具高加工性、结构高度可定制性的先进光热转换器件与清洁能源集成系统提供极其关键的理论指导与技术支撑。

【JACS】湘潭大学刘备、阳梅|比电容达 2376 F g⁻¹！高价碘立体定向酰胺化实现 COF 高效转化，构筑高性能超级电容器

Tue, 16 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】湘潭大学刘备、阳梅|比电容达 2376 F g⁻¹！高价碘立体定向酰胺化实现 COF 高效转化，构筑高性能超级电容器

文章标题：Hypervalent Iodine-Mediated Stereotactic Amidation Enables COF-to-COF Transformation for Supercapacitors

通讯作者：Mei Yang、Bei Liu

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c01656

文章概要

引言

共价有机框架（COFs）是一类典型的晶态多孔聚合物，凭借大比表面积、永久孔隙、分子结构可精准调控等突出优势，被广泛应用于催化、气体存储以及电化学储能等多个领域。其中亚胺键连接的共价有机框架（iCOFs）可通过席夫碱缩合反应轻松制备，不仅结晶度高、孔径灵活可调，亚胺键发生质子化后还能赋予材料电化学氧化还原活性，是下一代储能电极材料的优选方向。但亚胺键固有的可逆特性，会导致 iCOFs 在酸性氧化还原电解液中化学稳定性大幅下降，同时框架内部电荷传输速率偏慢，极大制约了它的实际使用场景。目前行业内尝试过缺陷工程、单体分子结构优化、与碳基功能材料复合等多种改性方式，可这些手段要么会破坏 COF 原本的结晶度和微观形貌，要么无法从根源上解决亚胺键耐酸性不足的问题。将 iCOF 转化为化学稳定性更强的酰胺键连接 COF（aCOF）是一条可行路线，可传统氧化转化试剂很容易损毁 COF 原有结构，因此研发一种能够完整保留材料形貌与高结晶度的 COF 定向转化技术，成为该领域亟待突破的关键难题。基于上述背景，本研究提出高价碘介导的立体定向酰胺化策略，实现 iCOF 向 aCOF 的高效转化，并系统探究了转化后材料在超级电容器中的应用效果与作用机理。

Figure 1. Synthetic routes and chemical structures of the model compounds of aCOFs using hypervalent iodine-mediated stereotactic amidation.

主要实验及结论

研究团队首先在水相体系中借助酸催化席夫碱反应，合成了 AI-iCOF、BI-iCOF、AII-iCOF 三种结构不同的亚胺基 COF，随后选用亚碘酰苯（PhIO） 作为氧化剂，利用高价碘介导的立体定向酰胺化反应，将三种前驱体分别转化为对应的酰胺基 COF。研究人员结合粉末 X 射线衍射、红外光谱、X 射线光电子能谱、固体碳核磁等多项表征技术开展验证，明确证实材料中亚胺键（C=N）已完全转化为酰胺键（O=C-NH），并且转化得到的 BI-aCOF 完整保留了前驱体 BI-iCOF 的纳米球形貌与高结晶度，仅因化学键键长改变出现小幅晶格参数变化。氮气吸附测试证明材料依旧维持多孔结构，而动态接触角与 zeta 电位测试结果显示，酰胺化改性显著提升了材料表面亲水性与电荷极性，能够加快电解液浸润速度、促进电解液离子富集。团队还对比了 Oxone、亚氯酸钠两种传统氧化试剂，发现这类试剂会产生游离自由基并引发过度氧化，严重破坏 COF 微观结构，而 PhIO 氧化能力温和，反应过程不会生成扩散型自由基，这也是该转化策略能够保全 COF 形貌与结晶度的核心原因。

Figure 2. Characterization comparisons of BI-iCOF and BI-aCOF. (a) The experimental and simulated PXRD patterns and (inset) digital images, (b) top and side views of the simulated structure with the eclipsed AA stacking model. (c) FTIR spectra, (d) high-resolution XPS spectra, (e) solid-state CP/MAS 13C NMR spectra, (f) N2 adsorption isotherms, (g) SEM and TEM images, and (h) zeta potential and dynamic water contact angle analysis.

研究人员将所有制备的 COF 材料组装为 KI 强化型水系对称超级电容器，完成了全面的电化学性能测试，结果显示酰胺化改性后的 aCOF 器件，各项性能均显著优于对应的原始 iCOF 器件。综合表现最佳的BI-aCOF 在 1 A g⁻¹ 电流密度下，比电容达到 2376 F g⁻¹，能量密度高达 211 Wh kg⁻¹，而同测试条件下 BI-iCOF 的比电容仅为 1308 F g⁻¹。在倍率性能测试中，当电流密度提升至 3 A g⁻¹ 时，BI-aCOF 仍可保持 1360 F g⁻¹ 的比电容，容量保持能力远超 BI-iCOF。长循环测试的差距则更为明显，BI-aCOF 基器件在 10 A g⁻¹ 电流密度下循环 6000 次后，电容保持率依旧高达 90.7%，而 BI-iCOF 循环相同次数后容量仅剩 51.2%。受单体结构差异影响，三款 aCOF 的孔径各有不同，AI-aCOF 孔径约 1.2 nm，狭小孔道会阻碍大尺寸多碘离子传输；AII-aCOF 孔径约 2.5 nm，但电化学活性基团种类单一；只有 BI-aCOF 拥有约 3.0 nm 的适配孔径与丰富活性位点，因此整体电化学性能最为突出。此外，串联组装的器件还可成功点亮蓝光 LED，BI-aCOF 对应的 LED 亮度更高、续航能力更强，直观体现出材料的实际应用潜力。

Figure 3. Electrochemical behavior comparisons of iCOF-SCKI and aCOF-ISCKI. (a) CV curves and contour plots acquired at various scan rates, (b) log i vs log v relationships for four characteristic peaks, reflecting the current response, (c,d) diffusion-limited versus capacitive-controlled contributions. (e) GCD profiles obtained at current densities ranging from 1.0 to 10 A g–1, (f) Nyquist plots and corresponding equivalent series resistance, (g) cycling performance, (h) rate performance, and (i) Ragone plots. (j) High energy density in this work compared to representative supercapacitors and batteries in the literature. (k) The photograph of an LED lit by BI-aCOF-SCKI and BI-iCOF-SCKI.

Figure 4. Mechanistic investigations of chemical stability and iodine species storage for BI-iCOF and BI-aCOF. (a) The interlayer H-bondings in the layered structures, (b) comparison of PXRD patterns and N2 adsorption isotherms of as-synthesized, after immersion in H2SO4 (2 M) for 7d and cycling in KI-doped H2SO4 for 7d. (c) Ex situ XPS spectra and corresponding GCD curves, (d) deconvoluted I 3d spectra under A–E state for BI-iCOF-SCKI and BI-aCOF-SCKI.

为深入解读性能提升的内在机制，团队先开展了化学稳定性测试，将两种材料浸泡在 2 mol/L 硫酸溶液中 7 天后发现，BI-aCOF 依靠层间多重氢键的束缚作用，结晶度与孔结构几乎没有发生改变，而 BI-iCOF 出现了明显的结构降解，即便在 KI 掺杂电解液中完成长时间循环，BI-aCOF 也能维持结构完整，证明酰胺键从根本上提升了材料的耐酸性。团队利用非原位 XPS 技术追踪充放电全程中碘物种的价态变化，发现 BI-aCOF 可以实现 I⁻、I₃⁻、I₂之间更彻底、更高效的氧化还原转化。结合密度泛函理论计算进一步分析，酰胺键能够有效促进 π 电子离域，让 aCOF 拥有更大的 HOMO-LUMO 能隙，化学稳定性再次得到强化；同时 BI-aCOF 对各类多碘物种的吸附能更高，碘物种氧化还原反应的吉布斯自由能更低，反应的热力学驱动力更强。不仅如此，单结构单元的电子转移数也从 BI-iCOF 的 5 个提升至 BI-aCOF 的 6 个，多重优势叠加，让 aCOF 的离子吸附、扩散以及氧化还原动力学实现全面优化。

Figure 5. DFT calculations for BI-iCOF and BI-aCOF. (a) Charge distribution image and (b) the molecular orbital diagrams of repeating units. (c) The average desorption energy of I– and I2, I3– on repeating units.

Figure 6. DFT calculations and electrochemical mechanism for BI-iCOF and BI-aCOF. (a) Gibbs free energy diagram for the I2 reduction reactions on BI-iCOF and BI-aCOF. (b) Charge/discharge mechanism and corresponding redox reactions. (c) The advantages in polyiodide ion transport and adsorption of aCOF.

总结及展望

本研究成功开发出高价碘介导立体定向酰胺化这一普适性极强的 COF 定向转化新方法，有效解决了传统改性手段易破坏 COF 形貌与结晶度、亚胺基 COF 耐酸性差、循环寿命短等一系列行业痛点。该转化策略操作简便、适用范围广，能够拓展制备多种不同结构的酰胺基 COF，经过改性后的 aCOF 在 KI 增强型水系超级电容器中，同时实现了超高比电容、高能量密度与超长循环寿命，综合性能大幅超越目前已报道的各类 COF 基水系储能器件。这项工作不仅为共价有机框架的后合成功能化改性开辟了全新的技术路径，也为设计研发面向氧化还原增强型电化学储能的 COF 电极材料提供了清晰的设计思路，进一步推动了 COF 材料在高性能储能设备领域的落地与应用。

【JACS】湖南大学蒋健晖、汪凤林联手湖南师范大学刘锋|收率约 50%！新型酮缩酮桥联罗丹明打造高性能近红外化学遗传荧光探针

Tue, 16 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】湖南大学蒋健晖、汪凤林联手湖南师范大学刘锋|收率约 50%！新型酮缩酮桥联罗丹明打造高性能近红外化学遗传荧光探针

文章标题：Ketal-Bridged Rhodamines as a New Scaffold for Near-Infrared Chemigenetic Indicators with Enhanced Fluorogenicity

通讯作者：Feng Liu、Fenglin Wang、Jian-Hui Jiang

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00412

文章概要

引言

荧光成像是探索各类生命活动的重要技术手段，基因编码荧光蛋白虽然可以实现活细胞内代谢物、RNA 以及蛋白活性的动态观测，但在光谱可调性、荧光亮度和光稳定性上，都比不上小分子荧光染料。而化学遗传指示剂结合了小分子染料出色的光学特性与基因编码标签精准标记的优势，如今已经成为实现高时空分辨率细胞结构与生物活动观测的重要工具。罗丹明染料是制备这类指示剂的核心材料，它存在无色螺环内酯与高荧光两性离子的动态平衡，这一平衡关系直接决定着指示剂的荧光激活能力。过往研究尝试替换罗丹明的桥连原子，开发出硅桥、氧化膦桥等多种衍生物，虽然顺利实现了近红外发射并提升了光稳定性，但大部分改性产物的内酯 - 两性离子平衡常数偏低，即便结合标记蛋白也无法获得理想的荧光激活效果，同时这类染料还普遍存在合成步骤繁琐、整体收率不高的问题。为打破现有技术局限，本研究设计并制备酮缩酮桥联罗丹明这一全新荧光骨架，全面探究它的理化性质与生物应用潜力，希望开发出综合性能更为优异的近红外化学遗传指示剂。

Figure 1. (a) Schematic of X-bridged-rhodamines showing the correlations between emission maxima wavelength (λem, max), _K_L-Z values, and bridging groups (denoted as X). Structural modifications at the 10′ position of rhodamines significantly alter their photophysical characteristics. (b) Chemical structures for KR1–4 derivatives. (c) DFT-optimized structures of SiRh, KR1, and PRh and the calculated electrophilicity of their 9′ carbon atoms (highlighted by red circles). Right row: frontier molecular orbital plots of SiRh, KR1, and PRh, showing the HOMO and LUMO energy levels and the corresponding energy gaps (ΔE). Atom color code: H (grayish white), C (gray), N (blue), O (red). (d) Modular “bridge addition” synthesis of ketal-bridged rhodamines with high synthetic yields. Reaction yields are listed as percentages below each molecule.

主要实验及结论

研究团队首先采用密度泛函理论（DFT） 开展理论模拟计算，对比硅桥联罗丹明、氧化膦桥联罗丹明与酮缩酮桥联罗丹明的结构和电子特征，证实酮缩酮基团的吸电子能力介于硅原子与氧化膦基团之间，能够精准调控呫吨母核的电子密度，优化内酯与两性离子的动态平衡。针对传统桥联改性罗丹明合成难度大的短板，团队创新提出 “桥接加成” 合成策略，借助 DDQ 介导的氧化亲核加成反应，高效合成出四种带有不同氮烷基取代基的酮缩酮桥联罗丹明 KR1 至 KR4，整套合成流程反应条件温和，整体收率达到约 50%，相比同类型传统衍生物有明显提升。研究人员通过核磁、质谱等手段确认产物结构后，系统测试了四种染料的光学性能，所有产物的吸收和发射光谱均处于近红外区间，具备较大的摩尔消光系数与理想的荧光量子产率，整体荧光亮度比肩甚至优于商用近红外罗丹明染料；在持续激光照射下，这类染料的荧光衰减幅度远小于常用染料 Cy5，体现出优异的抗光漂白性能。

Figure 2. Normalized absorption (a) and emission spectra (b) for dyes KR1–4 in ethanol containing 0.1% (v/v) trifluoroacetic acid (TFA). Data are normalized to the absorbance maxima and emission peaks for KR1–4. (c) Photobleaching profiles for dyes KR1–4 under continuous laser irradiation (660 nm, 300 mW/cm2) using Cy5 as reference. (d) Normalized maximal absorbance in the zwitterionic forms for KR1–4 (5 μM) in water-dioxane mixtures (v/v, 0/100–80/20) as a function of dielectric constants at 25 °C. (e) Summary of photophysical properties for dyes KR1–4. All properties were measured in ethanol containing 0.1% (v/v) TFA, except for D50 and log _K_L-Z, which were determined in water-dioxane mixtures. (f) Deriving KR1–4 with HaloTag substrate via click chemistry to obtain HTKR1–4. (g) Normalized absorption and emission spectra of HTKR1 (5.0 μM) in the presence or absence of purified HaloTag protein (10.0 μM). Data are normalized to the absorbance maxima and emission peaks for HTKR1 in the presence purified HaloTag protein.

为验证该类染料作为化学遗传指示剂的实用价值，研究人员将 KR1~KR4 分别修饰 HaloTag 标签底物，得到探针 HTKR1~HTKR4，同时还制备了适配 SNAP 标签的探针 SNAP-KR1，并在体外体系中完成荧光激活性能评价。实验结果显示，游离状态下的探针几乎不存在荧光背景，当与纯化的 HaloTag 蛋白结合后，荧光强度最高能够提升23 倍，其中 HTKR1 的综合表现最为突出。该类探针仅对对应的自标记蛋白产生特异性荧光响应，对血清蛋白、各类生化小分子均无明显干扰，并且在生理常见 pH 范围内光学性能保持稳定，标记特异性十分出色。分子动力学模拟进一步揭示了荧光激活的内在机制，探针结合 HaloTag 之后，分子中的羧酸根、阳离子氮会和蛋白内部的氨基酸残基形成氢键与静电作用，以此稳定荧光型两性离子结构。和商用硅罗丹明探针 SiR-Halo 相对比，HTKR1 拥有更低的荧光背景和更高的激活倍率，体外应用性能实现了显著突破。

Figure 3. (a) No-wash live-cell confocal imaging of MCF-7 cells expressing H2B-HaloTag incubated with HTKR1–4 (1 μM) for 60 min. Scale bar, 20 μm. (b) Flow cytometry profiles of HEK-293T cells with or without H2B-HaloTag expressing labeled with HTKR1–4 (1 μM). (c) Confocal imaging and colocalization analysis of MCF-7 cells expressing ER, nucleus and plasma membrane localized HaloTag fusions labeled by HTKR1 (1 μM). Scale bar, 10 μm. (d) Confocal (left) and SIM (right) imaging of MCF-7 cells expressing TOMM20-HaloTag labeled with HTKR1 (1 μM). Right panels show magnified views of the boxed region. Scale bar, 5 μm. (e) Normalized fluorescence intensity profile along the dashed arrow in (d). Date are normalized to the maximum intensity of each profile. (f) No-wash, three-color SIM imaging of MCF-7 cells expressing COX8-EGFP and TOMM20-HaloTag, stained with Hoechst 33342 (2 μM) and HTKR1 (1 μM) for 60 min. Right panels show magnified views of the boxed region. Scale bar, 5 μm.

Figure 4. (a) Schematic of HTKR1-based chemigenetic indicator for fluorogenic imaging ROIs based on the FLIPs system. (b) Plasmid constructs and confocal fluorescence images of cells coexpressing HaloTag-fMCP and either circular RNA with MS2 tag or control circular RNA without MS2 tag, stained with Hoechst33342 (2 μM) and HTKR1 (1 μM). Scale bar, 50 μm. (c) Normalized fluorescence intensities from HTKR1 for transfected individual cells (100 cells from three independent experiments) in (c). Data are normalized to mean fluorescence intensity for cells expressing HaloTag-MCP and circular RNA with MS2 tag. (d) Schematic of the HaloTag-fMCP system for dynamic imaging of ActB mRNA translocation to SGs, marked by G3BP1-TurboRFP. (e) Confocal images of MCF-7 cells coexpressing 8 × MS2 tagged-ActB mRNA, HaloTag-fMCP, and G3BP1-TurboRFP, and labeled with HTKR1 (1 μM). Images were obtained before and 60 min after arsenite (500 μM) treatment. Zoomed-in views of the regions outlined by white boxes are shown on the right. Scale bar, 10 μm.

细胞实验证明这类探针具备良好的生物相容性与极低的细胞毒性，可安全用于活细胞成像研究。将 HTKR1 用于标记融合 HaloTag 的靶蛋白，能够精准识别定位于细胞核、内质网、细胞膜、线粒体等不同亚细胞区域的蛋白，无需洗脱未结合的探针就能完成免洗成像，细胞核与细胞质的荧光比值最高可达 60，成像对比度极佳。依托探针优秀的荧光亮度与光稳定性，研究团队开展结构光照明显微镜（SIM）超分辨成像，成功清晰分辨出线粒体膜结构、细胞膜微绒毛、内质网网状结构以及肌动蛋白纤维等细微形貌，还可以实时追踪细胞丝状伪足的弯曲、伸缩动态变化，实现了亚细胞结构的动态超高分辨观测。除此之外，发射波长超过 700 nm 的 KR4 还能和其他荧光染料搭配使用，有效规避光谱串扰问题，可支撑多色同步成像工作的开展。

Figure 5. (a) Schematic of HTKR1-based chemigenetic indicator designed for detecting PKA activity using the HaloTag fused SPARK system. (b) Confocal images of HEK-293T cells expressing HaloTag-fused SPARK system labeled with HTKR1 (1 μM) before and after the addition of β-adrenergic agonist isoprenaline (10 μM). For inhibiting PKA activity, H89 (10 μM) was added 5 min before isoprenaline stimulation (denoted as “+H89”). Scale bars, 10 μm. (c) Confocal images of HEK-293T cells expressing HaloTag-fused SPARK system labeled with HTKR1 (1 μM), acquired before and 120 s after treatment with isoprenaline (10 μM). Scale bars, 10 μm. Right row: Normalized PKA-HaloTag-SPARK signals from cells depicted in the left images at different times. Data are normalized to the maximum SPARK signal after the addition of isoprenaline. (d) Time-lapse images of the zoomed-in region from (c). Lower row: Fluorescence intensity profiles along the dashed lines in the images above. (e) HaloTag fused SPARK system for reversible imaging of PKA activity. Time-lapse fluorescence imaging of HEK-293T cells expressing HaloTag-fused SPARK system labeled with HTKR1 (1 μM) treated with isoprenaline and H89 or isoprenaline only. Scale bars, 10 μm. Right panel: Normalized PKA-HaloTag-SPARK signals from the cells in left panels. Data are normalized to the maximum SPARK signal after the addition of H89.

在蛋白成像的基础上，研究团队持续拓展该类探针的应用场景。结合自主研发的 FLIPs 体系，HTKR1 能够实现活细胞内RNA 的特异性荧光成像，还可以动态追踪 mRNA 在细胞受到外界刺激后，向应激颗粒发生转位的完整过程。同时，研究人员联合基于相位分离的 SPARK 传感体系，搭建起激酶活性检测平台，利用 HTKR1 实现了蛋白激酶 A（PKA）活性的动态成像，激酶被激活后短短数十秒内就能观测到荧光信号聚集，加入激酶抑制剂后信号又会逐步消散，完整还原出细胞内激酶活性可逆调控的特征。多项拓展实验充分证明，酮缩酮桥联罗丹明探针拥有极强的通用性，能够适配多种前沿生物检测体系。

总结及展望

本研究成功打造出酮缩酮桥联罗丹明全新荧光骨架，通过精准调控桥连基团的电子效应，优化了罗丹明分子内酯 - 两性离子的动态平衡，再搭配创新的 “桥接加成” 合成方法，一举解决了传统改性罗丹明荧光激活效果差、合成繁琐且收率偏低的两大难题。该类近红外化学遗传指示剂兼具高荧光激活倍率、优异光稳定性、强标记特异性与良好生物相容性等多项优势，不仅可以满足常规活细胞荧光成像、SIM 超分辨成像的使用需求，还能延伸应用到 RNA 追踪、细胞激酶活性检测等多个热门研究方向。依托这一新型荧光骨架，后续还可以设计合成更多光谱参数不同的衍生物，结合各类自标记蛋白标签搭建多色、多路成像体系，进一步丰富化学遗传成像工具库，也为生命科学领域的生物成像、生物传感以及细胞信号通路解析工作，提供更多高性能的荧光探针选择。

【JACS】北邮夏安东、匡卓然联手中科大周蒙|中心对称四极矩发光体的激发态对称性破缺动力学，解锁“>3 V”的级联弛豫路径

Tue, 16 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】北邮夏安东、匡卓然联手中科大周蒙|中心对称四极矩发光体的激发态对称性破缺动力学，解锁“>3 V”的级联弛豫路径

文章标题：Excited-State Symmetry-Breaking Dynamics in a Centrosymmetric Quadrupolar Emitter: Cascaded Relaxation Pathways

通讯作者：Meng Zhou, Zhuoran Kuang, Andong Xia

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c02707

文章概要

引言

中心对称的四极矩染料由于在双光子吸收、生物成像及非线性光学等领域具有巨大的应用潜力而备受关注。这类分子在基态时具有对称的电荷分布且永久偶极矩为零，但在受光激发后，受电子耦合、振动偶合以及环境极化等多种因素交织的影响，常会导致激子局域化，即发生激发态对称性破缺（ES-SB）并产生显著的双极性特征。然而，在传统光谱分析中，如何定量剥离溶剂效应与分子内支链间电子耦合对对称性破缺的贡献，并实时、直观地映射出激发态弛豫路径，一直是超快光谱学和分子光物理领域悬而未决的难点。

Scheme 1. Molecular Structural Formulas and Molecular Fragment Partition of the DAD and Its Single-Branch Analogue DA, with the Donor Highlighted in Blue and the Acceptor Highlighted in Red

主要实验及结论

研究团队精心设计了一种具有D−π–A−π–D结构的中心对称线性四极矩染料（DAD）及其单支模拟物（DA），利用覆盖紫外-可见-近红外区的宽带飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA） 技术，成功捕捉到了传统手段难以辨识的电子跃迁演化。实验巧妙地利用Laporte禁阻跃迁作为对称性变化的灵敏“对称性标记”，发现在强极性溶剂苯甲腈中，分子在光激发后首先经历约9皮秒沿对称振动坐标的对称性保持弛豫，随后在溶剂重组的驱动下，历时约42皮秒沿反对称振动坐标发生真正的激发态对称性破缺，在光谱上首次直接证实了激发态的级联弛豫路径。

Figure 1. Solvent-dependent steady-state absorption (solid lines) and fluorescence (dashed lined) spectra of DA (upper panel) and DAD (lower panel). (CHX, cyclohexane; TOL, toluene; DBE, di-n-butyl ether; CHCl3, chloroform; EtOAc, ethyl acetate; THF, tetrahydrofuran; DCM, dichloromethane; BZN, benzonitrile; DMF, N,N-dimethylformamide; ACN, acetonitrile).

Figure 2. Basis of the Lippert–Mataga plots of Stokes shift (𝜈˜abs – 𝜈˜fl) vs the solvent polarity function, Δ_f_. The solvents are (from left to right) CHX, TOL, DBE, CHCl3, EtOAc, THF, DCM, BZN, DMF, and ACN. The asterisks represent TOL and BZN solvents.

Figure 3. Evolution-associated difference spectra (EADS) and corresponding time constants obtained from global analysis of fs-TA spectra of (A) DA and (B) DAD in TOL (upper panel) and BZN (lower panel). Global spectral analysis is based on a sequential evolution model of three (A → B → C) or four (A → B → C → D) transient species for the measurements in TOL and BZN, respectively. The green and red vertical lines represent the allowed and forbidden S1 → S_n_>1 transition judged by the Laporte rule, supported by the calculations of DAD and DA in toluene (PCM) (Tables S2 and S3). The scaled stationary absorption and fluorescence spectra are shown in blue and red shading, respectively.

Figure 4. Contour plots of NIR fs-TA spectra of DAD in (A) TOL and (B) BZN. (C) ESA-band kinetic traces at 1540 nm (S1 → S2, Laporte-allowed) and 1360 nm (S1 → S4, Laporte-allowed) for DAD in TOL. (D) ESA-band kinetic traces at 1490 nm (S1 → S3, Laporte-forbidden), 1260 nm (S1 → S4, Laporte-allowed, used to replace the peak dynamics at 1360 nm for avoiding the overlapping by the S1 → S3 ESA), and 1160 nm (S1 → S5, Laporte-forbidden) for DAD in BZN. The corresponding SE shift dynamics are also plotted (gray dots) with the right y-axis for kinetic comparison in panels C and D.

为了阐明这一动力学行为的背后的物理本质，研究人员引入了融合振动偶合与溶剂化效应的三能级本质态模型，成功构建了绝热势能面并映射出对应的弛豫轨迹。理论模拟精确再现了受溶剂调控的势垒变化，解释了弱极性溶剂中因势垒极低、快速互变而导致的“假对称性破缺”现象。更为关键的是，该研究首次推导出了预测此类分子发生对称性破缺的定量通用判据，即分子的Stokes位移能量必须大于电子支间耦合能的3倍（>3 V），为理性设计和精准调控四极矩发光材料的激态行为建立起一个可预测的全新理论框架。

Figure 5. Isosurface plots of frontier molecular orbitals (FMOs) involved in the lowest S0 → S_n_>1 electronic transitions of DA and DAD at their optimized S1 geometries in TOL. (72) The dark blue and light blue arrows represent the major and the minor orbital transitions, respectively. The u and g in parentheses denote the _A_g (gerade) and _A_u (ungerade) parities, respectively.

Figure 6. Energy scheme of electronic levels of DAD. The gray and blue horizontal lines represent electronic states with _A_g and _A_u parities, respectively. Transitions between electronic states of the same parity, which are Laporte-forbidden (denoted by red arrows), become allowed (denoted by green arrows) after the ES-SB. The parity of the states is also indicated.

Figure 7. PESs of DAD in TOL and BZN. The blue surfaces and orange surfaces represent the S0- and S1-state PESs, respectively. In the left panel, the red dots indicate the minima of each PES, while the blue and red arrows represent the absorption transition and relaxation emission transition in the BZN solvent, respectively. The orange arrow represents the relaxation emission transition in the TOL solvent. In the right panel, the colored curves indicate the depth of the minima, and the black arrows show the direction of the relaxation path. The thick arrows lie on the gray plane (where x = 0), and the thin arrows indicate the direction along the x-axis.

总结及展望

这项研究系统地阐明了线性四极矩发光体在激发态下的电子与结构演化动力学，揭示了强极性溶剂介导的溶剂重组在稳定对称性破缺状态中的决定性作用，并给出了简洁的定量判据。这一成果不仅打破了传统飞秒瞬态吸收光谱在表征此类不具明显紫外-可见特征变化的局限性，更为未来通过分子工程调控新型荧光探针、人工光合作用体系以及光电转换材料的激发态电荷转移行为提供了清晰的路线图。未来，研究团队计划通过系统地调控一系列发光生色团的激子耦合与重组能，对该理论判据进行更广泛的实验验证。

【JACS】南方科技大学董哲|立体特异性超99%！南方科技大学团队开创高效Homo-Boron-Wittig反应，实现手性环氧化物一步直接转化环丙烷

Tue, 16 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】南方科技大学董哲|立体特异性超99%！南方科技大学团队开创高效Homo-Boron-Wittig反应，实现手性环氧化物一步直接转化环丙烷

文章标题：Enantiospecific Homo-Boron-Wittig Reaction: Direct Conversion of Chiral Epoxides to Cyclopropanes

通讯作者：Peiyuan Yu, Zhe Dong

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c03854

文章概要

引言

手性环丙烷是医药和农药研发中的黄金骨架，能够显著限制分子构象并提升靶点结合活性。然而，传统利用烯烃与碳烯构筑环丙烷的方法在面对复杂的多取代体系时往往无能为力。尽管将手性环氧化物作为两碳合成子进行直接转化是一条极具吸引力的路径，但以往的磷或硅介导反应因热力学阻力或极性翻转干扰，底物范围极其受限。南方科技大学研究团队受经典羰基烯化反应启发，提出利用强亲氧性金属阳离子提供热力学驱动力的创新设想，成功发展出首例锌介导的立体特异性Homo-Boron-Wittig反应，实现了手性环氧化物向密集取代环丙烷硼酸酯的一步直接转化。

Figure 1. Deoxygenative functionalization of carbonyls and epoxides. (a) Carbonyl olefination reaction. (b) Homo-Wittig reaction. (c) Epoxide anion relay chemistry. (d) The Homo-Boron-Wittig reaction proceeds through a zinc-mediated pathway that enables OBpin to function as an effective leaving group.

主要实验及结论

研究人员首先对图1所示的反应设计进行了热力学与机理剖析。由于环氧化物与硼稳定碳负离子加成生成的五元环状硼酸盐中间体性质极其稳定，常规条件下脱氧环丙烷化完全无法自发进行。为此，团队通过筛查22种金属盐，发现引入廉价易得的溴化锌（ZnBr2） 作为核心促进剂时，能表现出令人惊叹的协同效应，以高达82%的化学收率和大于99%的立体特异性顺利触发脱氧环丙烷化反应。

Table 1. Initial Screening of Different Metal Salts for the Deoxygenative Cyclopropanation Reactiona

Table 2. Zinc Salt Effect on the Deoxygenative Cyclopropanationa

Table 3. Reaction Scope of Different Epoxidesa

Table 4. Reaction Scope of Different Alkylboronic Estersa

Table 5. Merging Polysubstituted Coupling Partners Together to Access Highly Substituted Cyclopropanesa

在随后的底物拓展中，该体系展现出强大的普适性与官能团耐受性。无论是单取代、1,2-二取代、1,1-二取代还是空间位阻巨大的三取代环氧化物，甚至包括含有嘧啶、噻唑等路易斯碱性杂环的复杂体系，均能顺利发生转化。难能可贵的是，使用光学纯底物时，反应均表现出大于99%的立体特异性保持，其立体化学本质为相关反应中心的完全构型翻转。针对多取代体系中可能出现的重排竞争，如方案1所揭示，团队明确了底物位阻和锌盐的阳离子特性是调控Homo-Wittig路径与三位变性重排（Triatropic Rearrangement）路径的决定性筹码。

Scheme 1. Homo-Witting Reaction versus Triatropic Rearrangements: Steric Hindrance and Zinc Salts Both Contribute to the Chemoselectivity

Scheme 2. Self-Correction of Reaction Diastereoselectivity via the Radical Cross-Coupling Strategy

为了解决部分密集取代产物非对映选择性不够理想的瓶颈，团队精妙地引入了方案2中的自由基交叉偶联策略。通过将环丙烷硼酸酯中间体原位转化为三氟硼酸盐，并结合金属光氧化还原催化，成功将产物的非对映异构体比例（d.r.）由初始的3:1大幅拉升至10:1。更为关键的是，这一自由基“自修正”过程完美保留了99%的对映体过量值（ee），实现了选择性的高效转化。

Figure 2. Preliminary mechanism study to probe the organozinc intermediate and DFT study. (A) Selective quenching of the possible organozinc intermediate with deuterated acetic acid. Control experiments strongly support the formation of the organozinc intermediates. (B) Intermolecular deoxygenative borylation of benzylic alcohols further proved that boron-to-zinc transmetalation was feasible at the elavated temperature. (C) Detailed computational study supporting the boron-to-zinc transmetalation mechanism and the key intramolecular nucleophilic substitution step.

最后的机理探究（图2）深入揭示了锌盐独特的化学本质。氘代淬灭控制实验直接证实了在高温条件下发生的高选择性硼-锌转金属化过程，从而形成了关键的有机锌中间体。结合密度泛函理论（DFT）计算，研究确证整个反应经历了一个协同的、分子内SN2型取代过渡态。这种分子内顺式位移不仅规避了空间位阻带来的巨大熵判罚，也完美解释了实验中观察到的立体构型完全翻转的现象。

总结及展望

该研究成功攻克了传统Homo-Wittig反应局限于简单底物的历史难题，开创性地利用锌介导的手性构型翻转策略，构筑了一系列极具合成挑战性的叔醇硼酸酯以及三取代、四取代甚至五取代的手性环丙烷支架。反应基于独特的硼-锌转金属化和协同分子内取代机制，不仅操作简便、原料廉价，还通过自由基偶联实现了立体选择性的“自我修正”。这一普适性方法为复杂手性药物中间体的放大合成提供了高效、绿色的全新路径，在现代药物化学及精细化工领域展现出巨大的产业化应用潜力。

【JACS】195m-Pt核素标记直击病灶：在体成像揭示光活化铂类抗癌前药的神秘体内足迹

Mon, 15 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】195m-Pt核素标记直击病灶：在体成像揭示光活化铂类抗癌前药的神秘体内足迹

文章标题：In Vivo Imaging of a Photoactivatable Platinum Prodrug by Metal-Centered Radiolabeling

通讯作者：Peter J. Sadler, Cinzia Imberti

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c05292

文章概要

引言

金属基光活化前药作为一种创新的精准抗癌策略，能够通过光照在特定时间和空间内精准释放毒性，从而显著降低传统化疗带来的全身毒副作用。然而，这类药物在生物体内的真实代谢轨迹和命运一直是个难以攻克的谜题。以往的研究大多依赖于对药物分子进行结构改性来引入荧光或放射性标记，但这种“改头换面”的伪装往往会改变药物自身的理化性质，导致最终观察到的数据无法真正代表原型药物。为了突破这一瓶颈，研究团队成功开发出一种全新的中心金属放射性标记方法，利用具有亚稳态的铂-195m（195m-Pt） 同位素直接替换前药中心的非放射性铂。这种方法在完美保留药物分子原有化学结构和光反应活性的前提下，首次实现了对光活化铂前药在生物体内最真实、最直接的放射性追踪，为金属药物的临床转化和给药光照方案的精准优化铺平了道路。

主要实验及结论

为了顺应放射性核素的半衰期并满足临床前评估的需求，研究人员首先对原有的繁琐合成路线进行了深度改造。他们开发出一种高度简化的单反应器多步放射性合成技术，在短短的九小时内，在暗光保护下通过单体分子的逐步配位和氧化，成功制备出高纯度的光活化铂前药。高效液相色谱法（RP-HPLC）和质谱分析结果一致表明，带有放射性标记的药物与非放射性标准品具有完全相同的保留时间和分子特征，且在紫外-可见吸收光谱中展现出特征性的电荷转移带。令人欣喜的是，该药物展现出了极佳的暗处稳定性和抗辐射分解能力。在与人血清及尿液共同孵育的实验中，药物展现出典型的小分子行为，与血清蛋白的结合率极低，且在完全黑暗的环境下能以原型稳定存在数小时，而一旦给予蓝光照射则能迅速发生光还原并释放出多种光解产物。

随后，研究团队利用单光子发射断层扫描与电脑断层扫描（SPECT/CT）技术，在健康小鼠和荷瘤小鼠体内开展了纵向的活体成像追踪，并与临床经典的顺铂进行了直观对比。静脉注射后，放射性标记的铂前药在两种小鼠模型中均表现出极快的血液清除速度，主要通过肾脏进行排泄。然而，在注射二十四小时后，成像结果呈现出一个令人意想不到的独特现象，即放射性信号高度集中且持久地留存在膀胱壁组织中。这种强烈的膀胱特异性聚集在顺铂对照组中完全没有出现，顺铂在后期主要呈现为肝肾部位的弥漫性残留。离体生物分布的定量分析进一步证实，前药在注射两小时后便在膀胱组织中达到了极高的蓄积量，且在二十四小时后依然保持显著残留。尿液分析表明排泄出的铂类物质中有绝大部分仍为前药原型，这意味着原型前药在尿液环境中的高度稳定性与其在膀胱壁的独特粘附和蓄积行为密切相关。鉴于该系列药物先前已在膀胱癌细胞系中证实具有极高的光细胞毒性，这一意外的体内器官靶向性为其未来的临床应用指明了全新方向。

总结及展望

这项研究成功攻克了光活化金属药物体内示踪的长期大卡脖子难题，充分证实了中心金属放射性标记在揭示药物真实体内命运方面的独特优势。与以往那些通过修饰螯合剂引入镓-68等核素从而掩盖了药物原有药代动力学特征的间接标记方法相比，这种直接标记技术能够不着痕迹地还原铂中心的真实行踪。前药在膀胱壁展现出的自发性高度蓄积以及持久的组织滞留特性，使其直接跨入了下一代膀胱癌精准光化学疗法极具潜力的候选药物行列，可望与目前临床正在评估的钌基光动力药物交相辉映。从更广泛的科学意义来看，随着全球范围内钌、铼、镥等多种多功能医学放射性核素制备技术的革新以及高分辨率临床前成像设备的普及，这种不改变结构的金属中心标记策略将彻底激活化学生物学界对新型金属药物的研发热情，全面开启无创分子成像驱动的无机医药化学新纪元。

【Adv.Mater.】江西师范大学罗军华等|灵敏度达9645.2！超窄间距3.09 Å极性无铅钙钛矿解锁自驱动X射线探测新纪录

Mon, 15 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】江西师范大学罗军华等|灵敏度达9645.2！超窄间距3.09 Å极性无铅钙钛矿解锁自驱动X射线探测新纪录

文章标题：Ultranarrow‐Spaced Polar Green Aromatic Dion–Jacobson Hybrid Perovskite Enables Highly Sensitive and Stable Self‐Powered X‐Ray Detection

通讯作者：Panpan Yu, Zeng-Kui Zhu, Junhua Luo

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73657

Inserting a 4AMPY aromatic organic diamine cation into 3D centrosymmetric HP Cs2AgBiBr6 to construct 2D polar green aromatic DJ-type HP (4AMPY)2AgBiBr8.

文章概要

引言

极性晶体材料由于内部正负电荷中心不重合，能产生自发极化并形成内置电场。在光照或射线辐射下，这种内置电场可直接驱动光生载流子发生定向分离，从而实现无需外加偏压的自驱动光伏效应。这种特性在低功耗、低噪声的X射线探测领域具有巨大的应用潜力。然而，传统的极性材料往往面临制备工艺复杂、晶体生长困难且成本高昂等挑战。近年来，二维狄翁-杰各布森（DJ）型杂化钙钛矿因其层间距短、能有效抑制离子迁移而成为研究热点。但在以往研究中，多数DJ型钙钛矿仍依赖有毒的铅元素，且采用的脂肪族胺具有较低的介电常数，限制了电荷传输效率。开发新型、环境友好且兼具高稳定性的极性芳香族DJ型无铅钙钛矿探测材料，一直是该领域亟待突破的瓶颈。

(a) High-quality large crystal photo of 1. (b) Analysis diagram of strong hydrogen bonding forces in the structure. (c) Hirshfeld surface analyses of the 4AMPY2+ cations, and the light red dots represent N-H···Br and C-H···Br hydrogen bonds. (d) The corresponding 2D fingerprint plots analyzed. (e) The interlayer distance of 1. (f) Comparison of interlayer distance and density with other double perovskites. FPEA, R-MPA, CPA, PA, DFPD, HA, BDA represent (FPEA)4AgBiBr8 [32], (R-MPA)4AgBiI8 (R-MPA = R-β-methylphenethylammonium) [38], (CPA)4AgBiBr8 (CPA = chloropropylammonium) [39], (PA)4AgBiBr8 [34], (DFPD)4AgBiI8 (DFPD = 4,4-difluoropiperidinium) [40], (HA)4AgBiBr8 [33], (BDA)4AgBiBr8 (BDA = 1, 4-butanediamine) [41].

主要实验及结论

研究人员通过在经典的三维双钙钛矿框架中引入芳香族双胺阳离子（4AMPY），成功诱导结构重构，制备出具有极性空间群的二维DJ型无铅杂化钙钛矿单晶。结构表征与理论计算表明，该晶体内部形成了极其紧密的层间氢键网络，有效消除了层间范德华间隙，使其层间距达到了极窄的3.09 Å。这种独特的芳香族阻挡层结构不仅大幅增强了晶格刚性，还赋予了材料高达8.64×10¹⁰ Ω·cm的电阻率和低至1.17×10¹⁰ cm⁻³的缺陷态密度，在晶体内部搭建了极其平滑且高效的电荷传输通道。

(a) The absorption coefficient of crystal 1 at different wavelengths and the calculated optical band gap (inset). (b) The density functional theory (DFT) calculations of 1. (c) The resistivity of 1. (d) The defect density of 1 was measured by the SCLC method. (e, f) SEM and AFM images of 1.

(a) The absorption spectra of 1, Si, α-Se, (HIS)2AgSbBr8, and (HIS)2AgBiBr8. (b) Attenuation efficiency of 50 keV X-ray photons under different thicknesses for 1, Si, α-Se, (HIS)2AgSbBr8, and (HIS)2AgBiBr8. (c) The 𝜇𝜏 product values of 1. (d) Photovoltage of device 1 measured under different X-ray irradiation doses. (e, f) The X-ray response intensity of device 1 under 0 V bias and 100 V bias. (g) The dependence of the response intensity of device 1 on dose rate under different biases. (h) The sensitivity of device 1 obtained by fitting under different biases. (i) Detection limit of device 1 under 0 V bias.

在探测性能测试中，该材料由于其固有的非中心对称结构与自发极化效应，在X射线照射下展现出显著的大块光伏效应，产生了0.68 V的内置光电压。得益于优异的载流子收集与传输效率，该单晶器件在0 V和100 V偏压下分别实现了661.4和9645.2 µC Gy⁻¹ cm⁻²的超高灵敏度，并获得了12.3 nGy s⁻¹的极低探测极限。此外，晶体内部高达0.87 eV的离子迁移活化能有效抑制了高压下的缺陷漂移，使器件在无封装状态下暴露空气三个月后，仍能保持96%以上的初始灵敏度，展现出卓越的辐射耐受性与长期储存稳定性。

(a) PXRD patterns of 1 after being left unpackaged for 1 and 3 months, respectively. (b) The initial _I_drift value of sample 1 and the value after being left unpackaged for 3 months. (c) The _I_drift values of device 1 compared with other HP materials. (d) Compare the X-ray response of device 1 with the initial value after three months. (e) Compare the detection sensitivity of device 1 with the initial value after three months. (f) Compare the detection limit of device 1 with the initial value after three months. (g) The radiation resistance stability of device 1.

总结及展望

这项研究通过精妙的材料结构设计，成功将强刚性的芳香族双胺分子嵌入无铅双钙钛矿体系中，不仅实现了晶体由中心对称向极性结构的转变，还兼顾了极高的探测效率与环境稳定性。超窄的层间距与强大的层间氢键相互作用，共同赋予了该材料在自驱动模式下打破历史纪录的探测灵敏度，以及远超商业化非晶硒材料的超低探测下限。这一成果为设计下一代环保、低功耗且高灵敏度的极性杂化钙钛矿辐射探测器提供了全新的创制思路，未来有望在临床医学影像、安全检查以及低功耗智能传感等领域发挥重要的产业应用价值。

【Angew.Chem.】吉林大学张红雨|突破固定输出！新型柔性有机晶体实现730-824 nm近红外光波导双模态智能调控

Mon, 15 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】吉林大学张红雨|突破固定输出！新型柔性有机晶体实现730-824 nm近红外光波导双模态智能调控

文章标题：Breaking the Fixed Output: Harnessing Photonic Reabsorption and Photothermal Effects for Tunable NIR Waveguiding in a Flexible Organic Crystal

通讯作者：Hongyu Zhang

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5856537

文章概要

吉林大学张红雨教授团队开发了一种名为DPTD的近红外柔性有机晶体，首次在单晶中协同利用光子再吸收和光热驱动荧光失活机制，实现了光波导输出波长与强度的双模态远程可逆调控。该研究打破了传统有机晶体输出波导固定的局限，为开发智能全光网络和微纳光子器件提供了全新策略。

引言

柔性有机晶体因其高度有序的分子排列和优异的柔韧性，在集成光子器件领域展现出巨大潜力。然而，传统有机晶体光波导的输出波长和强度通常由其固有的分子结构决定，难以在单一晶体中进行连续可逆的动态调制。同时，现有的调控手段多依赖物理接触或化学环境改变，无法满足智能光网络对远程、快速和非接触式调控的要求。针对这一难题，研究团队设计并构建了兼具优异机械弹性与近红外发射特性的光波导晶体，成功攻克了这一瓶颈。

FIGURE 1 Molecular structure, crystal morphology, mechanical properties, and optical characteristics of DPTD. (a) Chemical structure of the DPTD molecule. (b) Photographs of DPTD in dichloromethane solution, under daylight and 375 nm ultraviolet excitation. (c, d) Absorption and emission spectra of DPTD in solvents with different polarities. (e) Photographs of DPTD single crystals under daylight and 375 nm ultraviolet irradiation (scale bar: 5 mm). (f) Reversible elastic bending behavior of a DPTD single crystal under external force (scale bar: 5 mm). (g) Three-point bending test results of DPTD crystals. (h) Nanoindentation test results of DPTD crystals. (i) Absorption and emission spectra of DPTD crystals. (j) CIE 1931 chromaticity coordinates of DPTD crystal emission. (k) Time-resolved photoluminescence decay curve of a DPTD single crystal.

主要实验及结论

研究人员首先设计合成了具有强烈分子内电荷转移特性的目标分子DPTD。如图1所示，该分子使晶体发射光谱红移至近红外区域，展现出高达37%的绝对荧光产率，且其吸收与发射光谱存在显着重叠，三点弯曲测试表明晶体具有优异的可逆弹性弯曲性能。为了阐明机械弹性的结构起源，单晶X射线衍射分析（如图2所示）表明，DPTD分子通过强链内氢键形成一维分子链，而链间通过较弱的π-π堆积结合，这种弱相互作用的滑移与强氢键的束缚协同作用，保证了晶体在宏观上的稳定弹性形变与恢复。

FIGURE 2 The crystal structure, intermolecular interactions, and energy frameworks of DPTD single crystals. (a–c) Packing structures of DPTD single crystals. Dashed lines in different colors indicate π–π stacking interactions (red), C–H···N hydrogen-bonding interactions (blue), and C–H···O hydrogen-bonding interactions (green). (d, e) Energy framework calculated using CrystalExplorer. (f) Electrostatic potential map of the DPTD molecule.

随后，研究人员对其光波导调控行为进行了深入探究。如图3所示，由于独特的自吸收效应，随着光传播距离的增加，高能光子被反复吸收并重新发射，导致波导输出峰值波长成功实现了从730 nm到824 nm的连续大幅度红移。此外，晶体还展现出杰出的光热转换效率。如图4所示，在660 nm激光照射下，晶体表面温度在4秒内迅速升至147°C以上，展现出极快的响应速度，并且在100次连续循环中保持了完美的结构完整性。

FIGURE 3 Optical waveguiding behavior and light propagation-based wavelength modulation in DPTD single crystals. (a, b) Optical waveguide images of straight (a) and bent (b) DPTD single crystals under 375 nm ultraviolet excitation. (c, d) Waveguide output spectra of straight and bent DPTD single crystals recorded at different light propagation distances. (e, f) Dependence of the intensity ratio between the output end and the excitation point (Itip/Ibody) on propagation distance for straight and bent DPTD single crystals. (g, h) Dependence of the waveguide output peak wavelength on propagation distance for straight and bent DPTD single crystals.

最终，通过将光热效应与温度依赖性荧光淬灭机制相结合，研究团队构建了光热驱动的波导强度调制系统。如图5所示，晶体荧光强度在温度超过64.5°C后表现出明显的急剧淬灭。利用激光辐照功率精细调节晶体温度，使光激发生成荧光与光热引发荧光淬灭这两者相互竞争，成功实现了对波导输出强度的远程非接触式精密调制，该系统在200次交替切换循环中表现出极高的稳定性和耐用性。

FIGURE 4 Photothermal conversion of DPTD crystals under 660 nm laser irradiation. (a) Schematic arrangement of the experimental setup for photothermal measurements. (b) Infrared thermal images of a DPTD single crystal recorded under a laser irradiation intensity of 1.61 W·cm−2, showing the heating and cooling processes. (c) Temperature–time profile corresponding to the crystal heated by 660 nm laser of 1.61 W·cm−2. (d, e) Heating and cooling curves of a DPTD single crystal under different laser irradiation intensities. (f) Dependence of the maximum surface temperature on the laser irradiation intensity. (g) Heating rate calculated from the temperature–time profiles. (h) Photothermal durability test of a DPTD single crystal over 100 consecutive heating–cooling cycles under an irradiation intensity of 1.61 W·cm−2.

FIGURE 5 Photothermal-driven modulation of waveguide output intensity in DPTD single crystals. (a) Schematic illustration and corresponding photograph of the experimental setup for thermal fluorescence quenching measurements. The scale bar is 5 mm. (b) Fluorescence spectra of a DPTD single crystal recorded at different temperatures. (c) Dependence of the fluorescence peak intensity on temperature, showing a two-stage quenching behavior with a well-defined threshold. (d) Schematic illustration of the photothermal modulation setup, where 375 nm ultraviolet light serves as the excitation source and a 660 nm laser is used for photothermal control. (e, f) Waveguide output spectra and corresponding intensity variations under different 660 nm laser irradiation intensities. (g) Schematic illustration and photograph of the experimental setup using only a 660 nm laser as both the excitation and photothermal source, and corresponding thermal image. The light transduction distance is 8 mm. (h, i) Waveguide output spectra and corresponding peak intensity variations under different laser irradiation intensities, revealing the competition between optical excitation and photothermal-induced quenching. (j) Stability of the waveguide output intensity during repeated switching of the laser irradiation intensity.

总结及展望

本研究通过创新性地协同光子再吸收与光热效应，完美实现了单一近红外柔性有机晶体中输出波长（730-824 nm）与强度的双模态可逆调控。这种非接触、结构保存完好的调制策略，不仅大幅拓展了柔性有机晶体光波导的近红外调控性能，更为未来开发高度集成化、可重构的微纳光子器件及下一代智能光通信技术奠定了坚实的材料与物理基础。

【Angew.Chem.】吉大王悦、魏金北联手季华实验室梁宝燕|护眼与高清兼得！最大EQE达36.1%的深蓝光MR-TADF材料打破显示“三难困境”

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】吉大王悦、魏金北联手季华实验室梁宝燕|护眼与高清兼得！最大EQE达36.1%的深蓝光MR-TADF材料打破显示“三难困境”

文章标题： Molecular Conformation‐Locking for Eye Care and Highly Efficient Narrowband Deep‐Blue Organic Electroluminescence

通讯作者： Xinliang Cai, Baoyan Liang, Jinbei Wei, Yue Wang

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.4464375

文章概要

引言

开发高性能深蓝光发光材料是先进显示技术领域的重大挑战，不仅需要满足极为苛刻的色度学标准，还要尽可能降低对视网膜的辐射损伤。理想的深蓝光材料需要同时具备超窄的发光半峰宽、精准的深蓝光发射峰位置，以及在四百五十纳米以下高能紫外/蓝光波段极低的发光强度。然而，传统的分子构型锁定或共轭扩展策略往往会导致发光红移，难以维持深蓝光色坐标。本研究针对这一痛点，提出了一种创新的骨架刚性化与构型锁定策略，通过在经典的经典多共振热活化延迟荧光材料母体中融合五元氧杂杂环，成功攻克了高色纯度与视觉健康无法兼顾的行业难题。

The strategy for development of deep-blue MR-TADF emitter with ultra-narrow FWHM utilizing v-DABNA as the parent molecule.

主要实验及结论

研究人员以经典的ν-DABNA为母体结构，成功合成了目标分子ν-DABNA-O。单晶X射线衍射测试结果表明，新分子内部形成了非常明确的C–H···O分子内非共价键锁定网络，键距在二点六七埃左右，远低于非共价相互作用的经验阈值。这种精细的构型锁定使分子整体呈现出极高的平面性，内部二面角较母体结构大幅度缩小，有效抑制了 triphenylboron 核心平面的大振幅扭转振动。理论计算与动力学模拟同样证实，这种构型锁定大幅度降低了重组能，使模拟振动光谱与实验数据高度吻合。

Single-crystal x-ray structures of (a) ν-DABNA and (b) ν-DABNA-O.

在光物理性能表征中，ν-DABNA-O表现出极为优异的综合发光特性。在稀甲苯溶液中，该分子表现出极为尖锐且具有精细振动结构的吸收带，最大发光峰精准定位于四百六十点四纳米，其半峰宽仅为十二纳米。与母体材料相比，新材料实现了明显的发光蓝移和光谱压缩，色坐标达到了优异的（0.136, 0.060）。更为关键的是，由于非辐射跃迁途径被成功压制，该材料在去氧甲苯溶液中的绝对荧光产率高达百分之九十八。

HOMO and LUMO distributions and oscillator strengths for ν-DABNA (top) and ν-DABNA-O (bottom) calculated at the B3LYP/6–31G(d, p) level, respectively.

(a) Theoretical estimation of reorganization energies and (b) Huang-Rhys factor versus frequency plots for ν-DABNA and ν-DABNA-O. (c-d) The representative vibration modes for S1→S0 transition of ν-DABNA and ν-DABNA-O. (e) Simulated emission spectra of ν-DABNA and ν-DABNA-O by Franck–Condon analysis of S1→S0 transition.

为了评估其实际应用潜力，研究团队制备了多层有机发光二极管器件。在非敏化器件中，最优掺杂浓度的器件实现了出色的深蓝光发射。为了进一步抑制高电流密度下的效率滚降，研究人员引入了铂配合物作为磷光辅助客体构建了磷光敏化热活化延迟荧光器件。该敏化器件在保持色坐标（0.135, 0.091）和超窄半峰宽的同时，实现了高达百分之三十六点一的最大外量子效率，且在实际应用亮度下表现出极其平缓的效率衰减。定量光谱分析表明，该器件在四百五十纳米以下的高能有害蓝光波段积分面积仅占总光谱的百分之二左右，展现出无与伦比的护眼特性。

Photophysical properties of emitters. (a) The UV–vis spectra and fluorescence spectra of ν-DABNA and ν-DABNA-O in diluted toluene. (b) The transient photoluminescence decay curves in doped films. (c) Radar diagram showing the key photophysical properties of the emitters (the outer area is better). FWHM = full-width at half-maximum (in toluene); _k_r = fluorescence radiative decay rate (in film); _Φ_PL = photoluminescence quantum yield (in toluene); _λ_PL = maximum emission peak wavelength (in toluene); CIEy Coordinate (in toluene).

EL performances of the v-DABNA-O-based PSF device. (a) Device structure, (b) EL spectra, (c) EQE-luminance curves and (d) EL performances at 1000 cd m−2 of high color purity MR-based OLED devices with FWHM ≤ 25 nm ever reported.

总结及展望

本研究通过精妙的分子设计，在多共振骨架中引入微弱的非共价相互作用，成功实现了对分子几何构型和前线轨道能级的精准双重调控。该策略不仅赋予了材料接近完美的荧光效率和极高的色纯度，更通过精细的光谱整形技术，大幅削减了显示器件中的有害高能蓝光成分。这一成果不仅为深蓝光多共振材料的设计开辟了全新路径，也为未来开发兼顾极致色彩画质与优异生物兼容性的新一代健康显示技术奠定了坚实的材料基石。

【Adv.Mater.】天大龚俊波、付红兵、张海华|突破 trade-off！新型手性锰基共晶金属卤化物实现 98% 荧光量子产率与超高圆偏振发光

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】天大龚俊波、付红兵、张海华|突破 trade-off！新型手性锰基共晶金属卤化物实现 98% 荧光量子产率与超高圆偏振发光

文章标题：Chiral Manganese Halide Co‐Crystals: A New Avenue for Efficient Circularly Polarized Luminescence

通讯作者：Haihua Zhang, Hongbing Fu, Junbo Gong

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73383

文章概要

引言

手性金属卤化物由于其多变的结构和优异的光电特性，在圆偏振发光（CPL）领域展现出巨大的应用潜力。然而，如何在获得高发光不对称因子（$g_{lum}$）的同时保持高荧光量子产率（PLQY），一直是该领域面临的巨大挑战。这主要是因为传统的合成方法依赖于手性配体与无机卤化物单元之间的氢键作用，在传递手性的同时，氢键也必然会引起无机多面体的结构畸变，从而增强电子-声子耦合，激发出大量的非辐射复合通道，最终导致发光效率大幅度跌落。

Crystal structures of the enantiomeric pair. Chemical structures and molecular configurations of chiral ligands R-DMCDA (a) and R-TMCDA (b) in the crystal. Hydrogen bonding in R-1 (c) and R-2 (d), with dashed lines representing N─H···Br interactions. (e) Mirror-symmetric structures of R-2 and S-2 viewed along the a-axis (H atoms omitted). (f) Packing of [R-TMCDA·Br]+ and [MnBr4]2− in R-2, and (g) schematic of the co-crystal.

主要实验及结论

研究团队独辟蹊径地提出了一种配体工程策略，通过增加空间位阻巧妙地避开了传统的氢键相互作用。实验选用结构紧密相关的环己烷二胺衍生物作为配体，对比了传统氢键组装的金属卤化物和新型共晶变体。在新型手性锰基共晶金属卤化物中，空间位阻更大的手性配体优先与游离的溴离子结合形成复合阳离子，进而通过库仑相互作用与无机四面体单元交替排列，构筑出独特的离子型共晶盐架构。这种创新的晶体组装模式从根本上消除了配体与无机单元之间的直接氢键，使无机四面体展现出几近理想的对称性，成功抑制了结构畸变。

DFT-calculated electronic properties of R-1 and R-2. Band structures and partial density of states (PDOS) for R-1 (a) and R-2 (b). Electron density distributions of the valence band maximum (VBM) and conduction band minimum (CBM) for R-1 (c) and R-2 (d).

Luminescence properties of R-1 and R-2. Schematic of the [MnBr4]2− tetrahedron distortion in R-1 (a) and in R-2 (b). Photoluminescence excitation and emission spectra of R-1 (c) and R-2 (d), respectively. Time-resolved PL curves of R-1 (e) and R-2 (f) under 380 nm excitation, monitored at 525 and 510 nm respectively.

光谱分析与理论计算结果表明，该共晶材料的黄昆因子大幅度降低，非辐射跃迁速率直接下降了接近三个数量级，使辐射复合在激发态动力学中占据绝对主导地位。得益于这种精细的微观结构调控，该共晶金属卤化物在保持优异圆偏振发光性能（发光不对称因子达到 $7.4 \times 10^{-3}$）的同时，一举实现了高达 98% 的近乎完美的荧光量子产率。最终，决定发光器件综合性能的品质因数（FOM）高达 $7.25 \times 10^{-3}$，相比传统氢键连接的同类材料直接提升了一个数量级以上，刷新了同类绿色发光材料的性能纪录。

Electron–phonon coupling in R-1 and R-2. (a,b) Temperature-dependent steady-state PL spectra of _R-_1 (a) and _R-_2 (b). (c,d) Temperature dependence of the FWHM for _R-_1 (c) and _R-_2 (d), with fits to determine the Huang–Rhys factor S. (e,f) Temperature-dependent time-resolved PL decay traces of polycrystalline _R-_1 (e) and _R-_2 (f).

Circular dichroism (CD) spectra of polycrystalline R/S-1 and R/S-2.

Circularly polarized luminescence (CPL) performance of R-1 and R-2. CPL emission spectra and _g_lum vs. wavelength curves for R/S-1 (a–b) and R/S-2 (c,d), under 380 nm excitation. (e) Comparison of Figure of Merit (FOM) with previously reported Mn(II)-based tetrahedral green-emitting materials.

总结及展望

这项研究成功打破了手性金属卤化物发光效率与发光不对称因子之间长期存在的此消彼长的唯象限制。通过引入共晶工程，在维持高 chiroptical 极化活性的同时极大地优化了发光效率，为高效圆偏振发光材料的设计开辟了全新视角。这种兼具超高荧光产率与稳定立体光学特性的共晶策略，在未来三维显示、光学信息存储以及高灵敏度手性传感器等前沿光电领域的发展中，都将展现出极具吸引力的工业化应用前景。

【Nat.Mater.】实现900%应变下电阻稳定，新型湿组织粘合双相生物电子突破糖尿病闭环治疗

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Mater.】实现900%应变下电阻稳定，新型湿组织粘合双相生物电子突破糖尿病闭环治疗

文章标题： Strain-insensitive wet-tissue-adhesive biphasic bioelectronics for physicochemical monitoring and adaptive therapy

通讯作者： Wei Gao

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41563-026-02624-4

文章概要

引言

植入式生物电子器件正在向集实时监测与治疗干预于一体的多功能平台迅速发展。然而，如何让植入物在高度动态且伴随形变的软组织表面保持长期、稳定的无缝集成，仍是极具挑战性的医学工程难题。传统的柔性器件在面对心脏跳动或胃肠道扩张等动态环境时，往往由于机械失配而导致信号失真、组织损伤甚至器件过早失效，且目前大多数器件仍依赖手术缝合，且缺乏实时分子级化学传感的能力。为了打破这些限制，本研究开发了一种名为 ElHyX 的新型双相平台，将物理传感、生化监测和神经调制功能完美融合，为下一代智能植入式生物电子学开辟了全新的道路。

Fig. 1: Overview of the strain-insensitive elastomer–hydrogel biphasic multifunctional platform (ElHyX) for multimodal implantable bioelectronics.

a, Schematic illustration of the ElHyX architecture. The elastomer phase is chemically modified with vinyl groups that participate in hydrogel polymerization, enabling seamless molecular-level integration. Conductive fillers such as EGaIn and graphite provide strain-insensitive conductivity and an electrochemically stable interface. A bioadhesive hydrogel ensures robust adhesion to wet tissue. b, Compared with conventional flexible electrodes, ElHyX eliminates the needs for sutures and enables secure, conformal integration onto soft, dynamic organs while supporting biomolecular sensing. c, Schematic of ElHyX implants applied to various organs for multimodal physiological monitoring and modulation. d, The ElHyX system can be manufactured rapidly at scale using DIW. Scale bar, 1 cm. e, Demonstrations of ElHyX adhesion and functional stability under large deformation (100% strain) and on an isolated rat heart. Scale bars, 1 cm. f, Photo of an integrated ElHyX device combining electrophysiological sensing, biomolecular monitoring and neural modulation for closed-loop disease management. Scale bar, 1 cm. g, Radar chart benchmarking ElHyX against other state-of-the-art implantable bioelectronic platforms across key materials and functionality metrics. The ElHyX system uniquely combines high stretchability, strain-insensitive performance, wet-tissue adhesion, multimodal physicochemical sensing and therapeutic feedback capabilities.

主要实验及结论

研究人员利用共价键合技术将引入了乙烯基侧链的改性弹性体与高度粘合的聚丙烯酸水凝胶层进行分子级一体化集成。通过在弹性体基质中嵌入共晶镓铟液态金属和石墨等功能填料，使器件表现出惊人的电学稳定性，在拉伸至900%的极高应变下电阻变化仅约15%，且在经历1000次大应变循环后无明显电阻漂移。团队利用直接墨水书写3D打印技术精准图案化构建了多功能集成器件，水凝胶层无需任何额外表面处理即可与湿润组织表面形成强韧的氢键粘合，即使在动态搏动的猪心表面也能稳固附着不脱落，展现出极佳的组织顺应性与电学信号捕获能力。

Fig. 2: Mechanical and electromechanical characterizations of ElHyX.

a, Schematic of ElHyX formation via in situ hydrogel polymerization on a chemically modified elastomer. Water is removed from the hydrogel to form a DAL that rapidly absorbs interfacial moisture and forms hydrogen bonds with tissue. b, Cross-sectional SEM image of ElHyX, showing seamless integration between elastomer, conductive filler and hydrogel. Scale bar, 100 μm. c, Synthesis process of AESBS through epoxidation and acrylation of SBS. d, FTIR spectra of SBS, ESBS and AESBS. e, Photograph of ElHyX conformally adhered to a porcine heart. Scale bar, 1 cm. f, Stress–strain curves of hydrogels with and without ionic crosslinking. g, Comparison of adhesion performances of hydrogels with and without ionic crosslinks before and after swelling on porcine skin. Error bars represent the s.d. of the mean from three samples. h, Tissue adhesion strength of the DAL on various biological tissues. Error bars represent the s.d. of the mean from three samples. i, Photographs of EGaIn-SBS under 0%, 300% and 600% strain. Scale bar, 1 cm. j, Schematic and SEM images of EGaIn-SBS showing particle coalescence and activation of EGaIn-SBS after mechanical deformation. Scale bar, 50 μm. k, Schematic and cross-section SEM images of EGaIn-SBS under 0%, 50% and 200% strain. Scale bar, 50 μm. l, Relative resistance changes (R/_R_0) of EGaIn-SBS compared with silver-SBS composites under uniaxial strain. Inset, zoomed in to low-strain range. m, Relative resistance hysteresis of EGaIn-SBS over an 800% stretch–release cycle. n, Relative resistance changes of EGaIn-SBS over 1,000 cycles at 200% strain.

Fig. 3: Characterization of strain-insensitive ElHyX physical and chemical sensors.

a, Schematic of ElHyX biophysical and biochemical sensors. b, Cross-sectional SEM image of ElHyX ECG electrode structure. Scale bar, 100 μm. c, SEM image of printed elastomer composites used in sensor fabrication. Scale bars, 100 μm. d, Skin–electrode impedance comparison of graphite-AESBS electrodes with and without hydrogel, and commercial gel electrodes. e,f, ElHyX bioelectrical sensor under 0% and 100% strain for ECG (e) and EMG (f) recording on human participants. g, In vitro demonstration of ElHyX-based LED array functioning on a beating porcine heart. Scale bar, 5 cm. h,i, Cyclic voltammograms (CVs) of 100 graphite-PB-SBS electrodes in 5 mM K3Fe(CN)6 (h) and statistic distribution of reduction peak current density and redox peak potential difference (i). j, Current peak densities of CVs of graphite-PB-SBS electrodes in 5 mM K3Fe(CN)6 under 0% (black) and 100% (red) strain, plotted against the square root of scan rates (_v_1/2). k, Amperometric calibration of graphite-PB electrodes with varying PB loadings in for H2O2 detection. Error bars represent the s.d. of the mean from three sensors. l, Schematic of enzymatic glucose sensor immobilized on graphite-PB-SBS electrodes and overlaid with a PU diffusion-limiting layer. CE, counter electrode; WE, working electrode; RE, reference electrode. m, Amperometric calibration of ElHyX-based glucose sensors. Error bars represent the s.d. of the mean from three sensors. Inset: linear calibration curve showing the relationship between the current response and glucose concentration. n, Strain-insensitive glucose detection under 0%, 50% and 100% strain. o, Representative live (green)/dead (red) images of HDFs seeded with and without ElHyX electrodes after 1-day, 4-day and 7-day culture. Scale bar, 100 μm. p, Quantitative analysis of metabolic activity over a 7-day culture period. Error bars represent the s.d. of the mean from three samples.

在体外细胞实验证实器件具有优秀生物相容性的基础上，研究人员将其植入大鼠体内开展多模态应用。器件直接粘合在跳动的大鼠心脏表面，连续24小时稳定获取高保真度的常规心电图信号。同时，将集成有葡萄糖氧化酶和普鲁士蓝的传感模块植入大鼠肋骨表面，成功实现了对组织间隙液中葡萄糖浓度的动态监测与精准捕捉。更重要的是，该柔性器件可直接包裹在大鼠坐骨神经上充当无缝神经电刺激袖带，通过输送可调幅度的电流成功触发了剂量依赖性的后肢屈曲运动，证实其在体内的生化监测与神经调制双重功效。

Fig. 4: In vivo characterization of ElHyX-based implantable electronics.

a, Schematic illustrating the implantation of ElHyX-based ECG sensor on the surface of a rat heart. b,c, Representative ECG waveforms recorded at 0 h and 24 h post-implantation. d, Schematic of an ElHyX glucose sensor implanted on the outer surface of the rib cage of a rat to detect interstitial glucose. e,f, Real-time glucose monitoring using ElHyX electrode immediately after implantation (e) and 24 h after implantation (f). A glucose dose (0.36 g kg⁻1) was administered via retro-orbital injection at the time indicated by the arrow. g, Schematic of ElHyX electrode wrapping around the sciatic nerve for electrical stimulation and motor response. h, Quantitative analysis of leg flexion angles in response to different electrical stimulation currents, showing a dose-dependent motor response. Error bars represent the s.d. of the mean from three trials. i, Photographs of rat hindlimb flexion under stimulation currents of 0.7 mA, 0.9 mA and 1.3 mA, respectively. j,k, Histological evaluation of surrounding tissues (j) and main organs (k) via H&E staining after 28 days of implantation. Scale bars, 100 μm. l, Immunofluorescence staining of inflammatory markers in tissue surrounding the implant at day 28. Green, red and blue represent lymphocyte (CD3), macrophages (CD68) and cell nuclei, respectively. Scale bar, 50 μm.

Fig. 5: In vivo evaluation of ElHyX-based closed-loop blood glucose regulation in diabetic rats.

a, Schematic of the closed-loop blood glucose management concept: food intake triggers increases in blood glucose and heart rate (HR), which are sensed in real time and used to initiate VNS for insulin modulation. b,c, Schematic (b) and photograph (c) of the multifunctional ElHyX device implanted in a diabetic rat, showing the ECG sensor attached to the heart, the glucose sensor on the outer rib surface, and nerve cuff wrapped around the vagus nerve. Scale bars, 5 mm. d, In vivo monitoring of blood glucose levels and heart rate following IP glucose injection without VNS. e, In vivo evaluation of blood glucose levels and heart rate following IP glucose injection with bilateral VNS. f, In vivo demonstration of closed-loop blood glucose management after IP glucose injection with selective eVNS.

总结及展望

基于 ElHyX 平台的强大功能，研究团队成功在糖尿病大鼠模型中构建并验证了智能闭环血糖管理系统。该系统通过心电电极和生化传感器实时监测由摄食引起的血糖及心率上升，一旦触发双参数阈值，便会自动激活选择性迷走神经传出纤维刺激，促进胰岛素分泌并显著加速血糖恢复至正常水平。这一材料与系统层面的创新策略，使得器件功能可以通过调节墨水配方进行个性化调控，而无需改变结构设计。未来，这种高度集成化、免缝合且应变不敏感的双相平台，将在针对复杂生物环境的多模态生理监测及自主反馈式精准医疗领域发挥巨大的应用潜力。

【Biomaterials】华中科技大学朱锦涛等|4倍亮度提升与11.1超高肿瘤对比度：仿生超分子工程赋能膀胱癌近红外二区精准手术导航

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Biomaterials】华中科技大学朱锦涛等|4倍亮度提升与11.1超高肿瘤对比度：仿生超分子工程赋能膀胱癌近红外二区精准手术导航

文章标题：Bio-inspired indocyanine green supramolecular assemblies for high-contrast NIR-II imaging and cooperative dual-targeting of bladder cancer

通讯作者：Kun Tang, Yijing Liu, Jintao Zhu

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124397

文章概要

引言

作为目前唯一获得FDA批准用于临床的近红外荧光染料，吲哚菁绿（ICG）在近红外二区成像中展现出巨大的临床转化潜力。然而，传统ICG在生理环境中面临着严重的聚集引起的荧光猝灭（ACQ）、在血液中清除过快以及缺乏肿瘤靶向特异性等瓶颈问题，极大地限制了其诊断效能。受自然界光合作用中光捕获复合物（LHCs） 的启发，研究团队提出了一种非共价的多相互作用超分子工程策略，旨在不改变染料固有代谢优势的前提下，协同提升ICG的物理光学性能与生物靶向效率。

Scheme 1. Schematic illustration of the assembly and targeting design of NIR-II fluorescent probes for imaging applications. (a) Light-harvesting complex (LHCs) in plant photosynthesis and molecular design of LHCs-mimetic NIR-II nanoprobe. (b) Bio-inspired supramolecular assembly and cooperative supramolecular dual targeting of CMPI. (c) The high-contrast NIR-II imaging and surgical navigation of CMPI for bladder cancer.

主要实验及结论

研究人员通过精细的化学合成与热力学筛选，成功构建了由环糊精、M2pep多肽以及顺丁烯二酸修饰的仿生超分子载体，并证实其与ICG在2:1的特异性化学计量比下自组装形成结构高度稳定的纳米复合物。分子动力学模拟和竞争性抑制实验共同表明，该体系依赖主客体包合、静电吸引、辅助氢键以及空间位阻的多重协同网络，成功将ICG分子牢牢锚定并相互隔离，从根本上抑制了其二聚化与不必要的非辐射衰减。这一刚性空间限域环境使复合物的近红外二区荧光量子产率显著提升至原染料的4.2倍，体外稳定性大为改善，并在血液循环中表现出长达14.1分钟的半衰期。

Fig. 1. Characterization of CMPI. (a) Photographs of vials with carriers and probes in aqueous solutions. TEM images of (b) CI and (c) CMPI. (d) Hydrodynamic sizes of β-CMP and CMPI. (e) Zeta potential of β-CMP and CMPI. (f) Hydrodynamic size and polydispersity index (PDI) of CMPI in water, PBS, and 10% serum during 5-day storage at 4 °C. (g) Absorption spectra (ICG = 20 μM). (h) NIR-II quantum yields (NIR-II QYs) of free ICG, CI, and CMPI from 900 to 1500 nm. (i) Fluorescence spectra (ICG = 20 μM, Ex = 740 nm), (j) NIR-II tail emission spectra (ICG = 20 μM, Ex = 808 nm). (k) NIR-II fluorescence images and (l) quantitative analysis at a 1100 nm long-pass filter (ICG = 20 μM). Laser: 808 nm, 75 mW cm−2, exposure time: 50 ms.

Fig. 2. Supramolecular assembly mechanism of CMPI. (a) Molecular dynamics simulation of CMPI from 0 to 100 ns. Golden and blue, respectively, represent β-CD and the other atoms in β-CMP. Green represents ICG. (b) Snapshots of the host-guest assembly processes between β-CMP and ICG. (c) Spatial confinement of ICG by β-CMP. (d) Effect of Adol, NaCl, and urea on the emission spectra of CMPI. (e) Isothermal titration calorimetry (ITC) data for the interaction between ICG and β-CMP at 298 K. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)

Fig. 3. pH-induced aggregation and enhanced targeting of CMPI. (a) Schematic illustration of the cooperative supramolecular dual-targeting mechanism of CMPI. (b) Confocal laser scanning microscopy (CLSM) and (c) flow cytometry of M2-like macrophages incubated with free ICG, CI, CMPI, and M2pep + CMPI (excess M2pep pre-added) for 6 h at pH 7.2 or 6.0. Blue represents the nucleus stained with Hoechst. Red represents ICG in the cytoplasm. (d) TEM image of CMPI after incubation at pH 6.0 for 2 h. (e) Hydrodynamic size variation of CMPI after incubation for 8 h at pH 6.0. (f) Zeta potential variation of CMPI after incubation for 8 h at pH 7.2 or 6.0. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)

在体内生物学行为方面，该纳米探针展现出独特的微环境响应性动态靶向能力。当复合物随血液循环递送至呈微酸性的膀胱肿瘤微环境时，酸敏感基团发生水解，驱动探针表面电荷快速发生由负转正的逆转并在原位组装成更大的超分子聚集体。这种物理形态的转变与M2pep多肽对膀胱癌中大量存在的M2型肿瘤相关巨噬细胞表面CD206受体的特异性识别相结合，建立了高效的协同双靶向机制。在小鼠皮下、原位及肺转移膀胱癌模型中，该探针在给药48小时后实现了高达11.1的肿瘤与正常组织对比度，不仅能清晰勾勒出清晰的手术切除边缘，还成功识别出直径小于1毫米的超微小转移灶。

Fig. 4. Enhanced NIR-II imaging in subcutaneous bladder tumors with CMPI. (a) NIR-II fluorescence images of subcutaneous bladder tumors bearing mice (dorsal view) at a 1100 nm long-pass filter after i.v. injection with free ICG, CI, CMI, and CMPI (ICG = 0.2 mM, 0.1 mL). Laser: 808 nm, 75 mW cm−2, exposure time: 300 ms. The white dashed arrow presents the tumor region. (b) Ex vivo NIR-II imaging and (c) quantitative analysis of major organs (e.g., heart, liver, spleen, lung, kidney) and the tumors of the above mice sacrificed at 48 h post-injection. Laser: 808 nm, 1100 nm long-pass filter, 75 mW cm−2, exposure time: 100 ms. (d) Tumor-to-liver ratio according to panel (b). (e) Tumor-to-kidney ratio according to panel (b). ns, not significant, ∗p < 0.05, ∗∗p < 0.01, ∗∗∗p < 0.001. The results are represented of n = 3 independent experiments. Data are presented as mean values ± SD.

Fig. 5. High spatial resolution NIR-II imaging of CMPI in orthotopic bladder tumors. (a) Schematic illustration of orthotopic bladder tumor imaging. (b) Bioluminescence and NIR-II fluorescence images of orthotopic bladder tumors bearing mice (supine view) at a 900 nm long-pass filter after i.v. injection with free ICG and CMPI (ICG = 0.2 mM, 0.1 mL). Laser: 808 nm, 75 mW cm−2, exposure time: 100 ms. (c) The enlargement of NIR-II imaging and surgery of mice from panel (b). (d) A cross-sectional fluorescence intensity plot profile (dots) and Gaussian fit (red line) along the white dashed line 1 in panel (c). (e) Ex vivo NIR-II imaging of the bladder in panel (b). Laser: 808 nm, 900 nm long-pass filter, 75 mW cm−2, exposure time: 20 ms. (f) HE staining of the excised orthotopic bladder tumor. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)

Fig. 6. High-contrast NIR-II imaging in lung metastatic tumor for CMPI. (a) Schematic diagram of lung metastatic tumor imaging. (b) Bioluminescence image of lung metastatic mice and bright field, and NIR-II image of excised lung metastatic tumors at 48 h after i.v. injection with free ICG and CMPI (ICG = 0.2 mM, 0.1 mL). The white-dashed circles outline the lung. The red-dashed circles present tumors. Laser: 808 nm, 900 nm long-pass filter, 75 mW cm−2, exposure time: 20 ms. (c) NIR-II images and HE staining of the region of interest (ROI) from the ‘right’ lung metastatic tumor in panel (b, CMPI). (d) HE staining of the ‘left’ lung metastatic tumor section. Representative tumors were labeled with black-dashed circles. (e) Tumor-to-normal ratio of NIR-II imaging of lung metastatic tumors according to panel (b). ‘Left’ and ‘right’ respectively present the location on the left and right side of the lung in panel (b, CMPI). Scattered white patches on the left side of the lung are tumors in the NIR-II images. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)

总结及展望

该研究通过精妙的非共价组装设计，完美复制了天然光捕获复合物的静态空间限域与多重非共价键网络，成功打破了临床染料光学性能与靶向性难以兼得的僵局。由于整套构筑单元均采用高生物相容性材料且完全保留了原始染料的肝胆代谢途径，体系在小鼠体内未表现出明显的毒副作用。这种结构保持型超分子升级策略为临床现用荧光诊断试剂的智能化改造提供了全新的范式，在未来的荧光引导手术切除、早期微小转移灶病理诊断及精准介入治疗领域具有广阔的临床转化前景。

【Nat.Methods】400微米活体超分辨！多模态自适应光学显微镜（MOSAIC系统）实现从分子到器官深层活体成像

Sat, 13 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Methods】400微米活体超分辨！多模态自适应光学显微镜（MOSAIC系统）实现从分子到器官深层活体成像

文章标题：A multimodal adaptive optical microscope for in vivo imaging from molecules to organisms

通讯作者：Eric Betzig, Wesley R. Legant, Srigokul Upadhyayula

文章链接：doi.org/10.1038/s41592-026-03066-1

文章概要

引言

传统光学显微镜在优化特定成像任务时，往往受限于固有的光学与样本处理权衡，缺乏多功能性，且多细胞环境中的样本诱导光学校差会导致成像性能严重下降。为了克服这一瓶颈，研究团队开发了多模态自适应光学显微镜（MOSAIC）。该系统在紧凑的空间内，高度复用了同一套硬件与软件资源，将晶格光片、无标记斜照明、超分辨率和双光子成像等多种尖端技术无缝集成。通过引入直接波前传感的自适应光学技术，MOSAIC能够动态矫正组织深处的复杂像差，在大幅降低设备成本与空间占用的同时，首次实现了在同一标本内跨越空间与时间尺度的多模态关联研究。

Fig. 1: Large field-of-view dynamic imaging with 3D lattice light-sheet or 2D label-free oblique illumination microscopy.

a, LLSM image from Supplementary Video 2 of LLC-PK1 cells expressing Calnexin–mEmerald (ER) and H2B–mCherry (nuclei). Maximum-intensity-projections (MIPs) show xy (top) and xz (bottom) views of the 1,000 × 750 × 10 µm3 volume. Scale bar, 50 µm. b, Zoomed-in views of cell division events from a. Magenta panel (left), volume rendering of a metaphase cell having a large ER protrusion; blue panel (middle), four points in nominal cell division from metaphase to telophase; yellow panel (right), six points during a rare tripolar mitotic event. Scale bar, 10 µm. c, Label-free OI imaging at 1 Hz (Supplementary Video 3) captures HeLa cell lamellipodial ruffling and replication of contaminating bacteria. Scale bar, 10 µm. Right, Magnified view (magenta box) of three bacterial division events (arrows). Scale bar, 2 µm. d, Tiled label-free imaging over a 1,218 × 975 µm2 field of live U2OS cells at 1 Hz. Scale bar, 200 µm. Right, zoomed-in view (white box) of a single dividing U2OS cell at four points, showing condensed chromosomes (arrows). Scale bar, 10 µm (right).

主要实验及结论

研究团队通过多场景生物实验验证了MOSAIC的卓越性能。在细胞层面，系统以高时间分辨率连续24小时无创获取了49TB的三维数据，捕捉到罕见的三分裂有丝分裂细节；利用超分辨率光片成像模式将横向分辨率拓展至180纳米，动态观测到内质网小管的伸缩与线粒体裂变。在病理组织中，系统仅耗时8.3小时便完成了4倍膨胀阿尔茨海默病海马体组织的37TB高精度数据采集，精准揭示了髓鞘气球样变等病理特征。

Fig. 2: Multimodal super-resolution imaging of subcellular dynamics.

a, Nuclear imaging (SPY 505) and single-particle tracking with LLSM, visualizing molecular trajectories and diffusion dynamics of SOX2 (HaloTag-PA-JF646) in mouse embryonic stem (mES) cells at 50 Hz. Scale bar (left), 5 µm. Scale bar (top right), 2 µm. The probability density histogram of log10 diffusion coefficients is binned from −3 to +3 in 0.1-unit increments. b, Top: LLS-SIM xy MIP of hTERT-RPE1 cells expressing ER (StayGold-ER, gray) and Golgi (β4Gal-HaloTag9 labeled with JFX549, orange) markers, from Supplementary Video 6. Insets, corresponding xy and yz OTFs. Scale bar, 25 µm. Bottom, volume renderings from boxed regions above showing ER and Golgi organization. Scale bar, 2 µm. c, Comparison of widefield and 3D-SIM imaging in hTERT-RPE1 cells with mitochondria (COX8a-StayGold, cyan) and Golgi marker (orange). Scale bar, 25 µm. Insets, 3D-SIM OTFs. d, Timelapse 3D-SIM (Supplementary Video 7) captures mitochondrial and Golgi dynamics during cell division (white box from c). Scale bar, 5 µm. e, Correlative optical microscopy applying multiple imaging modalities (widefield, 3D-SIM, OI, LLS and LLS-SIM) to a dividing hTERT-RPE1 cell with labeled mitochondria (blue–green) and Golgi (orange), from Supplementary Video 8. Scale bar, 10 µm. f, Timelapse sequence of the correlative imaging shown in e. Scale bar, 10 µm.

Fig. 3: Volumetric imaging with nanoscale resolution.

a, Two-color 3D DNA-PAINT of the mitochondrial marker TOMM20 and the nuclear envelope protein marker Lamin A/C in U2OS cells. Left to right, overview MIP of a 180 × 200 × 17 µm3 FOV (scale bar, 20 µm), zoomed-in 3D rendering of a single cell (boxed region, 28 × 23 × 5.4 µm3), its xz orthoslice (scale bar, 2 µm) and the close-up of nuclear invaginations (boxed region, 4.7 × 4.5 × 5.4 µm3). See also Supplementary Video 9. b, ExLLSM MIP overview of a 2,000 × 2,375 × 98 µm3 human hippocampal tissue section from a patient with AD after 4× expansion. NF-200 (blue) and MBP (yellow) label neurofilaments and myelin sheaths, respectively. Scale bar, 500 µm. c, Zoomed view from b showing neurofilament and myelin sheath ballooning. Scale bar, 20 µm. d, Nanoscale structure of axon and myelin sheath blebs. Scale bar, 2 µm. e, Zoomed-in region from b highlighting clustering of NF-200 protein. Scale bar, 20 µm. f, Nanoscale structure of an individual NF-200 cluster. Scale bar, 2 µm. Scale bars throughout represent pre-expansion dimensions.

Fig. 4: Observing cellular and subcellular dynamics within zebrafish embryos.

a, Comparison of LLSM imaging in a zebrafish xenograft system (55 × 183 × 50 µm3) showing actin-labeled MDA-MB-231 human breast cancer cells (magenta) within the zebrafish vasculature (green), both without AO (left) and with AO correction plus deconvolution (right). Insets, corresponding Fourier spectra (at gamma = 0.3) of the magenta channel. Scale bar, 10 µm. b, Timelapse imaging of a capturing cancer cell dynamics and vascular damage during extravasation. Scale bar, 20 µm. c, Zebrafish tail fin volume (216 × 272 × 37 µm3) at 66 h post-amputation showing plasma membranes and nuclear histones. Scale bar, 50 µm. d, Cellular and subcellular events during the initial stages of regeneration after amputation (Supplementary Video 11), showing: extracellular vesicle release from a cell adjacent to the cut site (yellow box); anchoring fibril dynamics in the epidermal basement membrane (red box); a mesenchymal cell fusion event (gray box); and a transiently trapped red blood cell during remodeling of the caudal vascular plexus (green box). Scale bar, 5 µm. e, Visualization of cell cycle state across the fin, based on the cytoplasmic-to-nuclear fluorescence ratio of CDK biosensor DNA Helicase B (DHB), in segmented and computationally separated cells (216 × 173 × 37 µm3 pre-separation, inset). Peripheral cells have the highest fraction in G2 (Supplementary Video 12).

在活体多细胞生物成像中，自适应光学技术展现出核心优势。通过对斑马鱼胚胎进行多区域拼接校正，系统完美恢复了空间频率，清晰记录了人类乳腺癌细胞在血管中的游走、外渗及血管损伤。在活体小鼠大脑功能显微成像实验中，系统成功对抗了颅窗和脑组织像差，在皮层400微米深处清晰解析出单个树突棘结构，并将钙信号信噪比显著提升，捕获到比未校正状态多出2.5倍的树突棘钙瞬变事件，全面证实了其活体研究价值。

Fig. 5: Super-resolution imaging in vivo.

a, MIPs of raw zebrafish membrane images with LLS-SIM illumination without (top) and with AO (bottom). Ticks show the expected positions of the LLS pattern excitation maxima. Scale bar, 5 µm. b, Orthoslices (180-nm thick) in xy, xz and yz from an AO-LLS-SIM reconstruction (61 × 57 × 40 µm3) in the eye of a 14 hpf zebrafish embryo expressing mitochondrial (magenta) and plasma membrane (cyan) markers. Scale bar, 10 µm. Top left inset, Fourier spectrum of reconstructed mitochondria (Supplementary Video 14). c, AO-LLS-SIM MIPs of orthogonal slabs (3-µm thick) in the hindbrain from a 56 × 56 × 40 µm3 volume (inset) in a 14 hpf zebrafish with mitochondria in RGB colors and membrane in gray. Mitochondria in each cell are color-coded by the ratio of total mitochondrial length to cell volume. Scale bar, 10 µm. d, Cutaway view of segmented mitochondria in four different segmented cells. Scale bar, 4 µm. e, Cutaway view of one cell from the volume, showing mitochondrial rearrangements to the daughter cells during division. Scale bar, 4 µm. f, Top, ISM MIP views before and after AO correction of a 0.324 µm xy orthogonal slab within a larger 336 × 319 × 84 µm3 image volume spanning brain, muscle and notochord in a membrane-labeled 7 dpf zebrafish. Scale bar, 50 µm. Bottom, zoomed-in views comparing muscle and neural progenitor cells imaged by ISM with and without AO (Supplementary Video 16). g, AO-ISM MIP (354 × 332 × 16.3 µm3) of a dorsal-mounted, membrane-labeled, 7 dpf zebrafish. Scale bar, 50 µm. h, Volume rendering with xy and yz orthoslices through a neuromast. Scale bar, 10 µm. i, Timelapse AO-ISM showing xy orthoslices of a migrating cell in the neuromast. Scale bar, 10 µm.

总结及展望

尽管MOSAIC显微镜展现出了前所未有的成像能力，但它依然是一台极具操作门槛的高复杂度仪器。为了应对高分辨率和超快成像带来的海量数据挑战（每小时产出高达4TB数据），研究团队正在全力开发多模态机器学习四维基础模型。展望未来，研究团队提出了建立“细胞观测台”的宏伟愿景。这类集显微成像、高性能计算和专家团队于一体的集约化创新中心，将通过托管共享数据集与预训练AI模型，为全球生物学家提供即开即用的高价值数据分析产出，从而彻底攻克大规模活体成像的操作与数据瓶颈，解锁细胞生物学的核心运行规律。

【Angew.Chem.】福州大学林梅金等|空间分辨率高达 37 lp mm⁻¹！通过晶体结构可逆切换实现智能刺激响应三线态发射与X射线闪烁

Sat, 13 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】福州大学林梅金等|空间分辨率高达 37 lp mm⁻¹！通过晶体结构可逆切换实现智能刺激响应三线态发射与X射线闪烁

文章标题：Stimuli‐Responsive Triplet Emission and X‐Ray Scintillation via Reversible Structural Switching in Pyromellitic Diimide Cocrystals

通讯作者：Hongming Chen, Mei-Jin Lin

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.3402295

文章概要

引言

开发具有可编程和可逆发射特性的智能刺激响应发光材料对于高级生物成像和信息安全防御具有重要意义。在各种设计策略中，利用三线态激子的有机材料因其对固态分子堆积和微环境变化的高度敏感性而备受青睐。然而，如何在保持高结晶度的前提下，实现可逆的固态结构转变并同步控制X射线激发发光（即闪烁响应）依然是该领域长期面临的巨大挑战。为了突破这一瓶颈，研究团队利用超分子共晶工程调控固态光物理行为，为构建动态可控的三线态发射有机固体提供了全新思路。

Chemical structures of the cocrystals and a schematic illustration of the scintillation mechanism under X-ray irradiation, including the distinct emission pathways in different cocrystals and the reversible polymorphic transformation.

主要实验及结论

研究团队以对称的均苯四甲酸二酰亚胺为受体核心，与卤代咔唑供体分子通过气相扩散法共同组装，成功构建了一系列供体-受体型卤键有机共晶材料。在溴代咔唑体系中，通过调控不同的溶剂结晶环境，成功制备出两种同质异形体，其中绿色的共晶表现出强烈的室温磷光和明亮的放射发光行为，而橙色的同质异形体在X射线照射下则几近不发光。令人兴奋的是，在温和的有机溶剂蒸气交替刺激下，该体系展现出高度可逆的、保持结晶度的有序到有序相转变，通过重新排列晶体内部的卤键和氢键等超分子作用网络，在固态下实现了数字化“开/关”控制的放射发光和光致发光切换。

(a) Schematic illustration of the reversible cocrystal transformation between Bu2PMDI-Br2Cz-G and Bu2PMDI-Br2Cz-O upon vapor fumigation, along with cocrystal structure and interaction analysis. The inset shows photographs of the corresponding powder samples under daylight. (b) PXRD patterns of Bu2PMDI-Br2Cz-O, transformed to Bu2PMDI-Br2Cz-G and subsequently restored, demonstrating the reversible cocrystal transformation. (c) Cocrystal structures of Bu2PMDI-I2Cz and interaction analysis.

(a) UV–vis absorption spectra, (b) Temperature-dependent lifetime decay profiles and (c) temperature-dependent steady-state emission spectra of all cocrystals. Steady-state photoluminescence spectra (solid lines) and delayed spectra (dashed lines) recorded at 280 K and 77 K for (d) Bu2PMDI-Br2Cz-G, (e) Bu2PMDI-Br2Cz-O, and (f) Bu2PMDI-I2Cz. (g) RL spectra under X-ray excitation at a dose rate of 278 µGy s−1 (50 kV, 79 µA), with the inset showcasing photographs of Bu2PMDI-Br2Cz-G and Bu2PMDI-I2Cz powders under X-ray irradiation. (h) The dose rate dependence of RL intensities across the range of 4.58 to 278 µGy s−1. (i) Enhanced RL of Bu2PMDI-Br2Cz-O after DCM fumigation, recorded under X-ray excitation at a dose rate of 278 µGy s−1. The inset shows the RL of Bu2PMDI-Br2Cz-O under identical conditions.

Independent gradient model based on the Hirshfeld partition (IGMH) analysis of the corresponding fragments from (a) Bu2PMDI-Br2Cz-G, (b) Bu2PMDI-Br2Cz-O, and (c)Bu2PMDI-I2Cz. Energy level diagrams and spin-orbit coupling matrix elements (ξ) of (d) Bu2PMDI-Br2Cz-G, (e) Bu2PMDI-Br2Cz-O, and (f) Bu2PMDI-I2Cz.

理论模拟与光谱动力学分析表明，该共晶体系截然不同的发光效率并非单纯取决于重原子身份，而是由卤键调控的自旋-轨道耦合、氢键辅助的晶格刚化以及激子电子耦合的协同效应共同决定的。凭借对三线态激子的高效捕获与利用，优化后的绿色共晶展现出高达 18667 photons MeV⁻¹ 的相对光产额和低至 39 nGy s⁻¹ 的检测极限，并被成功加工成均匀柔性的闪烁体薄膜。应用实验表明，该薄膜不仅实现了空间分辨率高达 37.0 lp mm⁻¹ 的高清静态X射线成像和无拖尾的 60 fps 实时动态成像，还基于双通道正交读取构建了可重写的多模态信息加密原型，实现了防伪领域的动态隐藏与读取。

(a) Photographs of the line-pair card under daylight and contrast images under X-ray irradiation, accompanied by pixel-intensity profiles along the indicated orange line. (b) X-ray contrast image of a tungsten sheet (inset) and the corresponding MTF versus actual line-pair spacing measured by the slanted-edge method under X-ray exposure. Photographs of (c) fish and (d) chip in daylight, alongside corresponding X-ray static images showing the internal structure. (e) Photographs of spring inside an opaque in daylight. (f) Real-time X-ray dynamic images of a spring inside an opaque capsule, showing two consecutive frames with a 16.67 ms interval.

(a) Photographs of Bu2PMDI-Br2Cz-G test papers under UV light at different pH values. (b) Photoluminescence intensity of Bu2PMDI-Br2Cz-G text paper under different pH. (c) Photoluminescence intensity of Bu2PMDI-Br2Cz-G text paper under cyclic EA/DCM vapor fumigation. (d) Schematic of the stimulus-responsive multimodal information encryption. (e) Initial images under daylight and UV light. (f) X-ray images after fumigation with DCM or EA.

总结及展望

这项研究成功为开发可编程有机闪烁体提供了一种强有力的超分子共晶工程策略。通过精细控制晶体内部非共价相互作用的动态平衡，实现了无损的固态结构切换与清晰的三线态能量操控。这种将晶体相转变与X射线响应无缝集成的全新设计思路，不仅在高性能超低辐射医学成像领域展现出广阔的应用前景，更为下一代多维智能自适应辐射材料和可重写高级光电安全系统的研发开辟了全新路径。

【Angew.Chem.】西南交大田原|7倍靶向积聚！利用铂(IV)金属钉合策略打造肿瘤特异性前药，实现高效化学-免疫代谢联合治疗

Sat, 13 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】西南交大田原|7倍靶向积聚！利用铂(IV)金属钉合策略打造肿瘤特异性前药，实现高效化学-免疫代谢联合治疗

文章标题：A Platinum(IV) Metallo‐Stapling Approach to Tumor‐Specific Prodrugs for Targeted Chemo‐Immunometabolic Cancer Therapy

通讯作者：Yuan Tian, Shaobing Zhou

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.8875420

文章概要

传统金属抗肿瘤药物因缺乏特异性常导致严重的全身毒副作用。针对这一瓶颈，研究团队创新性地提出了一种铂(IV)介导的金属钉合策略，成功构建了兼具高稳定性和高靶向性的宏环金属前药模型。该策略巧妙地将铂(IV)配合物同时作为细胞毒性弹头与结构钉合骨架，从而对表皮生长因子受体（EGFR）靶向肽进行构象锁定。该前药在肿瘤微环境中能够特异性响应并释放双重有效载荷，在诱导强烈的免疫细胞死亡（ICD）的同时逆转免疫抑制，为实现精准的化学-免疫代谢联合治疗开辟了新途径。

引言

现代肿瘤临床治疗中，以奥沙利铂为代表的铂类化疗药占有举足轻重的地位，但它们“伤敌一千，自损八百”的非选择性分布极大限制了临床疗效。尽管学术界尝试将铂(IV)前药与肿瘤定向肽进行线性偶联以提高靶向性，但线性肽因构象灵活、在体内易被蛋白酶降解且药代动力学表现不佳，导致整体递送效率低下。受天然金属蛋白中金属配位稳定蛋白质结构的启发，如何利用具有双重功能的金属中心去“钉合”约束定向肽，在提升构象稳定性的同时实现精准靶向释放，成为了当前金属药物研发领域的关键科学问题。

SCHEME 1 (a) Synthetic scheme of platinum(IV) stapled metalloprodrug sEBP-NLG-Oxal(IV). (b) Illustration of sEBP-NLG-Oxal(IV)-mediated immunometabolic cancer therapy.

主要实验及结论

研究人员首先通过模块化合成路径，将免疫调节剂NLG919与修饰了双半胱氨酸的EGFR靶向肽偶联，随后利用双功能铂(IV)前体进行溶液反应，使其同时作为治疗弹头和结构钉合剂，成功锁定了肽段构象，制备出钉合前药。

FIGURE 1 Preparation and characterization of linear conjugate EBP-NLG-Oxal(IV) and stapled conjugate sEBP-NLG-Oxal(IV). (a) Synthetic scheme of EBP-NLG-Oxal(IV) and sEBP-NLG-Oxal(IV) conjugates. (b) HPLC traces of EBP-NLG-Oxal(IV) and sEBP-NLG-Oxal(IV) conjugates. (c) Intact peptide percentages of sEBP-NLG-Oxal(IV) and EBP-NLG-Oxal(IV) after incubation with FBS (20% v/v) at indicated time intervals as determined by HPLC. (d) Release of NLG919 from sEBP‑NLG‑Oxal(IV) at pH 7.4 or pH 5.5 in the presence of esterase using HPLC. (e) Release of platinum from sEBP‑NLG‑Oxal(IV) at pH 5.5 with or without glutathione (GSH) using dialysis followed by ICP‑MS detection. All data are presented as mean ± SD (n = 3).

体外理化性质测试表明，这种独特的宏环结构赋予了前药极佳的生物学稳定性。在血清稳定性实验中，如图1所示，钉合前药在胎牛血清中孵育16小时后的完整残留率高达51.7%，其循环半衰期达到了14.4小时，相较于线性对照组提升了近3倍。同时，该前药还表现出优异的血液相容性，且能在模拟溶酶体及高谷胱甘肽的肿瘤微环境下，特异性响应并高效释放出铂类药物和NLG919。

FIGURE 2 Evaluations of EGFR-dependent cellular uptake and cytotoxicity. (a) Quantitative assessment of EGFR expression levels in different cell lines. (b), (c), and (d) Cell viability of MCF-7, SW480, and HCT116 cells. Cells were co-incubated with different compounds for 48 h. (e) ICP-MS analysis of Pt in MCF-7 and HCT116 cells. (f) The inhibitory effect of the sEBP-NLG-Oxal(IV) on IDO-1. All data are presented as mean ± SD (n = 3). p < 0.05, p < 0.01, p < 0.001.

在细胞层面的靶向性与毒性评估中，如图2所示，前药对EGFR阳性的结直肠癌细胞表现出强烈的选择性细胞毒性，而对EGFR阴性细胞的杀伤作用微乎其微。细胞内铂元素定量分析证实，钉合前药在靶向细胞内的积累量显著高于普通奥沙利铂和线性对照。此外，释放的NLG919能有效阻止色氨酸向犬尿氨酸的转化，展现出强大的ID0-1酶活性抑制能力。

FIGURE 3 In vitro immunogenic cell death induction. (a) and (b) Fluorescence microscopic imaging of the surface exposure of CRT (green) of the EGFR-overexpressed HCT116 cells and the low EGFR-expressed MCF-7 cells. The cell nuclei are stained with Hoechst 33342 (blue). Scale bar: 20 µm. (c) and (d) Fluorescence microscopic imaging of HMGB1 after different treatments in HCT116 cells and MCF-7 cells. (e) Quantification of HMGB1 release by ELISA kit. (f) Quantification of extracellular ATP secretion by enhanced ATP assay kits. (g) Schematic illustration of Pt-induced ICD in tumor cells, characterized by CRT exposure, ATP secretion, and HMGB1 release. All data are presented as mean ± SD (n = 3). p < 0.01, *p < 0.001.

为进一步验证其激活免疫系统的潜力，团队检测了肿瘤细胞免疫原性死亡的核心生物标志物。如图3所示，在EGFR阳性细胞中，前药处理诱导了明显的钙网织蛋白（CRT）细胞表面转位，并大幅促进了高迁移率族蛋白B1（HMGB1）的释放以及三磷酸腺苷（ATP）的向外分泌，成功拉响了免疫系统的“警报”。

FIGURE 4 In Vivo Biodistribution of the metalloprodrug. (a) Scheme of experimental approach for HCT116 tumor establishment in naïve nude mice, intravenous administration of different compounds, and organ collection for platinum quantification by ICP-MS (195Pt). (b) and (c) Platinum levels in different organs after 6 h of treatment with various platinum compounds. (d) Fold-change of sEBP-Oxal(IV)/Oxal(II) from the experiment shown in (b). All data are presented as mean ± SD (n = 3). ***p < 0.001.

最令人振奋的是体内的精准靶向与治疗效果。在荷瘤小鼠的生物分布实验中，如图4所示，钉合前药组在肿瘤组织中的铂富集量达到了母体铂(II)配合物的7倍，同时也是线性前药的5倍，证实宏环约束能显著延长体内循环并增强受体介导的胞吞作用。

FIGURE 5 In vivo antitumor efficacy and immune activation. (a) Therapeutic schedule of sEBP-NLG-Oxal(IV) in a CT26 tumor-bearing mouse model. (b) Representative images of tumor samples from mice taken post-treatment. Scale bar: 2 cm. (c) and (d) Volume curves of tumors in mice (mean ± SD, n = 5, p < 0.001). (e) Tumor growth inhibition rates (mean ± SD, n = 5, p < 0.01, p < 0.001). (f) Percentage of matured DC cells (CD11c+ CD80+CD86+) in the tumors of the mice post different treatments as indicated (mean ± SD, n = 3, p < 0.01, ***p < 0.001). (g) The population of CD4+ T cells (CD3+CD4+) in the tumors of the mice post different treatments as indicated (Mean ± SD, n = 3, *p < 0.05, p < 0.01). (h) The population of CD8+ T cells (CD3+CD8+) in the tumors of the mice post different treatments as indicated (mean ± SD, n = 3, p < 0.01, ***p < 0.001). (i) Quantification of Treg cells (CD4+FOXP3+CD25+) in the tumors of the mice post different treatments as indicated (mean ± SD, n = 3, p < 0.05). (j–l) Secretion of IL-6, TNF-α, and IFN-γ in the cell supernatant by ELISA kits (mean ± SD, n = 3, p < 0.05, p < 0.01, *p < 0.001). (m) H&E and TUNEL analyses of tumor slices after different treatments. Scale bar, 200 µm.

在体内抗肿瘤疗效评价中，如图5所示，该前药单药治疗即可显著抑制结直肠肿瘤生长。而当其与抗PD-L1抗体联合使用时，抑瘤率更是高达90.9%。流式细胞术分析表明，该疗法显著提高了肿瘤浸润CD4+和CD8+ T细胞的比例，降低了调节性T细胞（Tregs）的浸润。最后，如图6所示的肿瘤疫苗接种实验进一步证实，经前药处理的死亡肿瘤细胞进入小鼠体内后具有极佳的免疫保护屏障效应，能有效阻止活肿瘤细胞的二次侵袭。

FIGURE 6 In vivo immunogenic cell death induction. (a) Vaccination schedule in a syngeneic CT26 tumor‑bearing mouse model. CT26 cells were exposed ex vivo to PBS, Oxal(II), EBP‑NLG‑Oxal(IV), or sEBP‑NLG‑Oxal(IV) at 50 µM for 48 h to generate dying tumor cells. After removal of the compounds, the cell suspensions were injected subcutaneously into the left flank of BALB/c mice as a prophylactic vaccine. Seven days later, the same mice were re‑challenged with live CT26 cells on the contralateral flank. Tumor incidence and growth were monitored for 50 days post‑challenge. (b) Percentage of tumor‑free mice after re‑challenge with live CT26 cells. (c) Tumor volume curves of the contralateral tumors that developed after re‑challenge (n = 9).

总结及展望

该研究成功搭建了基于铂(IV)中心介导的金属钉合药物研发平台，不仅实现了化疗载荷在病灶部位高达7倍的精准富集，还通过重塑肿瘤免疫微环境构建了高效的化学-免疫代谢协同治疗模式。这种将“金属配合物”与“结构稳定剂”合二为一的设计理念具有极高的普适性。展望未来，该策略可进一步拓展至其他肿瘤定向配体甚至复杂的生物大分子和功能蛋白质的结构约束中，为开发下一代多功能、精准靶向的金属抗癌药物提供了崭新的思路与技术支撑。

【JACS】港中深唐本忠院士、武汉大学王富安等|52.7%高光热转换效率！新型近红外铂(II)配合物实现肿瘤诊疗新突破

Fri, 12 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】港中深唐本忠院士、武汉大学王富安等|52.7%高光热转换效率！新型近红外铂(II)配合物实现肿瘤诊疗新突破

文章标题： A Multifunctional Near-Infrared Platinum(II) Agent for High-Performance Chemo-Photothermal Therapy

通讯作者： Jacky W. Y. Lam, Wenqian Yu, Fuan Wang, Ben Zhong Tang

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c03316

文章概要

引言

传统顺铂等铂类化疗药物在临床应用中由于缺乏诊断导向、极易产生耐药性以及单一化疗疗效有限而面临巨大挑战。光疗作为一种新兴的诊疗手段受到广泛关注，但传统的近红外荧光探针常常受限于聚集诱导发光淬灭效应，且在深层组织中的成像清晰度不足。为了打破这一瓶颈，研究团队创新性地设计出一种兼具近红外发射、聚集诱导发光（AIE）特征与高效光热效应的多功能双齿铂(II)配合物。该研究不仅规避了传统环金属铂配合物对吡啶类配体的依赖，还通过前沿生物信息学方法精准定位了细胞耐热的关键靶点，为构建新一代高性能、个性化的肿瘤诊疗一体化平台提供了全新思路。

Scheme 1. (A) Properties of Previously Reported Platinum Complexes and the Newly Prepared BSeTPE-Pt-ac. (B) A Multifunctional Platinum(II) Agent for Imaging-Guided Gene-Regulation Synergized Chemo-PTT

主要实验及结论

研究人员利用高效的苏木基偶联等反应成功合成了目标配合物BSeTPE-Pt-ac。单晶X射线衍射与理论计算表明，该配合物通过六元环模式与苯并硒二唑核心配位，显著拓宽了电子共轭效应，并借助强烈的分子内金属向配体电荷转移实现了红移的近红外发射；同时，外围高度扭曲的四苯乙烯单元有效增大了分子空间位阻，限制了分子内的非辐射衰减，从而赋予其独特的聚集增强发光特性。光热测试显示该配合物表现出高度敏感且依赖于浓度和功率的光热转换行为，其纳米颗粒的光热转换效率高达52.7%。在细胞与动物实验中，利用叶酸修饰的聚乳酸-羟基乙酸共聚物将其与针对抗凋亡基因BCL2的基因沉默反义寡核苷酸进行共包裹，成功制备出具备主动靶向能力的纳米诊疗系统，在近红外荧光成像和光热成像的双重引导下精准定位了肿瘤边界。

Figure 1. X-ray crystal analysis of BSeTPE and BSeTPE-Pt-ac. Crystal structures of (A) BSeTPE and (B) BSeTPE-Pt-ac. (C) Molecular packings with intermolecular interactions of BSeTPE and BSeTPE-Pt-ac (hydrogen atoms and solvents were omitted for the sake of clarity).

Figure 2. Frontier molecular orbitals of (A) BSeTPE and (B) BSeTPE-Pt-ac based on the optimized ground-state geometries. Simulated UV–vis absorption spectra of (C) BSeTPE and (D) BSeTPE-Pt-ac in THF solutions. The hole–electron distribution and the interfragment charge transfer of (E) BSeTPE and (F) BSeTPE-Pt-ac upon the vertical excitation in THF solutions. The intrinsic CT and LE percentages were calculated to characterize the excitation properties. Plots of reorganization energy vs normal mode wavenumber of BSeTPE in (G) THF solutions and (H) crystalline phase. Plots of reorganization energy vs normal mode wavenumber of BSeTPE-Pt-ac in (I) THF solutions and (J) crystalline phase. Inset: the proportions of bond length, bond angle, and dihedral angle contributed to the total reorganization energy.

Figure 3. Normalized (A) absorption and (B) PL spectra of BSeTPE and BSeTPE-Pt-ac in THF solutions (10–5 M), and BSeTPE-Pt-ac in nanoparticles (named Pt NPs). PL spectra of (C) BSeTPE and (D) BSeTPE-Pt-ac in toluene/cyclohexane mixtures with different cyclohexane fractions (_f_c). (E) Temperature curves of BSeTPE-Pt-ac (50 μM, 0.6 W cm–2, 5 min, 660 nm) and PBS. (F) Photothermal behavior of BSeTPE-Pt-ac at different concentrations (0.3 W cm–2, 5 min, 660 nm) and (G) power densities (50 μM, 5 min, 660 nm). (H) Photothermal stability of BSeTPE-Pt-ac (50 μM, 0.6 W cm–2, 5 min, 660 nm). (I) Photothermal heating/cooling curves of BSeTPE-Pt-ac. (J) Photothermal conversion efficiency of BSeTPE-Pt-ac. (K) Photothermal effect of F–Pt NPs with varied concentrations (0.5 W cm–2, 5 min, 660 nm). (L) PTI of irradiated PBS and F–Pt NPs (200 μg mL–1) at different times.

Figure 4. (A) GSEA analysis of pivotal unfolded protein binding in PTT vs PBS groups. (B) Circle heatmap showing differentially expressed HSPs in PTT vs PBS groups. (C) Analysis of the gene interaction networks based on the GeneMANIA database. Networks, 1, physical interactions, 2, coexpression, 3, predicted, 4, colocalization, 5, genetic interactions, 6, pathway, and 7, shared protein domains. (D) Images and (E) analysis of tumor cells MCF-7 and normal cells MCF-10A treated with tumor-targeting F–Pt NPs or nontargeting Pt NPs. (F) Cell viability to F–Pt NPs. (G) Cell viability, (H) cell apoptosis, and (I) DNA damage assays toward MCF-7 cells. (J) Cell viability toward 4T1 cells. (K) Analysis of mRNA levels: Group 1 (G1), PBS; G2, cisplatin; G3, F–Pt NPs + laser; G4, ASO/F–Pt NPs; and G5, ASO/F–Pt NPs + laser. Cells were treated with PBS, cisplatin (12 μg mL–1), Pt NPs (200 μg mL–1), F–Pt NPs (200 μg mL–1), ASO/Pt NPs (200 μg mL–1), and ASO/F–Pt NPs (200 μg mL–1), for 36 h with or without laser irradiation (0.5 W cm–2, 5 min, 660 nm). **p < 0.0001, *p < 0.001, and ns, not significant (one-way analysis of variance [ANOVA] followed by Tukey’s multiple comparisons test). Data were presented as mean ± s.d. (n = 3).

生物信息学转录组与蛋白质组学测序结果进一步揭示，光热治疗引起的超热应激会触发肿瘤细胞上调热休克蛋白并激活动中特异性的抗凋亡补偿机制。通过引入基因治疗手段，该纳米系统在低纳米摩尔浓度下便能显著抑制肿瘤组织中BCL2蛋白的表达，极大地降低了细胞对化疗和热疗的凋亡阈值，使肿瘤细胞对铂剂诱导的DNA损伤更加敏感。在小鼠乳腺癌模型中，该协同治疗方案展现出极其优异的肿瘤生长抑制效果，肿瘤重量抑制率高达98.5%，并成功将肺部转移结节几乎完全根除。深度免疫微环境分析显示，此方案不仅能诱导广泛的细胞坏死与血管阻断，还能显著上调免疫相关信号通路、促进免疫细胞浸润，从而重塑肿瘤微环境。

Figure 5. (A, E) FLI and (B, F) analysis on subcutaneous and orthotopic breast cancer-bearing mice, respectively. (C) Analysis and (D) images of ex vivo tissues (Tu: tumor, He: heart, Lu: lung, Li: liver, Sp: spleen, and _K_i: kidney) of the subcutaneous mice model. (G) Analysis of ex vivo tissues of the orthotopic mice model. (H) Imaging and (I, J) analysis of orthotopic tumor-bearing mice at different excitation/emission wavelengths. (K) PTI and (L) temperature changes of PBS or F–Pt NP-treated mice (0.5 W cm–2, 5 min, 660 nm). Data were presented as mean ± s.d. (n = 4).

Figure 6. In vivo antitumor effect of F–Pt NPs on subcutaneous breast cancer. (A) Protocol illustration, (B) photographs of tumors, (C) tumor weights, and (D) tumor–growth curves. (E) H&E staining and (F) TUNEL staining images. **p < 0.0001, *p < 0.001, **p < 0.01, and ns, not significant (one-way analysis of variance [ANOVA] followed by Tukey’s multiple comparisons test). Data were presented as mean ± s.d. (n = 5).

Figure 7. In vivo therapy of ASO/F–Pt NPs on orthotopic breast cancer. (A) Protocol illustration, (B) tumor images, (C) tumor–growth curves, and (D) tumor weights. (E) Analysis of BCL2 expression in tumor tissues. (F) Number of metastatic lung nodules. (G) H&E (lung nodules marked by green circles) and (H) Ki-67 staining of lung tissues. *p < 0.05, p < 0.01, **p < 0.0001, and ns, not significant (one-way analysis of variance [ANOVA] followed by Tukey’s multiple comparisons test). Data were presented as mean ± s.d. (n = 5). (I) Apoptosis-related GO enrichment analysis. (J) Immune-related GO enrichment analysis. (K) Analysis of immune cell infiltration (‘Significant only’ bar plot, p-value <0.05, with one-sided Welch’s t-test).

总结及展望

该研究成功报道了一种集近红外成像、AIE效应与光热治疗于一体的多功能铂(II)诊疗剂。通过合理的分子结构设计与生物信息学辅助的治疗方案优化，该系统不仅彻底攻克了传统铂类药物功能单一和聚集发光淬灭的缺陷，还通过基因调节手段有效克服了肿瘤的光热耐受性，实现了高效的抗肿瘤增殖与抗转移协同治疗。这一集化疗、光热治疗与基因调控于一体的创新策略，展现出极高的临床转化潜力与优异的生物安全性，为未来开发先进的智能化多功能抗肿瘤药物开辟了全新的里程碑。

【Nat.Methods】“亮度解混”技术，实现单一通道3种靶标同时3D超分辨成像

Fri, 12 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Methods】“亮度解混”技术，实现单一通道3种靶标同时3D超分辨成像

文章标题：Brightness demixing for simultaneous multi-target imaging in 3D single-molecule localization microscopy

通讯作者：Sandrine Lévêque-Fort

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41592-026-03118-6

文章概要

引言

单分子定位显微术（SMLM）极大地提高了生物成像的分辨率，但在实现多靶标成像时，传统方法主要依赖基于波长的光谱分离。这种策略不仅受到荧光团光谱重叠的固有限制，通常还需要复杂的色差校正和多通道探测器，从而降低了信噪比并增加了系统复杂性。为了解决这些痛点，研究团队提出了一种被称为亮度解混（Brightness demixing） 的新方法，通过开发和利用荧光团的固有光物理特性（光子通量），在单一探测通道内实现了无需额外滤光片的高效多显色超分辨成像。

Fig. 1: Two-target brightness demixing implementation.

a, Cells labeled for simultaneous SMLM imaging of two targets with low and high brightness dyes. b, Chronogram illustrating molecule blinking undersampling when the exposure time _t_exp is higher or equal to the mean ON time _τ_ON. c, Chronogram illustrating molecule blinking oversampling. The flux is determined by merging localizations of the same molecule, excluding transient binding frames. d–h, DNA-PAINT measurement of microtubules and clathrin-coated pits in N = 1 COS-7 cell in the FOV (representative of five independent experiments), imaged with I1-Atto647N and I3-Atto655, respectively: intensity color-coded localization image representing the total number of photons for each event (d); intensity histogram from d (e); flux histogram following oversampled detection associated to g, with two Gaussian-fitted peaks and a 70% specificity threshold (f); flux color-coded molecule image (g); and two color-coded image after classification (h). i, DNA-PAINT measurement of microtubules and clathrin-coated pits in N = 1 COS-7 cell in the FOV (representative of five independent experiments), imaged with I1-Atto647N and I3-Atto680, respectively. j, Flux histogram associated with i, with two Gaussian-fitted peaks and a 70% specificity threshold.

主要实验及结论

研究人员首先基于DNA-PAINT技术构建了实验体系，利用ASTER动态照明技术确保整个视野内的激发光强均匀分布。通过缩短相机曝光时间对荧光分子的闪烁事件进行过采样，算法能够精确追踪单个分子的完全开启状态并计算其光子通量（Photon flux），从而将其作为表征亮度的可靠指标。在COS-7细胞实验中，该方法成功区分了光谱高度重叠的远红外染料Atto647N和Atto655，清晰地将微管和网格蛋白包裹的小窝分离开来，其误判率极低且保留了远多于传统光谱解混法的有效定位点，并在DNA纳米尺和核孔复合物（NPC）的精细结构解析中验证了该定量分类的极高鲁棒性。

Fig. 2: Brightness demixing on nanorulers and NPCs.

a–c, Nanorulers with orthogonal docking strands imaged by F1-Atto647N and F4-Atto655: reconstruction of the nanorulers with flux color-coded image (top left corner) and after brightness demixing (bottom right corner) (a); flux histogram fitted with a sum of two Gaussians based on N = 670 nanorulers (b); and spot-wise spatial s.d. within nanorulers (c). d–f, NPCs imaged in U2OS cells labeled for Nup62 (I1 strand) and Nup96 (F3 strand), with I1-Atto647N and F3-Atto655: NPC reconstruction with flux color-coded image in N = 1 U2OS cell in the FOV (representative of five independent experiments) (d); flux versus radial distance from NPC center, shown as a density color map with contours lines at σ (with σ from the Gaussian fit) (e); and relative proportions of Nup62 and Nup96 given by the 2D Gaussian fit of e versus radial distance (f). g, Image of the distribution density (N = 1,144 NPCs) in the NPCs for the core Nup62-Atto647N, the crown Nup96-Atto655 and the composite image, obtained with a drift correction described in the Methods.

Fig. 3: Three-target brightness demixing in COS-7 cell.

a, DNA-PAINT measurement of microtubules (magenta), clathrin pits (cyan) and vimentin (yellow) in N = 1 COS-7 cell in the FOV (representative of three independent experiments) labeled for microtubules (magenta), clathrin (cyan) and vimentin (yellow) with P1, P3 and P7 strands, imaged with I1-Atto647N, I3-Atto680 and I7-Atto655 respectively. b, Flux histogram from a after merging with arbitrary bounds.

随后，团队进一步展示了该技术的拓展潜力，通过精细调整分类阈值，利用亮度比例仅为1.5的三个染料成功实现了微管、波形蛋白和网格蛋白的三靶标同时成像。更为重要的是，亮度解混技术被成功引入到3D SMLM成像中，无论是通过插入柱面镜的像散技术，还是通过基于超临界角荧光（SAF）检测的DONALD配置，研究人员都在没有增加物理探测通道的情况下，实现了对细胞结构的绝对轴向定位与多色三维重构，充分证明了该方法与现有主流三维成像技术的高兼容性。

Fig. 4: Three-dimensional brightness demixing in COS-7 cell.

a, Setup for astigmatism-based 3D SMLM with a cylindrical lens (Lcyl). A physical mask is placed in a conjugated plane of the back focal plane to block the SAF collection. c, Setup for SAF-3D SMLM with DONALD configuration. A 50:50 beamsplitter splits the light into two imaging channels: the UAF channel where a physical mask is blocking SAF collection, and the EPI channel where both UAF and SAF are collected. A HILO illumination is used in both configurations. b,d, DNA-PAINT measurement of microtubules and clathrin-coated pits in N = 1 COS-7 cell in the FOV (representative of three independent experiments), imaged with I1-Atto647 and I3-Atto655, respectively. Both orthogonal color bars indicate the relative axial position with respect to the cylindrical lens focus (b) and the absolute axial position relative to the coverslip (d).

总结及展望

亮度解混技术为超分辨显微镜的多靶标成像提供了一种简单而强大的新方案，它打破了依赖多波长激发和多探测通道的传统思维，从根本上规避了色差干扰，同时大幅缩短了实验采集时间。未来，随着针对亮度差异专门优化而非仅针对光谱分离的荧光染料的不断开发，以及该方法在光片显微镜等其他几何结构中的推广，亮度解混必将极大地加速空间蛋白质组学的发展，并为活细胞多靶标纳米尺度动力学的实时研究开辟全新的途径。

【Adv.Mater.】创纪录！醇溶性双极主体助力水/醇溶碳点电管LED实现高达13.04 cd A⁻¹发光效率

Fri, 12 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】创纪录！醇溶性双极主体助力水/醇溶碳点电管LED实现高达13.04 cd A⁻¹发光效率

文章标题： Aqueous/Alcohol-Soluble Carbon Dot Light-Emitting Diodes

通讯作者： Zhan'ao Tan, Runnan Yu

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73773

引言

固体照明和平板显示构成了现代国民经济的重要支柱。在新型发光材料中，荧光碳点（CDs） 凭借其环境友好、溶液可加工性、可调发射光谱以及高光致发光效率，被视为下一代照明和显示技术的极具前景的替代品。通常，碳点通过水热法合成，具有极佳的水/醇溶解性。然而，由于缺乏合适的醇溶性主体材料，水/醇溶性碳点此前未能实现有效的电致发光。传统的主体材料通常针对有机LED开发，具有复杂的合成过程、较差的双极传输能力以及极低的醇溶解度，这阻碍了它们与醇溶性碳点的均匀分散。为了克服这一瓶颈，迫切需要量身定制匹配醇溶性碳点需求的主体材料，以充分释放其绿色加工的潜力。

Molecular design, synthesis, and theoretical calculation of 2PCT. (a) Design and synthesis of 2PCT and its analogue Cz-TRZ. (b) Cost comparison of 2PCT with conventional host materials in CD-based electroluminescent LEDs. (c) 1H NMR spectra of Cz, 2BrCz, and 2POCz. (d) ESP maps and µ of Cz-TRZ and 2PCT. (e) HOMO distributions of Cz-TRZ dimer and 2PCT dimer. (f) Sign(_λ_2)ρ colored isosurfaces of _δg_inter = 0.005 a.u. corresponding to the IGMH analysis of CzTRZ dimer and 2PCT dimer.

文章概要

主要实验及结论

研究团队巧妙设计并合成了一种醇溶性双极发光主体材料2PCT。通过在咔唑核心的3,6位引入具有大空间位阻和强极性的二乙基亚磷酸酯（DEP）基团，极大地增强了分子的极性以及与醇类溶剂的氢键作用，使得2PCT在乙醇中的饱和溶解度飙升至273.2 mg mL⁻¹。理论计算与微观形貌表征表明，DEP基团的引入不仅拉宽了材料的带隙、降低了能级，还通过位阻效应有效削弱了分子间的π–π堆积，从而将固态光致发光量子产率（PLQY）显著提升至62.64%，并能诱导形成均一的非晶态薄膜。UPS能级测试与瞬态荧光光谱证实，2PCT与发光碳点之间存在高效的费斯特共振能量转移（FRET），这不仅消除了纳米级相分离，还彻底抑制了碳点因聚集而导致的非辐射复合。

Intrinsic physical properties of 2PCT. (a) Variation of absorbance intensity with 2PCT concentration. The detected wavelengths were 325 nm. (b) Single carrier mobility of 2PCT measured by the SCLC method. (c) TGA curve of 2PCT. (d) DSC curves of 2PCT and Cz-TRZ. (e,f) AFM images of Cz-TRZ (e) and 2PCT (f). (g,h) UV–vis absorption and PL spectra of 2PCT and Cz-TRZ film (g), and 2PCT and Cz-TRZ in DCM solution (h). (i) PLQY and _k_r of Cz-TRZ and 2PCT in solid state and DCM solution.

Characterization of host-guest doping. (a) Comparative solubility analysis of 2PCT, PVK and G-CDs in chlorobenzene and ethanol, with 15 mg of solute and 3 mL of solvent. (b,c) AFM images of G-CDs (b) and 2PCT: G-CDs (c). (d,e) HOMO and LUMO energy levels of 2PCT (d) and G-CDs (e) determined by UPS. (f) The PL spectra of G-CDs, 2PCT, and 2PCT: G-CDs dissolved in ethanol. (g) TRPL spectra of G-CDs, 2PCT, and 2PCT: G-CDs in ethanol solution with different detection wavelengths.

利用2PCT作为主体材料并匹配水/醇溶性碳点客体，研究人员成功构筑了高电致发光性能的多色CD-LEDs器件。在最佳掺杂比例下，所制备的绿色、黄色和红色电致发光器件展现出了极低的启亮电压，其中黄色LED的启亮电压低至2.2 V，创下了碳点电致发光器件的最低纪录。更令人瞩目 margin的是，这些器件的最高亮度分别达到了8373、8401和12287 cd m⁻²，最高电流效率分别达到6.41、13.04和6.73 cd A⁻¹，刷新了乙醇加工碳点光电器件的性能最高 Benchmark。得益于2PCT优异的成膜性与碳点分散能力，团队还在空气环境中通过刮涂法成功制备了面积达16 cm²的大面积黄色发光器件，在连续运行下展现出杰出的色彩与器件稳定性。

Electroluminescent performance of CD-LEDs. (a) EL spectra of LEDs. The inset presents three photographs of working LEDs. (b) Current efficiency-current density (_η_c–J) characteristic curves of LEDs. (c) _L_max, _η_max, and _V_on statistics of LEDs. (d−f) EL spectra of LEDs measured at different times near the _L_max, with applied voltages of 8.0 V (d), 7.5 V (e), and 8.5 V (f), respectively. (g) The schematic diagram of blade-coating preparation of Y-LEDs in ambient air. (h) Y-LEDs in operation with a luminous area of 16 cm2.

总结及展望

本研究成功开发出一种集高醇溶性、双极电荷传输特性、高固态发光效率及优异成膜能力于一体的宽带隙主体材料2PCT，首次实现了水/醇溶性绿色碳点的电致发光。该工作不仅打破了传统主体材料不溶于极性醇类溶剂的限制，实现了多色碳点LED器件性能的跨越式提升，更为碳点光电器件的绿色制造与大面积空气中加工提供了全新的战略思路，对推动环保型固体照明与显示技术的发展具有革命性意义。

【JACS】破纪录的160 GM双光子吸收！新型硫代核苷光敏剂DATU助力深层肿瘤光动力治疗

Thu, 11 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】破纪录的160 GM双光子吸收！新型硫代核苷光敏剂DATU助力深层肿瘤光动力治疗

文章标题：Development of a Nucleoside Photosensitizer Efficiently Activated by One- or Two-Photon Absorption in the Optical Therapeutic Window

通讯作者：Carlos E. Crespo-Hernández

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00216

文章概要

引言

在临床医学中，硫代核苷酸作为抗癌和免疫抑制药物已有超过半个世纪的应用历史。近年来，由于其独特的化学反应活性，它们在光动力治疗中展现出巨大的应用潜力。然而，传统硫代核苷酸的吸收波长大多集中在紫外A区，且在近红外区域的双光子吸收截面非常微小，这极大限制了它们在深层组织治疗中的临床应用。为了攻克这一医学界的长期难题，科研人员巧妙地设计出一种新型近红外高效激活的硫代核苷类似物DATU，成功将激活波长拓展至光学治疗窗口，为深层肿瘤的精准治疗带来了革命性的突破。

Scheme 1. Structures of DATU (5-(5-(4-(Dimethylamino)phenyl)thiophen-2-yl)-2′,3′,5′-tri-O-benzoyl-6-aza-2,4-dithiouridine) and Its Oxygen Congener, DAU (5-(5-(4-(Dimethylamino)phenyl)thiophen-2-yl)-2′,3′,5′-tri-O-benzoyl-6-azauridine)

主要实验及结论

研究人员通过先进的飞秒瞬态吸收光谱技术与量子化学计算，深入剖析了DATU的电子结构与光物理特性。实验表明，DATU在水溶液中的单光子吸收光谱能够一直延伸至750纳米，且其三重态寿命达到1.7微秒，在苯溶剂中的单线态氧量子产率高达56%。尤为令人振奋的是，在800纳米的近红外激光激发起下，DATU展现出高达160 GM的双光子吸收截面，这一数值比其传统的羰基对应物DAU高出整整3倍，直接刷新了目前已知核苷类似物的最高历史纪录。

Figure 1. (a) UV–vis absorption spectra of DATU, and (b) UV–vis absorption and fluorescence spectra of DAU in 1,4-dioxane and benzene. The fluorescence spectra were collected exciting DAU at 425 and 435 nm, respectively.

Scheme 2. Structures of syn- and anti-Rotamers of (a) DATU and (b) DAU

Figure 2. Experimental absorption spectra for (a) DATU and (d) DAU in 1,4-dioxane, alongside the simulated absorption spectra for (b) DATU and (e) DAU in 1,4-dioxane. The corresponding Kohn–Sham orbitals for HOMO and LUMO are shown for (c) DATU and (f) DAU.

Figure 3. Jabłoński diagram for the major (syn) isomers of DATU and DAU, illustrating the dominant relaxation pathways following excitations to the respective lowest-energy absorption bands.

在生理环境和细胞层面的评估实验中，DATU在受到特定光照激活后，不仅能高效降解活性氧探针，还能在水性缓冲液中大量产生羟基自由基，证实其能根据不同的细胞环境同时通过I型和II型机制发挥光敏作用。体外细胞毒性实验进一步证实，在面对4T1小鼠乳腺癌细胞时，DATU在单光子与双光子近红外激光照射下均表现出极高的光细胞毒性，不仅显著杀伤了癌细胞，而且在无光照的暗处对正常组织几乎不产生任何毒副作用。

Figure 4. (a) Spectral evolution of fs-TAS of DATU in 1,4-dioxane at 520 nm excitation, (b) extracted EADS, (c) kinetic decay traces with fits at different wavelengths, and (d) contour plots of fs-TAS. The breaks on the x-axis of (a, b, and d) cover the scattering from the pump pulse, and those on the x-axis in (c) and the y-axis in (d) represent the change in the scale from linear to logarithmic. The sharp signals in the top panel of (a) correspond to the stimulated Raman scattering and coherent solvent signals, which were used to define time zero at its maximum amplitude.

Figure 5. A qualitative relaxation mechanism for DATU upon photoexcitation.

Figure 6. (a) Spectral evolution of fs-TAS of DAU in 1,4-dioxane at 400 nm excitation, (b) extracted EADS, (c) kinetic decay traces with fits at different wavelengths, and (d) contour plots of fs-TAS. The breaks on the x-axis of (a and d) cover the scattering from the pump pulse, and those on the x-axis of (c) and the y-axis in (d) represent the change in the scale from linear to logarithmic. The sharp signals in the top panel of (a) correspond to the stimulated Raman scattering and coherent solvent signals, which were used to define time-zero at its maximum amplitude.

Figure 7. (a) ps-to-μs-TAS of DATU, (b) respective kinetic traces, and (c) contour plots for TAS data in N2-saturated 1,4-dioxane following excitation at 520 nm. Breaks on the x-axis of (a and c) cover the scattering from the pump pulse, while that on the y-axis of (c) represents the change in the scale from linear to logarithmic. (d) Representative kinetic traces of TAS recorded under O2, air, and N2-saturated conditions.

Figure 8. (a) ps-to-μs-TAS of DAU, (b) respective kinetic traces, (c) EADS in air-equilibrated 1,4-dioxane following excitation at 400 nm, and (d) contour plots of TAS. Breaks on the x-axis of (b) and the y-axis in (d) represent the change in the scale from linear to logarithmic.

Figure 9. Log–log plots of Δ_A_ versus the power of 800 nm fs-pulsed laser for (a) DATU and (b) DAU in 1,4-dioxane. The transient absorption spectra of (c) DATU and (d) DAU in 1,4-dioxane, and (e) Rhodamine 6G in methanol at 20 ps delay, recorded upon 400 nm one-photon (top panel) and 800 nm two-photon (bottom panel) excitations. The breaks in the x-axis of the top panels in (c, d, and e) are covering scattering from the 400 nm pump pulse.

Figure 10. Degradation of DPBF under 800 nm fs-pulsed laser excitation for different irradiation times in (a) the presence and (b) the absence of DATU in benzene. (c) Corresponding plot of degradation (A/_A_0 vs laser irradiation time) of DPBF in both conditions under 800 nm fs-pulsed laser excitation.

Figure 11. DPBF assay demonstrates the generation of singlet oxygen upon irradiation of DTAU/DPBF mixtures at 525 nm in air-saturated (a) MeOH and (c) MeCN solutions. Controls with DPBF alone are shown in (b) MeOH and (d) MeCN, respectively. These assays were performed in a 2 mm cuvette, with an absorbance of DATU kept at ∼0.06 at 525 nm.

Figure 12. Light dose-dependent changes in HPF fluorescence intensity in aqueous phosphate buffer solution (PBS) upon 525 nm irradiation: (a) in the presence of DATU and (b) in its absence (control). (c) Corresponding plot of F/_F_0 at the maximum emission as a function of light dose under both conditions. (d) Absorption spectrum of DATU in aqueous buffer solution at pH 7.4 (99:1 PBS/DMSO).

Figure 13. Representative viability studies utilizing 4T1 murine mammary carcinoma cells in the presence and absence of light irradiation: (a) 6 μM DATU with one-photon excitation at 525 nm (16 J cm–2) and (b) 25 μM DATU with two-photon excitation using 800 nm laser (40.7 kJ cm–2). See the Methods section in the SI for details.

总结及展望

这项开创性的研究成功构筑了目前世界上双光子吸收截面最大的核苷类似物光敏剂，成功攻克了光动力治疗中深层组织渗透力不足的瓶颈。DATU兼具优异的细胞膜渗透性、高产率的活性氧生成能力以及极低的暗毒性，未来在深层癌症治疗、临床生物成像以及光催化等诸多前沿领域都将发挥不可估量的核心作用。这一结构工程化的设计思路也为开发下一代无重原子有机硫代光敏剂开辟了全新的道路。

【JACS】实现79978倍强度增强！新型暴发型近红外化学发光探针助力高灵敏活体成像

Thu, 11 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】实现79978倍强度增强！新型暴发型近红外化学发光探针助力高灵敏活体成像

文章标题：Burst-Mode Near-Infrared Chemiluminescent Probes for In Vivo Imaging

通讯作者：Shuzhou Li, Kanyi Pu

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c02998

文章概要

引言

化学发光因无需外源光激发而具有极低的背景信号，在生物成像领域备受关注。然而，现有的1,2-二氧杂环丁烷类化学发光团普遍存在“长效但瞬时发光强度低”的缺点，限制了其在快速、高灵敏检测中的应用。为了解决这一痛点，本研究提出了一种取代基驱动的电子调控策略。通过保持传统的金刚烷基结构，并在特定位置引入新型电子调控基团，成功降低了化学发光决速步（O–O键断裂）的活化能垒，从而大幅加速化学激发过程，开发出一系列兼具超高瞬时发光亮度和良好化学稳定性的暴发型近红外化学发光探针。

Scheme 1. Schematic Illustration of (a) Previous Design and (b) Our Design; and (c) Synthetic Routes of Chemiluminophores DPD_X_ (X = 2, 3, and 4)

主要实验及结论

研究人员精心设计并合成了氟离子响应的近红外化学发光团（DPD1至DPD4）。实验结果表明，采用2,2,2-三氟乙氧基修饰的DPD4表现出最显着的暴发型发光特性。在氟离子激活下，其发光波长红移至740纳米，瞬时发光强度实现了惊人的79,978倍增强，且发光半衰期缩短至仅10秒。与传统的甲氧基修饰探针相比，其化学激发速率提升了15.0倍。此外，密度泛函理论（DFT）计算从分子层面证实，三氟乙氧基有效重构了过氧化物片段的电荷分布，使O–O键断裂的活化能垒降低了约3倍，从而阐明了这种超快化学激发行为的内在机理。同时，该探针在缓冲溶液中表现出长达6.8天的优异化学稳定性，克服了以往暴发型探针稳定性差的瓶颈。

Figure 1. Photophysical properties of the NIR chemiluminophores. (a) F–-responsive chemiexcitation mechanism of NIR chemiluminophores (DPD_X_ as an example). (b) CL half-life and CL quantum yields of reported NIR chemiluminophores (emission >700 nm) and our chemiluminophores. Details in Table S1. CL spectra (c), intensities (d), and time-courses (e) of DPD1, DPD2, DPD3, and DPD4 (5.0 μM) in DMSO in the presence and absence of TBAF (20 μM). Intensity data are the mean ± SD, n = 3 independent experiments. CL spectra (f) and time-courses (g) of GCL1 and GCL4 (5.0 μM) in DMSO in the presence and absence of TBAF (20 μM). (h) Time-dependent CL visual imaging of GCL1 and GCL4 (10 μM) after addition of TBAF (40 μM) at 37 °C. _t_1/2,CL represents the CL half-life(s) of the corresponding chemiluminophores.

Figure 2. (a) Chemiexcitation mechanism of DPD_X_ based on Schaap’s adamantyl-phenoxy-1,2-dioxetanes. (b) Summary of the computed activation barrier (Δ_E_a) of the rate-determining step of chemiexcitation for four substituted-adamantyl-phenoxy-1,2-dioxetanes. (c) Relationship between the Δ_E_a and the rate constant of DPD_X_. Detailed DFT calculations are presented in the Supporting Information (Figure S7).

Figure 3. (a) CL detection of β-gal with DPD4g. (b) CL spectra of DPD4g (10 μM) in the presence and absence of β-gal (1.0 U/mL) in 10 mM PBS (pH = 7.4, 5% DMSO and 10 mM MgCl2). (c) HPLC profile of DPD4g (10 μM) after incubation with β-gal (1.0 U/mL) for 90 min. (d) Time course of the CL intensity of DPD4g (10 μM) incubated with β-gal (1.0 U/mL) in 10 mM PBS (pH = 7.4, 5% DMSO and 10 mM MgCl2). (e) CL changes of DPD4g (10 μM) in the presence of β-gal (1 U/mL), other different enzymes (1.0 U/mL), or β-gal (1.0 U/mL) with an inhibitor (d-galactose, 100 mM) in PBS (10 mM, 5% DMSO and 10 mM MgCl2) at 37 °C. Data are the mean ± SD, n = 3 independent experiments. (f) CL intensities of DPD4g (10 μM) incubated with a function of [β-gal] (0–1.0 U/mL) for 10 min. Data are the mean ± SD, n = 3 independent experiments. (g) CL and FL imaging of HeLa and SKOV3 cells after incubation with DPD4g (10 μM) for 30 min, respectively. SKOV3 + inhibitor group: the SKOV3 cells were treated with an inhibitor (d-galactose, 100 mM) for 1 h before incubation with DPD4g. The blue signal corresponds to the cell nucleus stained with Hoechst 33342, and the red signal corresponds to the cytoplasm treated with DPD4g. (h) Quantification analysis of CL and FL signals in (f). Data are the mean ± SD, n = 3 independent experiments.

基于性能优异的DPD4母体，研究团队将其进一步构建为特异性响应$\beta$-半乳糖苷酶（$\beta$-gal）的激活型探针DPD4g，用于肿瘤的早期检测。体外实验显示，该探针检测$\beta$-gal的最低检出限低至0.136 mU/mL，且对目标酶具有极高的特异性选择性。在细胞及活体成像实验中，DPD4g展现出极其优异的诊断对比度：在注射入小鼠肿瘤区后，高表达$\beta$-gal的SKOV3肿瘤部位在5分钟内就达到了82.3倍的化学发光信号增强。最终，该探针成功将$\beta$-gal阳性肿瘤与阴性肿瘤清晰地区分开，活体发光强度差异达到15.2倍，完美实现了活体水平的高灵敏度、高对比度肿瘤特异性成像。

Figure 4. Representative CL images (a) and quantification of chemiluminescent signal in the tumor (b) of DPD4g-injected tumor-bearing mice at different time points with or without pretreatment of the inhibitor (d-galactose, 40 μmol/kg). Inhibitor group: SKOV3 tumor-bearing mice were intratumorally injected with d-galactose (40 μmol/kg) 6 h before injecting DPD4g. Two-tailed Student’s t test, SKOV3 vs HeLa, ***p < 0.001 (n = 3, mean ± SD). (c) Histological analysis of tumor sections after different treatments. The blue signal came from the cell nucleus stained with DAPI, and the red signal came from DPD4g.

总结及展望

本研究成功证明，通过在1,2-二氧杂环丁烷骨架中引入三氟乙氧基，是一种构建暴发型化学发光团的通用且高效的分子设计策略。该策略不仅在近红外体系中大放异彩，还成功推广至绿色化学发光体系。所开发的激活型近红外探针DPD4g凭借出色的特异性、灵敏度以及超高的活体穿透成像对比度，克服了传统荧光成像易受组织自发荧光干扰的缺陷。这一突破性的设计原理不仅丰富了光学分子探针的工具箱，也为未来临床上实现肿瘤的精准快速诊断与实时生物监测开辟了全新的前景。

【JACS】选择性最高达 42.35！配体对称性驱动金属簇旋转构筑压缩孔道 MOF 实现高效乙炔分离

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】选择性最高达 42.35！配体对称性驱动金属簇旋转构筑压缩孔道 MOF 实现高效乙炔分离

文章标题：Ligand-Symmetry-Driven Metal-Cluster Rotation for Accessing Compressed Pore Regimes in Metal–Organic Frameworks

通讯作者：Xianhui Bu、Pingyun Feng

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04783

文章概要

引言

在多孔材料领域，等网状化学是调控金属有机框架（MOF）孔道尺寸与形貌的主流手段，这类方法主要通过改变连接体长度、修饰配体取代基来优化孔道结构，应用范围十分广泛。但该方式存在明显短板，会受到分子构筑单元固有化学性质的限制，不仅部分目标孔径区间和孔道几何结构无法实现，进一步缩短连接体还会面临合成难题，同时同系列材料之间也容易出现孔径断层。为了突破这一技术瓶颈，本研究不再局限于调控配体分子尺寸，而是将配位对称性作为全新的独立设计变量，选取孔道分区 acs（pacs）型 MOF 作为研究平台，尝试在不改变配体大小、不破坏框架拓扑的前提下，依靠配体对称性差异诱导金属簇发生可控旋转，以此实现晶胞压缩。pacs 体系本身由二羧酸配体、金属三聚物构成基础 acs 骨架，再由三齿配体划分六方孔道，以往该体系大多使用线性二羧酸配体与D3h 对称的三 (4 - 吡啶基) 配体，金属簇几乎不会产生旋转形变，这也让该体系的结构调控潜力一直未能被充分挖掘，而本研究正是围绕配体对称性改造，探索全新的结构调控与性能优化路径。

Scheme 1. Angular- and Spiral-Coordination Induced Compression from Ni3-bdc-4tpt to Ni3-24fdc-3tpt

主要实验及结论

研究团队首先明确了双配体协同的设计思路，选用两种具有弯曲结构的杂环二羧酸配体 24fdc、25tdc 作为骨架配体 L1，这类配体相比传统苯环类线性配体拥有更强的构象柔性与偏转角度，能够搭建出金属簇可旋转的有效区间，其中 24fdc 的配位角约为 156°，25tdc 配位角约为 151°，而常规线性对苯二甲酸配体配位角接近 180°，无法适配金属簇的旋转需求。团队将原本 D3h 对称的三 (4 - 吡啶基) 类配体（4Py），替换为分子尺寸完全一致、仅配位构型不同的C3h 对称三 (3 - 吡啶基) 位置异构体（3Py），最终一共合成了19 种具有代表性的 pacs 型 MOF 材料，覆盖 Ni₃、Co₂V、Ni₂V 三类金属三聚物，系统对比 4Py-pacs 与 3Py-pacs 两大系列材料。实验结果证实，配体对称性的改变会直接驱动金属三聚物发生定向旋转，让晶体沿六方 a、b 轴方向持续收缩，晶胞体积最高可实现约 15% 的缩减，c 轴则出现小幅伸长，整个过程中框架拓扑结构始终保持稳定，真正实现了脱离连接体长度限制的晶格压缩，也验证了配体对称性调控策略的可行性。

Figure 1. Various components of pacs reported in this work. 25tdc = thiophene-2,5-dicarboxylic acid, 24fdc = furan-2,4-dicarboxylic acid, 4tpt = 2,4,6-tris(4-pyridyl)-1,3,5-triazine, 4tppy = 2,4,6-tris(4-pyridyl)pyridine, 4tpbz = 1,3,5-tris(4-pyridyl)benzene, 4tpa = tris(4-pyridyl)amine, 3tpt = 2,4,6-tris(3-pyridyl)-1,3,5-triazine, 3tppy = 2,4,6-tris(3-pyridyl)pyridine, 3tpbz = 1,3,5-tris(3-pyridyl)benzene, 3tpa = tris(3-pyridyl)amine.

Scheme 2. L1 Geometry Window and Donor-Type or Donor-Position Controlled pacs Compression

团队借助粉末 X 射线衍射、热重分析等多种表征方式，系统探究了金属三聚物、L1 配体、L2 配体三大结构模块对框架稳定性的影响，总结出清晰的稳定性变化规律。实验表明，异金属三聚物 Co₂V、Ni₂V 构筑的框架，稳定性要优于同金属 Ni₃三聚物；在配体层面，24fdc 构筑的材料稳定性强于 25tdc；而核心的 3Py 类配体改性材料，整体结构稳定性远高于对应的 4Py 体系。这是因为 4Py 配体的线性配位模式，在金属簇发生旋转后会产生较大局部应力，而 3Py 配体偏移式的供体构型可以有效释放结构张力，让框架在溶剂交换、样品活化以及气体吸附测试中都能维持完整晶态。热重测试也进一步证明，该系列改性材料能够在300~400℃范围内保持良好的热稳定性，具备走向实际应用的结构基础。

Scheme 3. Roles of Different Synthetic Parameters and Their Synergy in pacs Formation

本研究重点针对工业中应用价值极高的C₂H₂/CO₂、C₂H₂/C₂H₄混合气体开展吸附与分离测试，传统多孔材料普遍存在乙炔吸附容量与分离选择性相互制约的问题，而本次提出的对称性调控策略成功打破了这一经典权衡关系，实现了吸附量与选择性的同步提升。在所有测试样品里，Ni₃-24fdc-3tpt综合性能最为突出，在 298 K、1 atm 的条件下，其 C₂H₂/CO₂分离选择性达到42.35，C₂H₂/C₂H₄分离选择性达到25.14，刷新了整个 pacs 家族材料的性能纪录，对应的分离潜力也分别达到 5.30 mmol・g⁻¹ 和 4.43 mmol・g⁻¹。以 Co₂V-24fdc 体系为例，将 4tpt 替换为 3tpt 后，乙炔吸附量从 120.62 cm³・g⁻¹ 提升至 138.99 cm³・g⁻¹，C₂H₂/CO₂选择性更是从 4.02 大幅提升至 19.07，直观展现出该设计策略对气体分离性能的显著优化效果。

Figure 2. Definition of the trimer-rotation angle (φ) and its correlation with lattice compression and gas-separation performance in pacs. The trimer-rotation angle (φ) is defined as the angle between M3O center to metal vector and M3O center to L2 center vector. *Change of θ in L1 is calculated relative to the corresponding angle in free ligands.

Figure 3. Comparison of PXRD patterns showing the effects of the metal trimers, L1 ligands, and donor positions on framework stability during activation. (a) Effect of the metal trimer, comparing Ni3-25tdc-4tpt and Co2V-25tdc-4tpt. (b) Effect of the L1 ligand, comparing Co2V-25tdc-4tppy and Co2V-24fdc-4tppy. (c) Effect of the L2 donor position, comparing Co2V-25tdc-4tpbz and Co2V-25tdc-3tpbz. Framework stability is independently governed by the metal trimers, the L1 dicarboxylate ligands, and the L2 donor position.

为了检验材料在实际工况下的应用能力，团队开展了混合气体动态穿透实验，模拟工业连续分离场景对 Ni₃-24fdc-3tpt 进行测试。在等摩尔混合气体体系中，该材料对 C₂H₂/CO₂的穿透时长约为 150 分钟，对 C₂H₂/C₂H₄的穿透时长约为 75 分钟，经过多次循环测试后，材料的分离性能没有出现明显衰减。这一结果说明 Ni₃-24fdc-3tpt 不仅静态吸附分离性能优异，还拥有出色的循环使用能力与工况适应性，充分证明这类由配体对称性调控得到的 MOF 材料，在工业乙炔分离领域具备实打实的应用潜力。

Figure 4. Comparison of gas sorption and separation performance between Co2V-25tdc-3tpt and Co2V-24fdc-3tpt. (a,b) C2H2 and CO2 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (c) IAST selectivity of 50:50 C2H2/CO2 at 298 K. (d,e) C2H2 and C2H4 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (f) IAST selectivity of 50:50 C2H2/C2H4 at 298 K. (g) Comparison of single-component gas uptakes at 1 bar. (h) Comparison of 50:50 IAST selectivities at 1 bar. (i) Comparison of separation potentials for C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 mixtures. Relative to the 25tdc analogue, Co2V-24fdc-3tpt shows higher C2H2 uptake together with improved C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 separation performance.

Figure 5. Comparison of gas sorption and separation performance between Co2V-24fdc-4tpt and Co2V-24fdc-3tpt. (a,b) C2H2 and CO2 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (c) IAST selectivity of 50:50 C2H2/CO2 at 298 K. (d,e) C2H2 and C2H4 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (f) IAST selectivity of 50:50 C2H2/C2H4 at 298 K. (g) Comparison of single-component gas uptakes at 1 bar. (h) Comparison of 50:50 IAST selectivities at 1 bar. (i) Comparison of separation potentials for C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 mixtures. Relative to the 4tpt analogue, Co2V-24fdc-3tpt shows higher C2H2 uptake together with improved C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 separation performance.

Figure 6. Comparison of gas sorption and separation performance between Ni3-24fdc-4tpt and Ni3-24fdc-3tpt. (a,b) C2H2 and CO2 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (c) IAST selectivity of 50:50 C2H2/CO2 at 298 K. (d,e) C2H2 and C2H4 adsorption/desorption isotherms at 298 K. (f) IAST selectivity of 50:50 C2H2/C2H4 at 298 K. (g) Comparison of single-component gas uptakes at 1 bar. (h) Comparison of 50:50 IAST selectivities at 1 bar. (i) Comparison of separation potentials for C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 mixtures. Relative to the 4tpt analogue, Ni3-24fdc-3tpt shows higher C2H2 uptake together with improved C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 separation performance.

Figure 7. Comparison of IAST selectivities for (a) C2H2/CO2 (50/50) and (b) C2H2/C2H4 (50/50) among related pacs materials, highlighting the performance of Ni3-24fdc-3tpt in this work. Structures marked with an asterisk (*) are previously reported analogues included for comparison, (16,39,53) whereas unmarked structures are reported in this work.

Figure 8. Gas sorption and separation properties of Ni3-24fdc-3tpt. (a) CO2 isotherms at 195 K. (b) C2H2, C2H4, and CO2 isotherms at 298 K. (c) C2H2/CO2 (50:50) and C2H2/C2H4 (50:50) IAST selectivity at 298 K. (d) Heat of adsorption for C2H2, C2H4, and CO2. (e,f) Breakthrough curves of Ni3-24fdc-3tpt for C2H2/CO2/He (1:1:2) and C2H2/C2H4/He (1:1:2), respectively.

总结及展望

该研究成功建立起配体对称性驱动金属簇旋转的全新结构调控方法，将配位对称性发展为等网状化学中独立且高效的设计维度，彻底突破了传统依靠改变配体长度调控孔道的固有局限。研究清晰阐明了两类配体的协同作用机制：弯曲结构的 L1 二羧酸配体划定金属簇的旋转区间，而不同对称性的 L2 吡啶基配体则在该区间内选择具体的旋转状态，形成了一套可预测、可复刻的结构设计规则。这套设计思路兼容性强，能够适配多种金属三聚物与配体组合，具备广泛的拓展空间，同时制备得到的系列材料兼顾了优异的结构稳定性、高乙炔吸附容量与超高气体分离选择性，完美解决了多孔材料设计中长期存在的性能权衡难题。依托本次研究成果，后续可以继续拓展配体种类、金属团簇类型，进一步精准调控孔道微环境，开发出适配不同气体分离场景的新型多孔材料，同时该理念也丰富了等网状化学的理论体系，为 MOF 功能化设计开辟了全新的研究方向。

【JACS】10cm 组织穿透！DNA 靶向声动力疗法攻克深部缺氧细菌感染

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】10cm 组织穿透！DNA 靶向声动力疗法攻克深部缺氧细菌感染

文章标题：DNA-Targeted Sonodynamic Activation Enhances Antibacterial Efficacy in Deep and Hypoxic Infections

通讯作者：Junrong Li、Ruiping Zhang、Yao Sun、Jong Seung Kim

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06618

文章概要

引言

深部细菌感染一直是临床难以根治的难题，其中铜绿假单胞菌引发的肺部感染尤为棘手，这类致病菌不仅极易产生抗生素耐药性，还能形成致密生物膜，躲避机体免疫与药物的攻击，造成感染反复迁延。目前应用较多的光动力疗法依靠活性氧实现杀菌，不易诱发耐药，但受限于光线的物理特性，组织穿透深度极浅，完全无法作用于肺部这类深部组织。声动力疗法以超声波作为激发源，拥有出色的组织穿透能力，弥补了光动力疗法的短板，不过现阶段主流声敏剂普遍存在活性偏低、缺乏靶向性的问题，再加上活性氧自身寿命短、扩散范围极小，进一步限制了治疗效果。细菌 DNA 裸露在细胞质中，没有核膜保护，是理想的抗菌作用靶点，但专门靶向细菌 DNA 的抗菌声敏剂一直十分匮乏。基于这一现状，研究团队选取已进入二期临床研究的钌基光敏剂TLD1433展开探索，尝试挖掘它全新的声动力活性，希望借助其分子特性实现细菌 DNA 靶向杀伤，同时改善感染病灶的缺氧微环境，构建一套全新的深部缺氧细菌感染治疗方案。

Figure 1. Schematic illustration of TLD1433 as DNA-targeting sonosensitizer for P. aeruginosa-induced pneumonia treatment.

主要实验及结论

研究团队首先完成了超声波作用参数的系统性优化，最终确定1 W cm⁻²、1 MHz为最优工作条件，在此基础上对比了 IR-780、原卟啉 IX、吲哚菁绿、Ru (bpy)₃Cl₂等多种商用及经典声敏剂，实验数据显示，TLD1433 经超声激发后产生活性氧的能力提升约 14.4 倍，远超过所有对照试剂，并且在接近生理环境的高含水体系中，它的声动力活性还能进一步增强。借助电子自旋共振、特异性荧光探针等多种检测手段，团队证实 TLD1433 在超声刺激下主要生成单线态氧，这也是其发挥抗菌作用的核心活性物质。除此之外，该分子还具备类酶催化功能，能够分解病灶内源性过氧化氢生成氧气，短短 500 秒内可使体系溶解氧含量提升约 16 mg L⁻¹，有效缓解生物膜内部的缺氧状态，而新增的氧气又能将单线态氧的生成效率再提升约 2.6 倍，形成良性的协同增效作用。组织仿体穿透实验直观证明，超声激活的 TLD1433 在10 cm 深度的模拟组织中依旧能保留 90% 的活性，远超激光激发的光动力疗法，同时该分子在血清、细菌培养液以及长时间超声照射下都能保持结构稳定，具备开展生物应用的扎实基础。

Figure 2. US-triggered ROS production by TLD1433. (a) ROS formation by TLD1433 under US treatment, monitored using DCFH as a fluorescent probe. (b) Heatmap representation of time-dependent changes in DCFH fluorescence intensity (λem = 525 nm), reflecting ROS generation by TLD1433 or representative commercial sonosensitizers under US treatment. (c) Fluorescence spectra of DCFH in the presence of TLD1433 in DMSO/H2O mixtures with different fractions of H2O under US treatment. (d) Dissolved oxygen levels measured after incubation with TLD1433 or Ru(bpy)3Cl2. (e) Kinetic analysis of DPBF consumption at 422 nm, expressed as −ln(A/_A_0), following the addition of TLD1433 at different H2O2 concentrations. (f) Detection of 1O2 using ESR spectroscopy. (g) Fluorescence imaging of ROS formation at different penetration depths in tissue-mimicking phantoms under US or 530 nm laser excitation. (h) Absorption spectra of TLD1433 after US irradiation of different time.

团队随后围绕TLD1433 的 DNA 靶向能力展开全面验证，紫外光谱、荧光光谱、等温滴定量热以及分子对接等实验结果表明，TLD1433 可以通过 π-π 堆积作用结合细菌 DNA，结合常数达到 8.68×10⁵ M⁻¹，结合后仅会造成 DNA 局部结构改变，不会破坏其整体构象。该分子对 DNA 展现出高度选择性，氨基酸、谷胱甘肽、各类无机离子等体内常见生物物质都不会与其发生明显相互作用，而对照试剂 Ru (bpy)₃Cl₂则几乎不具备 DNA 结合能力。体外抗菌实验以铜绿假单胞菌为主要研究对象，结果显示超声联合 TLD1433 的治疗方案杀菌效果显著优于传统钌配合物和临床抗生素环丙沙星，扫描电镜与透射电镜观察到细菌出现细胞膜破裂、胞质流失等典型损伤。转录组测序分析进一步揭示，该疗法会大幅下调细菌 DNA 复制、基因损伤修复、氧化应激防御以及细胞分裂相关基因的表达，从根源上阻断细菌的生存与增殖。针对临床危害极大的细菌生物膜，30 μM 的 TLD1433 联合超声可实现87% 的生物膜清除率，它能够渗透至生物膜多层结构内部，同步完成补氧与产生活性氧的过程，彻底破坏生物膜结构与内部菌体，团队还初步验证该策略对金黄色葡萄球菌也具备杀伤效果，说明其应用范围存在拓展空间。

Figure 3. DNA binding properties of TLD1433. UV–vis absorption (a) and fluorescence (b) spectra of TLD1433 with ctDNA. (c) Selectivity of TLD1433 toward DNA over other biologically relevant species including: 1. Blank; 2. GSH; 3. d-Val; 4. Gly; 5. l-Ile; 6. Na+; 7. K+; 8. Cl–; 9. ctDNA (n = 3 independent samples per group, data are presented as mean ± s.d.). (d) ITC analysis of the binding between TLD1433 and ctDNA. The raw heat flow as a function of time upon successive injections of TLD1433 into ctDNA solution (Upper panel). The corresponding integrated heat data plotted against the molar ratio of TLD1433 to ctDNA, together with the fitted binding isotherm (Lower panel). (e) Fluorescence spectra of TLD1433 with isolated bacterial DNA from P. aeruginosa. (f) DLS size distributions of isolated P. aeruginosa genomic DNA before and after incubation with TLD1433. (g) Molecular docking study depicting the space, where TLD1433 binds to DNA. (h) Molecular docking analysis of TLD1433 with DNA to show the distances (Å) between selected nonbonded interactions and the key interacting nucleotides.

Figure 4. In vitro evaluation of antibacterial activity against P. aeruginosa. (a) Relative survival rate of P. aeruginosa after different treatments (n = 3 independent biological replicates, data are presented as mean ± s.d.). G1: Ru(bpy)3Cl2; G2: Ru(bpy)3Cl2 plus US irradiation; G3: ciprofloxacin; G4: TLD1433; G5: TLD1433 plus US irradiation. Statistical significance was analyzed using two-tailed Student’s t test. (b) Zeta potential changes of P. aeruginosa after different treatments (n = 3 independent biological replicates, data are presented as mean ± s.d.). One-way ANOVA with Dunnett’s multiple comparisons test. (c) Confocal images of P. aeruginosa stained with DCFH-DA after different treatments (scale bar: 10 μm). (d) SEM and TEM images of P. aeruginosa after different treatments (scale bar for SEM: 0.5 μm; scale bar for TEM: 1 μm).

在细胞与分子实验的基础上，研究人员构建了铜绿假单胞菌肺炎小鼠模型，开展体内疗效与安全性评价。动物实验结果显示，接受 TLD1433 联合超声治疗的小鼠，肺部细菌载量相比空白组下降约6 个数量级，肺部肺泡结构基本恢复完好，肺泡渗出、炎性细胞浸润等肺炎典型病理症状得到明显缓解，血清中 IL-6、TNF-α 等促炎因子水平也显著降低。生存期统计数据显示，该治疗组小鼠最终实现100% 存活率，而空白对照组小鼠存活率仅为 25%。研究团队对小鼠心、肝、脾、肾等重要脏器进行病理切片、血常规和血清生化检测，确认治疗剂量下的 TLD1433 不会对机体造成明显毒副作用，生物相容性良好。为验证临床转化潜力，团队收集了铜绿假单胞菌感染患者的支气管肺泡灌洗液，在 10 cm 组织仿体模拟深部感染的条件下开展离体实验，最终发现这套声动力方案几乎可以完全清除临床样本中的致病菌，细菌染色结果也证实菌体细胞膜已被严重破坏，充分证明该疗法在临床深部缺氧肺部感染中拥有实际应用价值。

Figure 5. In vitro transcriptomics analysis. (a) Volcano plot of differentially expressed genes (DEGs) between the control group and the TLD1433 plus US treatment group (|log2fold change| ≥ 1 and adjusted P < 0.05). (b) PCA of the different groups. (c) Pearson correlation heatmap between the different samples. (d) KEGG enrichment analysis of DEGs after TLD1433 plus US treatment. (e) Hierarchical clustering heatmap of DEGs involved in genome maintenance, redox homeostasis, and cell proliferation.

Figure 6. In vitro assessment of antibiofilm efficacy and mechanistic studies against P. aeruginosa biofilms. (a) Representative images of biofilms visualized by crystal violet staining following the indicated treatments (scale bar: 200 μm). (b) Quantitative analysis of biofilm viability after different treatments (n = 3 biologically independent samples; data are presented as mean ± s.d.). G1: Ru(bpy)3Cl2; G2: Ru(bpy)3Cl2 plus US irradiation; G3: ciprofloxacin; G4: TLD1433; G5: TLD1433 plus US irradiation. Statistical significance was analyzed using two-tailed Student’s t test. Three-dimensional reconstructed fluorescence images of biofilms stained with RDPP (c) and DCFH-DA (d).

Figure 7. In vivo evaluation of sonotherapeutic efficacy in P. aeruginosa-infected pneumonia models. (a) Schematic illustration outlining the in vivo experimental workflow. (b) Diagram depicting the procedure used for bacterial quantification in infected lung tissues. (c) Representative agar plate images showing bacterial colonies recovered from lung tissues. (d) Quantitative analysis of bacterial burden in lung tissues following the indicated treatments (n = 5 biologically independent samples; data are presented as mean ± s.d.). Statistical significance was analyzed using two-tailed Student’s t test. (e) Representative H&E-stained lung sections collected at different time points after treatment (scale bar: 50 μm). Yellow arrows indicate alveolar exudation, and green circles highlight focal inflammatory lesions. (f) Cytokine levels of IL-6 in serum after different treatment groups at different time-points (n = 3 biologically independent samples). (g) Survival curves of mice with bacterial pneumonia after different treatment (n = 15 biologically independent mice per group). G1: PBS; G2: PBS plus US irradiation; G3: Ru(bpy)3Cl2; G4: Ru(bpy)3Cl2 plus US irradiation; G5: ciprofloxacin; G6: TLD1433; G7: TLD1433 plus US irradiation.

Figure 8. Ex vivo evaluation of the sonotherapeutic antibacterial efficacy in P. aeruginosa-positive patient-derived BALF samples. (a) Schematic illustration of the workflow of clinical samples. P. aeruginosa-positive BALF was collected from patients diagnosed with lung bacterial infection, followed by US irradiation, spread-plate culture for bacterial viability assessment and fluorescence staining. (b) Representative agar plate images showing bacterial colonies in BALF samples from five representative patients (P1–P5) after different treatments. (c) Quantitative analysis of bacterial survival ratios in 10 independent P. aeruginosa-positive patient-derived BALF samples (data are presented as mean ± s.d.). Statistical significance was analyzed using two-tailed Student’s t test. G1: PBS; G2: PBS + US; G3: Ru(bpy)3Cl2; G4: Ru(bpy)3Cl2 + US; G5: ciprofloxacin; G6: TLD1433; G7: TLD1433 + US. (d) Fluorescence images of SYTO 9-stained bacteria (scale bar: 10 μm).

总结及展望

这项研究创新性地将已步入临床阶段的钌基光敏剂TLD1433开发为 DNA 靶向型声敏剂，巧妙融合了细菌 DNA 靶向损伤、缺氧微环境调控、超声波深部激活三大核心优势，成功解决了传统光动力疗法穿透深度不足、常规声动力疗法靶向性差、感染部位缺氧制约疗效等多项行业痛点。整套治疗方案在分子、细胞、动物模型以及临床患者样本多个层面，都展现出优异的抗菌、抗生物膜能力，同时兼具可靠的生物安全性。该成果不仅为深部、缺氧型难治性细菌感染，尤其是耐药菌引发的肺部感染，提供了一种全新的非抗生素治疗思路，也为后续设计研发新一代靶向型声敏剂搭建了完整的理论与实验框架。未来研究可以在此基础上进一步优化分子结构，提升声敏剂的靶向效率与治疗性能，同时逐步推进大动物实验与临床试验探索，让这种新型声动力抗菌疗法早日落地临床，助力应对全球日益严峻的细菌抗生素耐药危机。

【JACS】华西医院毛梧宇、詹梓炫|300倍荧光激活！新型TBCy探针攻克活细胞细胞器膜超分辨成像与精准破坏难题

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】华西医院毛梧宇、詹梓炫|300倍荧光激活！新型TBCy探针攻克活细胞细胞器膜超分辨成像与精准破坏难题

文章标题：Fluorogenic Red to Near-Infrared Tetrazine–Cyanine Probes for Bioorthogonal Organelle Membrane Imaging and Spatiotemporal Disruption

通讯作者：Zixuan Zhan*, Wuyu Mao*

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06546

文章概要

引言

细胞器膜作为细胞内功能区域化的关键物理边界，在维持细胞代谢稳态和信号传导中发挥着不可替代的作用。然而，由于缺乏高特异性、高光稳定性的无色低背景（免洗）化学荧光探针，如何实现活细胞内特定细胞器膜的纳米级动态成像以及精准的特异性功能调控一直是化学生物学领域的一大挑战。传统的小分子荧光染料由于多带有正负电荷或缺乏选择性，极易造成严重的背景噪声或无法精确定位。为了打破这一瓶颈，研究团队巧妙地将具有强淬灭能力的四嗪单元融合进电中性、长波长可调的氟硼二吡咯桥联花菁（BCy）母体中，成功开发出了一系列具有高荧光开合比、强光稳定性的红光至近红外四嗪-花菁（TBCy）新型生物正交荧光探针平台。这套系统不仅能在免洗条件下实现溶酶体膜、线粒体膜和内质网膜的超分辨STED成像，还能通过光活化选择性地破坏特定细胞器膜，为癌症诊断及细胞命运调控提供了全新的精准分子工具。

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Scheme 1. (A) Representative Molecular Structures of Previously Reported Small-Molecular Organelle Membrane Probes; (B) Molecular Structures of Fluorogenic Tetrazine-Fused BF2-Bridged Cyanine (TBCy) and Schematic Overview of Its Photophysical Properties and Application Potentials; (C) Illustration of Organelle Membrane Imaging and Functional Disruption Enabled by TBCy Probes

主要实验及结论

研究人员首先完成了一系列具有不同电子效应取代基的TBCy3、TBCy5和TBCy7探针的合成与光物理性质表征。实验结果令人振奋，在未发生生物正交反应前，探针内部由于独特的光诱导电荷集中机制（PCC），其荧光被几近完全淬灭，表现出极高的背景信号抑制能力。而一旦与双环戊炔（BCN）发生生物正交点击反应，体系的吸光度不仅发生明显的蓝移，其荧光强度更实现了最高达307倍的爆发式增强，且量子产率高达0.59。量子化学理论计算进一步证实，通过调制四嗪环和花菁母体上的取代基（如引入苯基或去除氯原子），能够显著增强四嗪的吸电子能力与空间几何耦合，从而最大化荧光淬灭效率。这也是科学家首次在发射波长超过800纳米的近红外窗口，通过无缝融合策略实现如此高效的荧光光学调控。

Figure 1. (A) Synthetic routes and molecular structures of fluorogenic TBCy probes. (B) Normalized absorption (Blue) and emission (purple) spectra of representative probes before (dotted line) and after (solid line) reacting with BCN in DMSO. (C) Photophysical properties of TBCy-BCN adducts, including the peak absorption (λabs)/emission wavelengths (λem), aStokes shift (Δλ), bmaximum molar extinction coefficients (εmax), fluorescence turn-on ratios, and cquantum yields (Φ). (D) Photophysical pathway of TBCy5–1. (E) Electronic energies of different frontier molecular orbitals in TBCy5–1 during the photoexcitation. (F) Tetrazine fragment extracted from the precursor for calculating the fragment contributions (top), representative example of calculating fragment contribution to the LUMO in TBCy5–3 (middle), and calculated fragment contributions of different molecules to LUMO (ηL), HOMO (ηH), and their difference (Δη; bottom).

为了验证其在活细胞内的实际成像能力，团队针对性地设计并合成了带有十二烷基链和特定靶向基团的反应标签。实验中，细胞在预先孵育这些标签后，直接加入经过PEG修饰增强生物相容性的TBCy探针，无需任何繁琐的洗涤步骤即可清晰显现出精细的细胞器结构。定量共定位分析表明，激活后的荧光信号与商品化线粒体、溶酶体以及内质网绿色荧光染料的皮尔逊共定位系数高达0.84至0.95，且成像对比度较对照组提升了高达29至80倍。得益于BCy核心优异的光化学稳定性和极低的细胞毒性，该探针在面对持续高强度的激光照射时未表现出明显降解，不仅能长时间追踪细胞器形态，还彻底克服了商品化染料常导致的细胞受热变形与光毒性萎缩难题。

Figure 2. (A, B) Molecular Structures of biocompatible TBCy3P, TBCy5P, and TBCy7P (A) and organelle membrane-targeted dienophile probes MemMito, MemLyso, and MemER (B). (C–E) Bioorthogonal imaging of mitochondria (B, D) and lysosomes (C, E) labeled with the indicated TBCy probes with (+) or without (−) the preincubated membrane probes, together with the corresponding imaging contrast in labeled and control cells. (F–H) Photostability comparison of TBCy3P vs MTR and TBCy3P vs LTR under continuous laser irradiation. Scale bar = 20 μm.

有了高光稳定性的基础，团队进一步引入吸电子能力更强的氰基取代基，制备出了专为超分辨受激发射损耗（STED）纳米成像量身定制的探针。在STED成像模式下，溶酶体、线粒体和内质网的超微膜结构被清晰剥离，空间分辨率跨越到了120至181纳米的纳米级尺度，完美捕捉到了共聚焦镜下无法分辨的环状、弯曲等异质性结构。通过长达数分钟的连续高速动态扫描，探针记录下了活细胞内溶酶体膜频繁发生的接触、融合、 round-up、收缩和扩张等极其复杂的“吻过即跑（kiss-and-run）”行为。更令人惊叹的是，利用该系统与其它生物正交体系的互不干扰性，研究人员成功在一根 depletion 激光线下实现了溶酶体膜与线粒体、溶酶体膜与脂滴的双色超分辨实时追踪，直观展现了亚细胞结构之间的动态异质性通讯过程。

Figure 3. TBCy probes for organelle membrane visualization using super-resolution STED microscopy. (A) Molecular structures of TBCy3-CN and TBCy5-CN. (B, C) STED imaging of lysosomal membranes labeled with TBCy3-CN and MemLyso, and corresponding intensity profiles along the dashed lines; enlarged views are shown in the boxed regions of interest (ROIs). (D) Dynamic STED imaging of the lysosomal membrane. Selected frames depict real-time lysosomal membrane changes. (E) Photostability of the TBCy3-CN adduct. (F) Time-dependent intensity profiles of arrow-indicated lysosomes along the lines in panel D. (G) STED imaging and intensity profiles of endoplasmic reticulum membranes labeled with TBCy3-CN and MemER. (H, I) STED imaging of mitochondria membranes labeled with TBCy3-CN and MemMito in A549 (H) and HUEVC (I) cells, and intensity profiles along the dashed lines. (J, K) Dual-color dynamic STED imaging of lysosomal membranes with mitochondria (J) and LDs (K) using TBCy3-CN together with SiR and LDBCy5, respectively. Selected frames show real-time organelle interactions. (L) Molecular structures of previously reported imaging reagents. Scale bars: 1 μm.

Figure 4. Bioorthogonally activatable lysosomal membrane photodamage and the associated downstream biological responses. (A) Chemical structure of TBCy5-Br. (B) Schematic illustration of lysosomal membrane photodamage by the bioorthogonal activation of TBCy5-Br with MemLyso. (C) Phototoxicity and dark toxicity of TBCy5-Br at different concentrations in the presence of MemLyso. (D) Flow cytometric analysis of ROS generation in cells subjected to different treatments. (E) Fluorescence images of cells stained with Calcein-AM/PI, acridine orange (AO), and C11-BODIPY after various treatments. Scale bars: 20 μm. (F) Mean fluorescence intensity (MFI) of AO in the yellow channel. (G) ZRR-AMC assay results following different treatments. (H) Chemical structures of Pz5-Br (an adduct of TBCy5-Br and MemLyso, see also Figure S27) and BCy-Lyso. (I–L) Cellular phototoxicity (I), MFI of AO staining in the yellow channel (J), cytosolic cathepsin B activity (K), and merged fluorescence images of C11-BODIPY staining (L) upon indicated treatments. Scale bar: 10 μm. (M) Immunofluorescence staining of CRT, HMGB1, and LC3 in treated cells. Scale bars: 100 μm. (N) Western blot analysis of LC3, p62, GPX4, and caspase-3 expression levels under different treatment conditions.

最后，研究团队展现了该平台在精准光动力治疗层面的巨大医疗潜力。他们通过将分子中的氯原子替换为溴原子，开发出了可被生物正交激活的具有高效单线态氧生成能力的探针。实验显示，只有在靶向标签和探针同时存在并接受光照的AND逻辑门控条件下，才会引发细胞器膜局部的强氧化损伤与脂质过氧化反应。这种局部高Permeabilization压力会导致溶酶体内的组织蛋白酶B等破坏性蛋白大量泄漏至细胞质中。这一上游级联反应不仅有效切断了细胞内部的自噬流，造成LC3-II和p62蛋白的显著堆积，还联合引发了铁死亡与细胞凋亡，并在体内肿瘤小鼠模型中实现了高达3.6倍的荧光富集和极其显著的肿瘤生长抑制效果。

Figure 5. (A, B) In vivo fluorescence images and corresponding intensity analyses of A549-tumor-bearing mice after intratumoral injection of TBCy5-Br or TBCy5-Br combined with MemLyso. (C) Photographs of excised tumors collected from A549-tumor-bearing nude mice subjected to different treatments. (D) Change of tumor volume in each group during the treatment period.

总结及展望

综上所述，该项研究成功构筑了具备高度模块化和可定制特性的TBCy红光至近红外生物正交荧光探针平台，完美攻克了活细胞内细胞器膜成像背景高、不清晰以及调控缺乏时空精准度的核心瓶颈。该探针兼具卓越的免洗成像高对比度、纳米级超分辨动态示踪能力以及 conditional 活化的精准光动力杀伤效应。展望未来，通过进一步开发生物正交基团脱笼技术或引入更高效的靶向纳米递送系统，该技术有望进一步优化其在复杂活体系统中的系统给药靶向性，为临床精准影像引导下的肿瘤靶向光动力治疗以及新型细胞器疾病发病机制的阐明铺平道路。

【Angew.Chem.】中南大学赵富稳等、中科院李杰、华中科大王佳男|简单合成无异构体多加成富勒烯助力钙钛矿太阳能电池效率突破 26.66%

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】中南大学赵富稳等、中科院李杰、华中科大王佳男|简单合成无异构体多加成富勒烯助力钙钛矿太阳能电池效率突破 26.66%

文章标题： Simple‐Synthesis Isomer‐Free Multi‐Adduct Fullerenes as Electron Transport Materials Enable 26.66% Efficiency of Perovskite Solar Cells

通讯作者： Jianan Wang, Dan He, Jie Li, Chunru Wang, Fuwen Zhao

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.4500167

文章概要

引言

在反式钙钛矿太阳能电池的商业化进程中，电子传输层材料的发展滞后已成为制约光电转换效率进一步提升的瓶颈问题。富勒烯及其衍生物因具备优异的电子亲和能和高电子迁移率，是目前最常用的电子传输材料。然而，传统的单加成富勒烯存在功能基团单一、易发生自聚集等缺陷。多加成富勒烯虽能提供更高的能级和更强的钝化能力，但往往会产生复杂的区域异构体混合物，导致薄膜内部能量无序度增加、陷阱密度上升。为了克服这一难题，研究团队开发出一种高效、简便的合成策略，成功制备出无异构体的多加成富勒烯衍生物，并在大面积器件和长期稳定性上实现了突破。

(a) Synthetic routes of C60(NHR)4O and C60(NHR)5Cl. (b) DFT calculations with C60(NHCHPh2)4Cl2 as the substrate to produce C60(NHCHPh2)5Cl and C60(NHCHPh2)4O.

主要实验及结论

研究人员首先以高产率合成了前驱体，并通过精细调控空间位阻与自由基诱导的环氧化反应历程，实现了无异构体多加成富勒烯衍生物的规模化制备。基于密度泛函理论计算与反应中间体的热力学分析，明确了其特殊的反应机理。在筛选出的系列化合物中，富勒烯衍生物（TATPC）因含有四个噻吩基酯基修饰的氨基加成基团和一个环氧结构而表现出独特的官能团优势。

Chemical structures of (a) TATPC and (b) PCBM. Side views of PbI2 and FAI terminations of the perovskite surface adsorbed with (c) TATPC and (d) PCBM by DFT calculation. (e) FT-IR spectra of TATPC without/with PbI2. (f) 1H NMR spectra of FAI, TATPC, and FAI:TATPC. (g) XPS spectra at the Pb 4f core level of perovskite, perovskite/PCBM, and perovskite/PCBM:TATPC thin films.

通过深入探究 TATPC 与钙钛矿层之间的分子间相互作用，研究团队利用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱以及 X 射线光电子能谱分析证实，TATPC 分子中的羰基、噻吩基和氨基能够全面钝化钙钛矿表面的未配位缺陷。将 TATPC 作为添加剂引入到经典电子传输材料 PCBM 中后，复合物表现出更浅的最低未占据分子轨道能级，与钙钛矿导带底的能级匹配度显著提高，从而大幅降低了界面电荷传输势垒并抑制了非辐射复合损失。

(a) Schematic diagram of the inverted PSC. (b) J-V curves of the best-performing PSCs with PCBM and PCBM:TATPC as ETLs. (c) EQE curve of PSCs with PCBM:TATPC. (d) Long-term operational stability tests of CsFAPbI3 PSCs with different fullerene-based electron transport layers under continuous illumination. (e) J-V curves of 1.04 cm2 PSCs.

通过形貌与表面电位分析，研究人员发现将 TATPC 混入 PCBM 后，复合薄膜展现出更优异的覆盖率和更光滑的表面，粗糙度显著降低。这种大位阻基团的设计有效抑制了富勒烯在受热条件下的自聚集行为，显著增强了薄膜的结构耐用性。开尔文探针力学显微镜和空间电荷限制电流测试则表明，复合电子传输层具备更高的电子迁移率、更低的陷阱态密度以及更均匀的表面电位分布，极大促进了界面处的电子提取。

(a) Diagram of energy level alignment derived from UPS measurements. (b) Steady-state PL and (c) time-resolved PL spectra of perovskite, perovskite/PCBM, and perovskite/PCBM:TATPC thin films. (d) Dependence of _V_OC on incident light intensity for PSCs with PCBM or PCBM:TATPC. (e) SCLC plots of electron-only devices with PCBM or PCBM:TATPC as ETLs. (f) PLQY values of glass/perovskite and glass/perovskite/ETL stacks.

光伏性能测试表明，基于复合电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池实现了高达 26.66% 的光电转换效率，且器件几乎没有迟滞效应。更为重要的是，该材料在大面积应用上展现出极佳的扩展性，在 1.04 平方厘米 的大面积器件中依然构筑了 25.81% 的优异效率。此外，得益于稳定的薄膜形貌与界面钝化，目标器件在连续模拟太阳光照射下表现出卓越的长期运行稳定性。

(a) High-resolution top-view SEM images and (b) AFM topography images of perovskite/PCBM and perovskite/PCBM:TATPC thin films. (c) CPD of perovskite/PCBM and perovskite/PCBM:TATPC thin films. (d) Typical current density-applied voltage semi-log plots of electron-only devices based on PCBM, TATPC, and PCBM:TATPC (in dark). Measured data are shown as symbols, while solid lines are the best fits to the SCLC model. Mobilities were extracted from the fittings.

总结及展望

该研究通过精妙的分子设计与反应条件优化，成功突破了多加成富勒烯异构体分离困难、合成成本高的长期桎梏，为制备多功能电子传输材料提供了一条绿色的简易路径。TATPC 在提升器件效率、抑制电荷复合及改善薄膜形貌稳定性方面的优异表现，充分证实了无异构体多加成富勒烯在高性能光伏器件中的巨大应用潜力。这一成果不仅丰富了富勒烯化学的合成策略，也为下一代高效率、高稳定钙钛矿太阳能电池的工业化技术迭代提供了关键的材料支撑。

【Angew.Chem.】突破能量间隙律！126.1 ms超长寿命深红/近红外有机余辉纳米颗粒助力高对比度活体成像

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】突破能量间隙律！126.1 ms超长寿命深红/近红外有机余辉纳米颗粒助力高对比度活体成像

文章标题：White‐Light‐Excitable Deep‐Red/NIR Organic Afterglow Nanoparticles for High‐Contrast In Vivo Imaging

通讯作者：Bin Liu

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.3963775

文章概要

引言

近红外有机余辉探针因其长寿命发光和能消除背景荧光干扰的特性，在深层组织高对比度生物成像中展现出巨大潜力。然而，受限于能量间隙律，如何在单一有机发光体中同时实现白光激发、长寿命近红外磷光以及均匀纳米颗粒的制备，一直是该领域面临的重大挑战。传统的“自上而下”晶体粉碎法往往会导致颗粒尺寸不均和材料损失，限制了其临床转化与实际应用。

Rational design and photophysical properties of white-light-excited NIR organic RTP materials. (a) Chemical structures of host and guest molecules. (b) Schematic illustration of the lattice-matched host–guest doping strategy. (c) Absorption, fluorescence, and phosphorescence spectra of PyC and BPC in toluene solution (1 × 10−5 M). (d) Normalized steady-state and delayed (10 ms) emission spectra of the doped systems (inset: photographs of luminescence from the doped systems under UV irradiation [on] and immediately after UV removal [off]). (e) Decay curves monitored at 637 nm for BMC&PyC and BMC&BPC. (f) Phosphorescence excitation spectra (with 1 ms delay) recorded at 637 nm emission for BMC&PyC and BMC&BPC. (g, h) Excitation–delayed emission mapping (with 1 ms delay) for BMC&PyC (g) and BMC&BPC (h).

主要实验及结论

为了攻克这一难题，研究团队创新性地提出了一种“自下而上”的策略，通过将具有外延共轭结构的苯基咔唑客体分子（PyC或BPC）引入到刚性的BMC宿主晶格中，成功构建了晶格匹配的宿主-客体纳米晶体。实验结果表明，该掺杂体系展现出客体主导的深红/近红外余辉发射，最长振动带达到762 nm，并可被高达475 nm的可见光有效激活，实现了高达126.1 ms的超长寿命和2.7%的磷光量子产率。单晶衍射与理论模拟进一步证实，宿主与客体之间极佳的几何相容性提供了稳固的刚性微环境，大幅抑制了非辐射衰减。

Theoretical simulation studies of BMC&PyC and BMC&BPC. (a) Optimized geometries and excited-state properties calculated for BMC&PyC and BMC&BPC using quantum mechanics/semi-empirical extended tight-binding (QM/xTB) methods. (b) Hirshfeld surface analyses for the BMC cluster, BMC&PyC, and BMC&BPC. (c) Distribution of C–H distances (_d_i + _d_e) within 2.70 Å and corresponding contact areas between central guest and surrounding host molecules in the BMC cluster, BMC&PyC, and BMC&BPC systems. (d) Calculated energy levels and spin–orbit coupling (SOC) constants for the studied systems. (e) Root mean square displacement/deviation (RMSD) between S0 and T1 geometries for isolated PyC, PyC in BMC&PyC, isolated BPC, and BPC in BMC&BPC.

Energy transfer mechanism investigation of BMC&PyC and BMC&BPC. (a) Photoluminescence (PL) spectra of pure BMC and BMC&PyC under 310 nm excitation. (b) PL spectra of BMC&PyC under 310 nm excitation at various doping concentrations. (c) Delayed-emission excitation spectra (1 ms delay) monitored at 637 nm for BMC&PyC at varying doping concentrations. (d) Enhancement factors of the 1 ms delayed-emission intensity at 637 nm (relative to the intensity at 0.05% doping) for BMC&PyC at various doping concentrations excited at 310 and 390 nm (mean ± SD, n = 5). (e) Fluorescence excitation spectra (monitored at 479 or 525 nm) and phosphorescence excitation spectra (monitored at 637 nm) for BMC&PyC and BMC&BPC. (f) Jablonski diagram illustrating the proposed energy transfer routes in the lattice-matched host–guest systems (ET, energy transfer; ISC, intersystem crossing).

在此基础上，团队利用简单的高分子辅助重沉淀法，直接制备出单分散的发光纳米颗粒，有效避免了传统制备工艺中的尺寸异质性。在生物应用中，这些纳米颗粒展现出极低的细胞毒性和优异的细胞内吞能力。体内成像实验表明，在白光预照射后，纳米颗粒在小鼠体内的深红/近红外余辉可持续超过720秒，且能穿透厚度超过8 mm的肌肉组织。更重要的是，利用白光的原位循环激活特性，研究人员成功实现了对小鼠淋巴肿瘤转移与动态输运过程的实时、高对比度追踪。

Bottom-up fabrication and characterization of NPs. (a) Schematic of polymer-assisted nanoprecipitation used to formulate BMC&PyC and BMC&BPC nanoparticles (NPs) (inset: fluorescence and phosphorescence images). (b) Steady-state and delayed emission spectra of BMC&PyC and BMC&BPC NPs. (c, d) Particle-size distributions of BMC&PyC and BMC&BPC NPs (insets: Transmission electron microscopy (TEM) micrographs; scale bar: 100 nm). (e, f) Cell viability of BMC&PyC, BMC&BPC, and their NPs in 4T1 cells (mean ± SD, n = 3). (g, h) Time-gated phosphorescence cellular imaging of BMC&PyC and BMC&BPC NPs in 4T1 cells at increasing incubation times (scale bar: 20 µm).

Bioimaging performance of BMC&PyC and BMC&BPC NPs. (a) Time-dependent phosphorescence images of BMC&PyC and BMC&BPC NPs acquired on an IVIS imaging system (bioluminescence mode) after 60 s of white-light pre-irradiation. (b) Through-tissue phosphorescence images of NPs covered by chicken breast tissue of increasing thickness after 60 s of white-light pre-irradiation. (c) Quantification of integrated phosphorescence signal versus tissue thickness for (b) (mean ± SD, n = 3). (d) In vivo phosphorescence images of mice with subcutaneous injections of BMC&BPC NPs acquired under two imaging modes (pre-excitation mode and post-excitation mode; white-light irradiation for 60 s). (e) Quantitative analysis of phosphorescence signals in (d) (mean ± SD, n = 3). (f) In vivo phosphorescence images of mouse hind paw and lymph node tumor injected with BMC&BPC NPs (100 µL, 2 mg/mL) following 60 s of white-light pre-irradiation. (g) Quantification of signals corresponding to (f) (mean ± SD, n = 3).

总结及展望

本研究成功搭建了一个“自下而上”的白光激发深红/近红外有机余辉纳米晶体平台，为安全、高对比度的临床生物成像提供了全新方案。这种将晶格匹配的宿主-客体光物理学与底部分散制备相结合的设计思路，有效突破了传统余辉材料的性能瓶颈。展望未来，研究团队将致力于开发具有更长余辉寿命的分子体系，并探索基于双光子或上转换激发的近红外激活技术，以进一步提升活体深层组织的原位激发深度，推动该技术在术中内窥镜导航及长效成像追踪中的实际落地。

【Small】衢州大学沈行加|1.8 s⁻¹与0.92 V的跨越！超小Fe/Fe₂O₃纳米颗粒远距离调控单原子Fe─N─C实现高效氧还原

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Small】衢州大学沈行加|1.8 s⁻¹与0.92 V的跨越！超小Fe/Fe₂O₃纳米颗粒远距离调控单原子Fe─N─C实现高效氧还原

文章标题：Boosting Oxygen Reduction Catalysis on Fe─N─C via Long‐Range Electronic Metal–Support Interaction from Ultrasmall Fe/Fe2O3

通讯作者：Hangjia Shen

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.74290

Synthesis and texture property of FF/Fe-NC. (a) Schematic illustration of FF/Fe-NC synthesized via chemical vapor deposition. (b) SEM image. (c) TEM image. (d) and (e) HAADF-STEM images; in the enlarged view of region 2, single Fe atoms at different distances from the cluster are marked by green, blue and yellow circles, respectively. (f–i) Elemental mapping distributions of C, N, Fe, and O.

文章概要

引言

金属-氮-碳单原子催化剂由于具有极高的原子利用率和可调控的活性中心，被视为极具潜力的低成本燃料电池氧还原催化剂。然而，传统的孤立单原子位点往往面临电子结构难以进一步优化、对反应中间体吸附过强的瓶颈。近年来，科学家发现催化剂制备过程中残留的金属纳米颗粒并非完全无用，而是可以通过长远距离的电子相互作用来调节周围单原子位点的状态。如何精准设计并阐明这些纳米颗粒与单原子之间的距离效应及作用机制，是当前低成本高效催化剂开发的核心挑战之一。

(a) High-resolution N 1s XPS spectra. (b) Fe K-edge XANES spectra of FF/Fe-NC and Fe-NC in comparison with the reference Fe foil, Fe2O3 and FePc. (c) Valence state of central Fe atoms. (d) Fourier transform k2-weighted Fe K-edge EXAFS spectra. (e) Corresponding wavelet transform (WT) EXAFS spectra. (f) N2-sorption isotherm curves, inset is the pore size distribution. (g) Electrochemical double layer capacitance. (h) Active site quantification via nitrite stripping in acetate buffer (0.5 m, pH = 5.2).

主要实验及结论

研究团队通过一种简便的化学气相沉积方法，以ZIF-8衍生的氮掺杂碳为载体，成功构筑了一种同时含有表层可接近的超小Fe/Fe₂O₃纳米颗粒和原子级分散Fe─N₄位点的复合催化剂。高角环形暗场扫描透射电子显微镜和同步辐射X射线吸收谱测试表明，这些纳米颗粒的平均尺寸仅为1纳米左右，且周围紧密环绕着单原子铁位点。电化学测试结果表明，在碱性介质中，该催化剂展现出优异的四电子氧还原活性，其半波电位高达0.92 V，在0.9 V电压下的周转频率达到1.8 s⁻¹，不仅远超不含纳米颗粒的对照样品，也显著优于商业铂碳催化剂。将其作为阴极组装成锌空电池时，更实现了218 mW cm⁻²的峰值功率密度以及超过160小时的杰出循环稳定性。

Electrocatalytic ORR performance 0.1 m KOH. (a) LSV curves of the catalyst (electrode rotating speed is 1600 rpm; scan rate is10 mV s−1). (b) Tafel plots. (c) Comparison of JK at various potentials. (d) Comparison of the TOFs at 0.85 and 0.9 V. (e) Polarization curves of FF/Fe-NC catalyst at different rotating speeds from 400 to 1600 rpm and (f) K-L plots at different potentials. (g) H2O2 yield plots determined from the RRDE measurements. LSV curves of FF/Fe-NC (h) and (i) Pt/C before and after ADT test (10 000 cycles).

Zinc–air battery performance using FF/Fe-NC or Pt/C cathodes. (a) Schematic illustration of the tri-electrode system of rechargeable ZAB. (b) Open-circuit voltage curves. (c) Specific discharge capacity at 10 mA cm−2. (d) Discharge polarization curves and the corresponding power densities. (e) Rate performances at different current densities (5, 10, 20, 50 and 100 mA cm−2). (f) Long-term stability test of rechargeable ZAB at 10 mA cm−2. The voltage drop of (g) FF/Fe-NC and (h) Pt/C cathode after 800 charge-discharge cycles.

理论计算与原位拉曼光谱进一步揭示了其性能跃升的微观机制。研究表明，超小纳米颗粒与邻近单原子位点之间存在独特的长程电子金属-载体相互作用，这种作用成功降低了中心铁原子的电荷态。随着两者之间距离的缩短，氧还原反应的限速步骤发生动态转移，从而有效减弱了单原子位点上原本过强的氧源中间体吸附，加速了整体反应动力学。原位拉曼实验中观察到的羟基中间体稳定吸附信号，强有力地证实了由距离调控的协同催化路径对四电子反应的高效促进作用。

(a) Bader charge analysis of the optimized structure with different distances between Fe/Fe2O3 cluster and Fe─N4. Blue and yellow regions represent electron depletion and accumulation, respectively. (b) Scaling relationship between the charge state and distances. (c) Free energy barrier of rate determining step for ORR. (d,e) Schematic illustration of ORR mechanism on (d) M0 and (e) M4. (f,g) In situ Raman spectra of (f) FF/Fe-NC and (g) Fe-NC.

总结及展望

该工作成功为金属和氮共掺杂碳催化剂的理性设计提供了一条高效策略。通过构筑超小金属/金属氧化物纳米颗粒与单原子位点的共存体系，不仅打破了传统单原子催化剂固有电子结构的限制，更实现了远距离电子调控在实际电池器件中的稳定应用。这种对纳米颗粒与活性中心距离效应的深刻理解，将为未来开发高性能、长寿命的高能绿色转换技术和先进材料奠定坚实的科学理论基础。

【Adv.Mater.】中南大学袁俊|突破20.5%效率！利用双分子共结晶受体策略实现高容忍度有机太阳能电池

Wed, 10 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】中南大学袁俊|突破20.5%效率！利用双分子共结晶受体策略实现高容忍度有机太阳能电池

文章标题：Achieving 20.5% Efficiency in Organic Solar Cells via Co-Crystallizable Small Molecule Acceptors

通讯作者：Jun Yuan

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73840

文章概要

引言

尽管三元策略在提升有机太阳能电池效率方面取得了显著进展，但在分子层面的电子耦合及其在能量对齐中的具体作用机制仍不明确。传统三元电池往往受限于组分比例的严苛限制，难以在拓宽光谱的同时兼顾微观形貌的稳定性。为了打破这一瓶颈，研究团队借鉴无机半导体合金化概念，通过共享共轭骨架与匹配分子间相互作用，成功开发出一种全新的双分子共结晶（BC）受体系统。该策略不仅实现了光电特性的连续精确调控，还展现了极为罕见的超高组分容忍度。

FIGURE 1 (a) Chemical structures of L8-BO and Y18-C3; (b) UV absorption of L8-BO, Y18-C3 and different mixture ratio of L8-BO:Y18-C3(1:1) in chloroform (dash lines) and film (solid lines); (c) Chemical shift of Ha–Hb of L8-BO, Y18-C3 and L8-BO:Y18-C3 at 266K in CDCl3; (d) the normalized photoluminescence (PL) spectra of L8-BO, Y18-C3 and of L8-BO:Y18-C3(1:1) in solution; (e) Energy levels and (f) DSC curves of L8-BO, Y18-C3 and different mixture ratio of L8-BO:Y18-C3.

主要实验及结论

研究人员基于经典受体L8-BO，通过精确缩短其中心核心单元的侧链，成功设计并合成了新型非富勒烯受体Y18-C3。如图1所示，光谱与电化学测试表明两者具有完美的补充吸收光谱和渐变的能级排列。变温核磁共振与差示扫描量热法分析共同证实，L8-BO与Y18-C3之间存在极佳的互溶性与强分子间相互作用，有效降低了成核能垒。为了进一步获得最直接的结构证据，图2展示了通过单晶X射线衍射成功解析出的L8-BO:Y18-C3共结晶单晶结构。该双分子共结晶相展现出仅有1.34°的微小骨架二面角，表明其具有超高的平面性与更紧密的三维空间堆积网络。这种高度重构的π-π堆积有效降低了薄膜的静态能量无序，使其乌巴赫能减小至23.2 meV。

FIGURE 2 (a) Bimolecular co-crystal containing the L8-BO and Y18-C3 with the ratio of 1:1; (b) Single crystals of L8-BO:Y18-C3, L8-BO and Y18-C3; (c) 3D interpenetrating network packing structures of L8-BO:Y18-C3, L8-BO and Y18-C3. To distinguish the supercells of the different crystals, we used distinct colors for comparison. (d) The dimer configurations (Mode1 to 3) within the single-crystal unit cell and (e) the corresponding π–π stacking distances.

随后，研究团队利用二维广角X射线散射和原子力显微镜技术（图3）研究了其在薄膜状态下的微观形貌。结果显示，共结晶驱动的有序排列完美延伸至薄膜中，混合受体呈现出优异的Face-on取向和均一结晶相分离网络。这种形貌在极大的配比变化下仍能保持高度稳定，展现出惊人的形态Robust性。在光伏器件表现方面，如图4所示，基于D18:L8-BO:Y18-C3的最优三元器件实现了高达20.50%的光电转换效率（PCE），且填充因子达到81.65%。极具产业价值的是，当Y18-C3在受体中的占比高达50%时，器件依然能维持19.69%的超高效率。此外，最优器件表现出优异的稳定性，在手套箱中储存2200小时后仍能保持96%的初始效率。最后的超快光谱动力学研究（图5）进一步揭示了高性能的内在物理机制。飞秒/纳秒瞬态吸收光谱证实，该体系具有高效的空穴转移与激子扩散过程，且各组分薄膜在超快动力学上表现为一个单一、相干的电子实体运作，彻底避免了能量陷阱的产生，从而显著抑制了非辐射复合损失。

FIGURE 3 (a) AFM patterns of L8-BO, Y18-C3 and different mixture ratio of L8-BO:Y18-C3 films; (b) Extracted line-cut profiles (OOP) of from 2D GIWAXS patterns of L8-BO, Y18-C3 and different mixture ratio of L8-BO:Y18-C3 films; (c) Variation of π–π stacking distances and CCLs for (010) peaks in OOP directions; (d) The 2D GIWAXS patterns and (e) AFM height images (2 µm × 2 µm) of D18:L8-BO, D18:Y18-C3 and ternary blend films with different mixture ratio of L8-BO:Y18-C3 films.

FIGURE 4 (a) Current density–voltage (J–V) characteristics and (b) External quantum efficiency (EQE) spectra of the optimized OSCs; (c) FF- and (d) Efficiency-distributed histograms of the D18:SMAs (L8-BO, Y18-C3 and different radios) devices; (e) Hole and electron mobilities of the optimized devices; (f) Device storage stability of the optimized OSCs.

FIGURE 5 (a) Transient absorption (TA) spectroscopy of blended films of L8-BO, Y18-C3 and different radio of L8-BO:Y18-C3 with D18 with (a) visible and (b) near NIR probe (The extracted tmax@595 nm values of 43, 43, 73 and 67 ps for ternary system with the L8-BO:Y18-C3 ratio of 5:1, 3:1, 2:1 and 1:1, respectively); (c) Dynamic curves of the normalized GSB signal centered at (c) 595 nm and (d) the normalized mixed ESA-PIA signal at around 1300 nm of blend films.

总结及展望

该研究成功通过双分子共结晶策略，精细调控了有机受体薄膜的固态组装和电子结构。这项工作不仅在分子维度上为制备高效率三元有机太阳能电池提供了全新的结构设计范式，也通过其颠覆性的高组分容忍度与杰出的物理稳定性，为推动下一代柔性有机光伏的大面积商业化印刷制造奠定了坚实的科学基础。

【JACS】同济大学张兵波|检出限低至 6×10⁴ CFU！靶向激活型 MRI 探针实现肿瘤内细菌精准成像与抗转移治疗

Tue, 09 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】同济大学张兵波|检出限低至 6×10⁴ CFU！靶向激活型 MRI 探针实现肿瘤内细菌精准成像与抗转移治疗

文章标题：A Target-And-Activate Magnetic Resonance Imaging Strategy for Precision Imaging of Intratumoral Bacteria and Screening Antibiotics to Suppress Breast Cancer Metastasis

通讯作者：Bingbo Zhang

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c03081

文章概要

引言

越来越多的研究证实，肿瘤内细菌尤其是金黄色葡萄球菌这类革兰氏阳性菌，会显著促进乳腺癌细胞的存活与扩散，是推动肿瘤转移的重要因素，因此靶向肿瘤内细菌也成为抑制癌症转移的全新研究方向。不过目前检测肿瘤内细菌主要依靠有创的组织活检，结合微生物培养或基因测序开展分析，这类方式不仅存在采样偏差，患者接受度较低，还无法动态追踪治疗过程中细菌载量的变化。无创的磁共振成像（MRI） 本是动态监测病灶的理想技术，但现有的细菌响应型 MRI 造影剂存在难以调和的短板，纳米探针会因肿瘤组织的高通透性和滞留效应发生非特异性富集，带来严重的背景信号干扰，小分子探针虽代谢快、背景噪音低，却又普遍存在检测灵敏度不足的问题。与此同时，当下多数可激活型成像探针仅能响应肿瘤微环境中的通用刺激物，无法精准识别肿瘤内的细菌。为解决这一系列难题，本研究提出了全新的靶向 - 激活型 MRI 成像策略，设计出多肽探针BS-FFGd，依靠双重特异性识别机制实现肿瘤内细菌的精准可视化，并进一步探索该探针在抗生素筛选、抑制乳腺癌转移方面的实际应用价值。

Scheme 1. A Target-And-Activate MRI (TAM) Strategy, BS-FFGd Probe Design and Application; (a) Schematic Diagram of Target-And-Activate MRI Strategy via a Sequential Process of Targeting, Activation, Retention and Amplification (TARA); (b) Chemical Structure of BS-FFGd Probe and; (c) Schematic Illustration of TAM Strategy for Precise Detection of Intratumoral Bacteria and in vivo Antibiotic Screening by MRIa

主要实验及结论

研究团队设计合成了分子量为 3303 Da 的多肽探针BS-FFGd，该探针集成了靶向序列、酶切位点、自组装核心与 MRI 信号基团，具备双重激活条件：一方面依靠特异性肽段结合革兰氏阳性菌表面的脂磷壁酸（LTA），另一方面可被肿瘤微环境中高表达的基质金属蛋白酶 - 2（MMP-2） 切割。完整状态下的 BS-FFGd 带有亲水基团，以单体形式存在并能被机体快速清除，当被 MMP-2 特异性切割后，亲水结构带来的空间位阻消失，探针会暴露自组装核心，进而在细菌表面原位组装成纳米纤维。研究借助高效液相色谱、质谱、圆二色谱、荧光检测、电镜等多种表征手段验证了这一过程，结果显示 MMP-2 对 BS-FFGd 的切割效率最高可达94.0%，且该切割作用具备高度特异性，肿瘤微环境里的氢离子、谷胱甘肽、其他蛋白酶等物质都无法触发切割反应。分子动力学模拟也从原子层面解释了背后机制，完整探针的亲水残基会阻碍分子间聚集，切割后的片段结合自由能显著降低，更容易形成稳定的聚集体结构。

Figure 1. MMP-2 specific cleavage–triggered self-assembly and structural characterization of BS-FFGd. (a) Schematic illustration of the self-assembly mechanism of BS-FFGd. (b) HPLC analysis of BS-FFGd after incubation with MMP-2 at different concentrations in TCNB buffer and the corresponding cleavage efficiency. (c) CD spectra of BS-FFGd before (gray line) and after (red line) incubation with MMP-2. (d) Dynamic ThT fluorescence monitoring of the assembly of BS-FFGd and NBS-FFGd after incubation with MMP-2. (e) TEM images of nanofibers formed from BS-FFGd after incubation with MMP-2. (f) Hydrodynamic size distribution of BS-FFGd before (gray line) and after (red line) incubation with MMP-2.

团队随后测试了探针的 MRI 成像性能与体外检测能力，未被激活的 BS-FFGd 纵向弛豫率为 9.03 mM⁻¹ s⁻¹，经 MMP-2 切割并自组装后，弛豫率大幅提升至16.51 mM⁻¹ s⁻¹，MRI 信号实现明显放大，而无法被酶切的对照探针 NBS-FFGd 始终没有出现信号变化，这是因为纳米纤维结构大幅延长了探针的旋转相关时间，符合顺磁弛豫理论。体外细胞与细菌实验充分印证了双重识别机制的必要性，仅分泌 MMP-2、不含脂磷壁酸的 4T1 乳腺癌细胞无法让探针稳定组装滞留，同时具备两种靶点的金黄色葡萄球菌则能诱导探针形成大量纳米纤维，针对革兰氏阴性大肠杆菌的测试也未观察到组装现象，证明探针对革兰氏阳性菌拥有优异特异性。体外检测实验还确定，BS-FFGd 对金黄色葡萄球菌的检出限可达 10⁵ CFU，成像信号强度会随着细菌浓度升高同步增强。

Figure 2. MD simulation of BS-FFGd and FFGd. Snapshots of BS-FFGd system (a) and FFGd system (b) at 0, 25, 50, and 100 ns. (c) Per-residue decomposition of binding free energy of BS-FFGd system (blue line) and FFGd system (red line). Time-dependent binding free energy curves of BS-FFGd system (blue line) and FFGd system (red line) (d) and the corresponding average binding free energy over the final 10 ns (e). Time-dependent Rg curves of BS-FFGd system (blue line) and FFGd system (red line) (f) and the corresponding average Rg over the final 10 ns (g). Data shown as means ± SD; P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001; ns, not significant.

研究构建了荷瘤小鼠模型开展活体成像与定量检测实验，在双侧 4T1 肿瘤模型中，分别对比了临床常用造影剂 Gd-DTPA、对照探针 NBS-FFGd 与 BS-FFGd 的成像效果。数据表明，BS-FFGd 成像的对比度噪声比（ΔCNR）表现最优，相比 Gd-DTPA 提升约 4.7 倍，相比 NBS-FFGd 提升约 2 倍，仅在定植金黄色葡萄球菌的肿瘤区域出现高亮信号，无菌肿瘤、定植大肠杆菌的肿瘤都仅存在微弱背景信号。在不同细菌载量的单侧肿瘤模型中，团队进一步验证了探针的定量能力，证实其体内检出限低至 6×10⁴ CFU，肿瘤的 ΔCNR 数值与细菌菌落数、革兰氏阳性菌染色面积、脂磷壁酸阳性面积均呈现极强的线性相关性，相关系数 R 最高达到 0.96，可精准量化肿瘤内的细菌数量。活体分布与毒性检测结果显示，BS-FFGd 主要在细菌表面富集形成纤维网络，可通过肝肾、肝胆途径正常代谢，小鼠血常规、生化指标以及心、肝、脾、肺、肾等主要脏器的病理切片均未发现异常，证明该探针拥有良好的生物相容性。

Figure 3. MMP-2 triggered T1-weighted MRI enhancement of BS-FFGd. Longitudinal (a) and transverse (b) relaxivity of BS-FFGd and NBS-FFGd in the presence or absence of MMP-2 (2 μg/mL, 24 h). The cleavage efficiency of BS-FFGd was calculated to 86.6%. (c) T1-weighted MR images of BS-FFGd before and after incubation with MMP-2. (d) Schematic illustration of the MMP-2 cleavage–triggered MRI signal enhancement mechanism. Specific cleavage by MMP-2 leads to a transition from a rapidly rotating monomeric state (short τR, low MRI signal) to a slowly rotating aggregated state (long τR, high MRI signal). T1-weighted MR images (e) and corresponding longitudinal relaxation rates (f) of BS-FFGd after incubation with various analytes. MMP-2 concentration-dependent T1-weighted MR images (g) and corresponding longitudinal relaxation rates (h) of BS-FFGd. Data shown as means ± SD; P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001; ns, not significant.

Figure 4. In vitro validation of specific and sensitive MRI of SA via a TAM Strategy. Schematic illustration of procedure for analysis of the targeting and in situ self-assembly of BS-FFGd on 4T1 cells (a) and SA (b). Nanofibers detected by ThT fluorescence in 4T1 cells (c) and SA (d) after incubation with NBS-FFGd or BS-FFGd. Scale bars, 20 μm (c); 5 μm (d). SEM images of 4T1 cells (e) and SA (f) treated with BS-FFGd (50 μM) at 37 °C for 2 h. Scale bars, 2 μm (e); 500 nm (f). SA concentration-dependent T1-weighted MR images (g) and T1-weighted MRI signal intensity (h) of NBS-FFGd (100 μM) after incubation with SA for 8 h. Time-dependent T1-weighted MR images (i) and T1-weighted MRI signal intensity (j) of NBS-FFGd after incubation with SA (108 CFU). SA concentration-dependent T1-weighted MR images (k) and T1-weighted MRI signal intensity (l) of BS-FFGd (100 μM) (data shown as means ± SD; P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001; ns, not significant). (m) Time-dependent T1-weighted MR images of BS-FFGd. (n) Longitudinal relaxation rates of BS-FFGd and NBS-FFGd before and after incubation with SA. The panel a was created with BioRender.com.

依托 BS-FFGd 的活体成像与定量能力，团队将其搭建为抗生素筛选平台，选取对金黄色葡萄球菌有效的莫西沙星、效果不佳的头孢克肟开展对照治疗实验。连续给药 8 天后，MRI 成像结果直观区分出两种抗生素的药效，莫西沙星治疗组的肿瘤成像信号回落至正常水平，肿瘤内细菌载量下降约 5 个数量级，而头孢克肟治疗组的细菌数量仅减少约 1 个数量级，成像信号没有明显改善。研究持续观测小鼠肺部转移情况后发现，肿瘤内定植的金黄色葡萄球菌会显著加重乳腺癌肺转移，未接受有效抗生素治疗的小鼠肺部转移结节数量大幅增加，使用莫西沙星清除肿瘤内细菌后，肺转移结节数量下降约 3 倍，恢复至无菌肿瘤小鼠的水平，同时抗生素干预并不会影响原发肿瘤的生长，直接证实了肿瘤内金黄色葡萄球菌是促进乳腺癌转移的关键推手。

Figure 5. TAM Strategy via BS-FFGd for precision MRI of intratumoral SA in bilateral tumor models. (a) Schematic of the experimental timeline in the bilateral 4T1 tumor model. The right tumor was injected with SA, while the left tumor received saline or EC as a control. (b) Representative T1-weighted MR images at different time points after intravenous administration of Gd-DTPA, NBS-FFGd, or BS-FFGd, red dashed circles indicate noncolonized tumors, and yellow dashed circles indicate tumor colonized with S. aureus. Quantitative analysis of tumor to muscle ΔCNR for (c) Gd-DTPA, (d) NBS-FFGd, and (e) BS-FFGd over time, comparing SA-colonized (4T1 + SA) versus noncolonized (4T1) tumors (data shown as means ± SD; P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001; ns, not significant). Representative bio-SEM images of SA-colonized tumors before (f) and after (g) BS-FFGd treatment. Scale bars, 500 nm. The panel a was created with BioRender.com.

Figure 6. BS-FFGd for precise detection of intratumoral bacterial loads and screening antibiotics. (a) Schematic of the experimental design for assessing the in vivo sensitivity of BS-FFGd. (b) Representative T1-weighted MR images of tumors colonized with different bacterial loads (Groups I–VIII) before and 90 min after BS-FFGd administration, yellow dashed circles indicate tumor colonized with_S. aureus_. (c) Quantitative analysis of tumor to muscle ΔCNR for the different bacterial load groups. (d) Analysis of the tumors (Groups I and IV–VIII), including bacterial colony plates, Gram stain, and IHC for MMP-2 (green), LTA (red) and DAPI (blue). Scale bar, 20 μm. Linear correlation analysis between tumor ΔCNR at 90 min and final bacterial colony counts (Log10 CFU) (e), Gram-positive bacteria positive stained area (%) (f), and LTA positive area (%) (g). (h) Schematic of the experimental design for screening antibiotics. Mice bearing SA-colonized tumors (107 CFU) were treated by oral gavage with cefixime or moxifloxacin (30 mg/kg). (i) Representative T1-weighted MR images of tumors from the four treatment groups (G1-G4) at Day 0 and Day 8. (j) Quantification of tumor to muscle ΔCNR at Day 0 and Day 8 for all groups. (k) Representative photos of bacterial colony plates from excised tumors. (l) Quantification of intratumoral bacterial loads (Log10 CFU). (m) Representative photos and H&E staining of lungs from all groups on Day 21 to assess metastasis. (n) Quantification of lung metastatic nodules. Data shown as means ± SD; P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001; ns, not significant.

总结及展望

本研究提出的靶向 - 激活型 MRI 新策略，融合了分子靶向、酶响应切割与原位超分子自组装技术，成功突破了传统 MRI 探针在肿瘤内细菌检测中特异性与灵敏度无法兼顾的瓶颈。研发的 BS-FFGd 多肽探针依靠双重识别机制，实现了肿瘤内革兰氏阳性菌的高特异、高灵敏成像与精准定量，同时完成了活体层面的抗生素药效筛选，通过有效清除肿瘤内细菌，显著抑制了乳腺癌的转移进程，搭建起 “精准诊断 - 疗效评估 - 靶向干预” 一体化的诊疗体系，为肿瘤 - 微生物互作研究、抗菌抗肿瘤治疗提供了全新工具。该研究也存在一定局限性，这套成像平台的组织穿透能力与氟代脱氧山梨醇 PET 成像相当，但在检测灵敏度和定量精度上仍有提升空间，后续团队会进一步优化探针结构，提升弛豫性能。为推进临床转化并规避钆元素长期滞留的潜在风险，研究人员还计划采用铁基螯合物等生物相容性更佳的顺磁性材料替代现有钆基信号基团。另外，BS-FFGd 采用模块化多肽设计，具备很强的拓展性，未来可以通过改造靶向肽段、自组装核心，将该策略应用于更多细菌种类与不同疾病模型，也可整合更多肿瘤微环境响应元件，让这套靶向激活成像技术拥有更广阔的应用场景。

【Adv.Mater.】大连理工彭孝军院士课题组孙文|系间窜跃提速2个数量级！超快5皮秒光敏剂自适应调控激发态，肿瘤抑制率达91.3%

Tue, 09 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】大连理工彭孝军院士课题组孙文|系间窜跃提速2个数量级！超快5皮秒光敏剂自适应调控激发态，肿瘤抑制率达91.3%

文章标题：Self-Adaptive Charge Transfer States in Aqueous Solutions Promote Fast Intersystem Crossing in a Photosensitizer for Tumor Inhibition

通讯作者：Wen Sun

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73793

文章概要

引言

光动力疗法（PDT）由于其高时空选择性和低系统毒性，在肿瘤治疗领域备受关注。PDT的疗效高度依赖于光敏剂通过系间窜跃（ISC）产生的细胞毒性活性氧（ROS）。然而，传统光敏剂的设计策略大多仅在有机溶剂中有效，一旦进入水溶液环境，由于光物理演化路径发生改变，往往会导致系间窜跃速率和活性氧产率严重下降，极大地限制了其在体内生物环境中的实际应用。因此，如何设计出在水溶液中依然具备高系间窜跃速率和优异ROS产率的高性能光敏剂，成为了当前光动力治疗领域亟待解决的重大挑战。

SCHEME 1 (a) The excited state process of PSs based on (I) Heavy atom effect, (II) the SOCT-ISC mechanism, and (III) introducing a carbonyl group. (b) The structure and the excited state process of Cy5-PCZ, and the schematic diagram illustrating the inhibition of tumor growth and lung metastasis by Cy5-PCZ under light irradiation.

主要实验及结论

研究团队以五甲川花菁（Cy5）为骨架，在中间位置引入扭曲的电子供体9-苯基咔唑单元，成功合成了新型光敏剂Cy5-PCZ。在水溶液中，该分子可通过光诱导电子转移，自适应产生电荷转移单重态与三重态。飞秒瞬态吸收光谱与理论计算表明，两状态间极小的能量差与强自旋轨道耦合共同促进了超快自旋翻转。其系间窜跃时间仅为4.9皮秒，比未修饰分子快了两个数量级，且其三重态寿命显著延长至53微秒，从而在水溶液中表现出超高的I型和II型活性氧产生效率。

FIGURE 1 (a) The structures of different meso-Cy5 molecules. (b) Photophysical data of different meso-Cy5 molecules (3 µM). (c) Absorption spectra and (d) fluorescence spectra of different molecules (3 µM) in H2O. (e) The ESR signals of ROS generated by Cy5-PCZ before and after light irradiation. (f) Comparison of ABDA absorbance changes at 378 nm with meso-Cy5 molecules (5 µM) in H2O on different times (660 nm, 4 mW/cm2) (n = 3). (g) Comparison of DHE fluorescence intensity changes at 580 nm of meso-Cy5 molecules (5 µM) in H2O on different times (660 nm, 4 mW/cm2) (n = 3). (h) Comparison of HPF fluorescence intensity changes at 514 nm of meso-Cy5 molecules (5 µM) in H2O on different times (660 nm, 4 mW/cm2) (n = 3). I. Maximum absorption wavelength (nm); II. Maximum emission wavelength (nm); III. Molar absorption coefficient yield, 104 M−1 cm−1; IV. Absolute fluorescence quantum yield.

FIGURE 2 fs-TAS of (a) Cy5-H, (b) Cy5-B, (c) Cy5-Br, and (d) Cy5-PCZ in H2O. (e) Magnified view of the fs-TAS (430–550 nm) of Cy5-PCZ. (f) Magnified view of the fs-TAS (550–720 nm) of Cy5-PCZ. (g) Kinetic traces of Cy5-PCZ at selected wavelengths. (h) Evolution-associated difference spectra (EADS) of Cy5-PCZ obtained from global fitting analysis. (i) Concentration evolution of Cy5-PCZ in H2O.

FIGURE 3 (a) Molecular structure and optimized geometric configuration of Cy5-H, Cy5-B, Cy5-Br, and Cy5-PCZ. (b) Energy level levels of different molecules in H2O. (c) Frontier orbital diagrams of different molecules in H2O. (d) Schematic diagram of the a-PET and the energy gap of different molecules. (e) The energy and the possible excited state processes in different molecules.

生物实验进一步证实了其卓越的临床转化潜力。Cy5-PCZ凭借阳离子特性特异性靶向细胞线粒体，光照下引发线粒体严重损伤。这种强氧化应激在常氧和低氧环境下均能高效诱导肿瘤细胞凋亡，并触发细胞焦亡与免疫原性损伤相关分子模式的释放。在荷瘤小鼠模型中，该光敏剂在注射后4小时展现出极佳的肿瘤富集效应，光照治疗后实现了高达91.3%的肿瘤抑制率。同时，原位乳腺癌小鼠实验表明，该疗法能显著阻断肿瘤的肺部转移，使小鼠60天生存率达到80%，且具备优异的生物安全性。

FIGURE 4 (a) Electron-hole distribution of different excited states of Cy5-H, Cy5-B, and Cy5-Br. (b) The electron-hole distribution of Cy5-PCZ in H2O. (c) Schematic diagram of the possible photochemical pathway of Cy5-PCZ. (d) Theoretical model of the electron transition and electron spin mechanism of Cy5-PCZ.

FIGURE 5 (a) ROS imaging in 4T1 cells. (b) Cy5-PCZ co-localization fluorescence imaging analysis. (c) Fluorescence imaging of JC-1 stained 4T1 cells. Scale bar: 30 µm.

FIGURE 6 Cytotoxicity of Cy5-PCZ against (a) 4T1, (b) HepG2, and (c) MCF-7 cells under normoxic conditions (21% O2). Cytotoxicity of Cy5-PCZ against (d) 4T1, (e) HepG2, and (f) MCF-7 cells under hypoxic conditions (2% O2). Calcein AM/PI staining in 4T1 cells under (g) normoxia (21% O2) and (h) hypoxia (2% O2). Scale bar: 100 µm. Error bars represent S.D. from the mean (n = 6).

FIGURE 7 (a) Apoptosis detection of 4T1 cells under different treatments. (b) The proportion of apoptosis in normoxic (21% O2) conditions with different treatments. (c) The proportion of apoptosis in hypoxic (2% O2) conditions with different treatments. (d) 4T1 cells-stained Annexin-V/PI. Scale bar: 30 µm.

FIGURE 8 (a) Schematic diagram of pyroptosis of 4T1 cells induced by Cy5-PCZ with light irradiation. (b) Morphological changes incubated with Cy5-PCZ. Scale bar: 20 µm. (c) CRT fluorescence imaging of 4T1 cells. Scale bar: 20 µm. (d) Fluorescence imaging of HMGB1 in 4T1 cells. Scale bar: 20 µm. (e) Extracellular LDH levels (n = 3). (f) ATP levels in 4T1 cells (n = 4). (g) GSDMD-N, Pro-Caspase-1, and Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase (GAPDH) expression of 4T1 treated with different treatments. G1: Control, G2: Cy5-PCZ, G3:Cy5-PCZ+Light (60 min), G3:Cy5-PCZ+Light (90 min). Error bars represent S.D. from the mean. (Statistical significance: * p < 0.05, p ≤ 0.01, or * p ≤ 0.001).

FIGURE 9 (a) Mouse treatment flowchart. (b) In vivo fluorescence imaging of mice. (c) Relative fluorescence intensities of the tumor at different times. (n = 3). (d) Relative fluorescence intensities of major organs at different times (n = 3). (e) Changes in tumor volume of mice (n = 5). (f) The weight of the tumor isolated (n = 5). (g) The inhibition rates of tumors by different treatment methods (n = 5). (h) Changes in the body weight of mice (n = 5). (i) H&E staining, TUNEL staining, and Ki67 staining of tumor tissues. Scale bar: 50 µm. Error bars represent S.D. from the mean. (Statistical significance: * p < 0.05, p ≤ 0.01, or * p ≤ 0.001).

FIGURE 10 (a) Schematic of PDT inhibiting breast cancer lung metastasis in mice. (b) H&E staining of lung tissue. Scale: 100 µm. (c) Photographs of lung tissue. (d) Lung weight in different groups (n = 5). (e) Pulmonary metastatic nodules in different groups (n = 5). (f) Survival rate of mice after different treatments. Error bars represent S.D. from the mean. (Statistical significance: * p < 0.05, p ≤ 0.01, or * p ≤ 0.001).

总结及展望

本研究提出了一种全新的分子设计策略，利用水溶液环境本身促进电荷转移的特性，巧妙地克服了传统光敏剂在水相环境中系间窜跃速率受限和活性氧产率低下的固有缺陷。合成的Cy5-PCZ光敏剂通过自适应产生双电荷转移态，不仅实现了皮秒级别的超快系间窜跃，更在体内外展现出了强大的抗肿瘤生长与抑制肺转移双重功效。这种将基础光物理机制创新与癌症免疫、靶向治疗紧密结合的成果，不仅为开发新一代高性能水相光敏剂开辟了理论新框架，也为光动力疗法在未来临床抗癌应用及肿瘤转移阻断方面带来了极具前景的广阔空间。

【JACS】华中科大王鸣魁|突破0.37！全固态二维手性钙钛矿解锁无滤光片全斯托克斯紫外偏振探测

Tue, 09 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】华中科大王鸣魁|突破0.37！全固态二维手性钙钛矿解锁无滤光片全斯托克斯紫外偏振探测

文章标题：Two-Dimensional Chiral Perovskites for Integrated High-Performance Ultraviolet Full-Stokes Polarization Detection

通讯作者：Mingkui Wang

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22691

文章概要

全斯托克斯偏振探测是构建多维光电系统的核心，但传统探测器依赖庞杂的电介质滤光片和波片组，难以实现系统微型化。华中科技大学王鸣魁教授团队在《美国化学会志》（JACS）上发表最新研究，通过异质金属阳离子合金化策略，首次开发出基于二维手性铅锡合金钙钛矿的无滤光片全斯托克斯紫外偏振探测器。该器件在自驱动模式下实现了高达0.37 ± 0.027的流明光电流不对称因子，并能高精度解析任意偏振态，为新一代集成手性光电子技术开辟了新途径。

引言

圆偏振光（CPL）和线偏振光（LPL）的高灵敏探测在安全光通信、先进生物成像及量子计算等领域至关重要。传统全斯托克斯偏振仪通常由多个分立光学元件组合而成，冗长的光路不仅会带来寄生光学损耗，还严重阻碍了器件的集成化发展。手性杂化有机-无机钙钛矿因其独特的光电特性和可调的手性诱导自旋选择性（CISS）效应，成为直接将偏振光信号转化为电信号的明星材料。然而，目前的手性钙钛矿器件普遍面临载流子迁移率低和光电流不对称因子微弱的瓶颈。如何通过明确的分子工程独立增强自旋输运手性，成为实现高精度偏振探测的制约瓶颈。

Figure 1. Structural characterization of the chiral 2D perovskites (R)/(S)-F-MBA2Pb1-_x_Sn_x_Cl4. (a) Crystal structure illustration of the layered 2D chiral perovskite framework. (b) Molecular structure of the (R)- and (S)-F-MBA chiral organic cations.

主要实验及结论

研究团队设计并合成了一系列兼具宽带隙与天然量子阱结构的二维手性自旋优化钙钛矿薄膜材料，如图1所示，利用具有特定立体构型的手性有机铵阳离子作为分子隔离层，成功将空间不对称性传递至无机金属卤化物骨架中。

Figure 2. Optical and chiroptical characterization of (R)/(S)-F-MBA2Pb1–_x_Sn_x_Cl4 (x = 0 to 0.625) films. (a) UV–vis absorption spectra, (b) circular dichroism (CD) spectra, and (c) corresponding absorption dissymmetry factors (_g_CD) obtained from the CD profiles.

通过系统调控铅锡合金化配比，研究人员利用吸光和圆二色性（CD）光谱对薄膜的芯片级光学特性进行了表征。如图2所示，这系列薄膜在紫外区展现出强烈的激子吸收边，同时CD谱图呈现出完美的镜像对称和显著的 Cotton 效应。令人惊讶的是，基态光学不对称因子在合金化前后并未发生明显改变，这表明锡合金化并非通过增强静态光学手性来发挥作用，而是作为一种动态自旋调制器。为了揭示其微观机制，密度泛函理论计算表明，自旋轨域耦合与反转对称性破缺的协同效应引发了显著的 Rashba 型自旋分裂。如图3所示，由于锡和铅原子的共存加剧了晶格畸变，自旋分裂能显著扩大，这极大地增强了垂直电荷输运过程中的 CISS 自旋滤波效率。

Figure 3. Spin-projected band structures of (R)/(S)-F-MBA2Pb1-_x_Sn_x_Cl4 (x = 0, 0.25) calculated along the X-Γ-Y plane in Brillouin zone. (a, b) (R)-enantiomers and (c, d) (S)-enantiomers for x = 0, and x = 0.25, respectively. Insets (purple boxes) provide magnified views of the valence band (VB) maxima and conduction band (CB) minima near the Γ point in the reciprocal lattice coordinates. Red and green branches represent spin-up and spin-down textures (z-component), respectively, illustrating the lifted energy degeneracy induced by inversion symmetry breaking (chirality transfer) and spin–orbit coupling (SOC). The Fermi level is set at 0 eV.

这种自旋极化能带的优化直接体现于微观和宏观的电学输运行为中。如图4所示，磁性导电力显微镜（MC-AFM）测试证实，合金化薄膜在外加偏压下表现出异常强烈的自旋选择性电荷传输特性。以此为基础，团队构建了异质结自驱动光电探测器。如图5所示，器件表现出超低的暗电流和多数量级的优异光响应。由于高效的手性自旋滤波效应，其光电流不对称因子被推高至 0.37 ± 0.027，相比于纯铅对照组实现了大幅跃升。

Figure 4. Impact of Sn-induced symmetry breaking on the electrical and spin-transport properties of (R)/(S)-F-MBA2Pb1-_x_Sn_x_Cl4 (x = 0, 0.25) films. (a–d) c-AFM current mapping profiles highlighting local conductivity distribution. (e–h) Spin-polarized I–V curves recorded at room temperature via MC-AFM. Data were acquired using magnetic tips with opposite orientations: downward (north, red) and upward (south, red).

Figure 5. Optoelectronic and chiroptical performance of (R)/(S)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 based self-powered photodetectors. Intensity-dependent J–V characteristics of (a) (R)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 and (b) (S)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 devices under 325 nm illumination. (c) Photocurrent density and responsivity (R) of the CPL-PDs as a function of incident light intensities at 0 V; the error bars are statistically calculated from 20 individual devices. Polarized J–V curves measured in the dark, and under LCP/RCP illumination for (d) (R)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 and (e) (S)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 photodetectors. (f) Corresponding photocurrent dissymmetry factor (_g_ph) derived from (d) and (e).

最终，团队将该自旋优化薄膜与亚波长周期性线偏振光栅直接单片集成，构筑了全斯托克斯偏振芯片。如图6所示，在不同角度旋转下，器件输出的光电流呈现出对入射光偏振态高度敏感的周期性正弦调制。通过数学模型反演提取的斯托克斯参数与理论值惊人一致，并在庞加莱球上完美拟合，其测量误差极低，达到了比肩商用大型偏振仪的检测精度。

Figure 6. Performance of the full-Stokes polarimeter based on an (S)-F-MBA2Pb0.75Sn0.25Cl4 photodetector integrated with a polarization grating. (a, b) Angle-dependent photocurrents measured under various incident polarization states at device rotation angles of 0°, 45°, 90°, 135°, and 180°. (c) Extracted Stokes parameters (_S_1, _S_2, _S_3) for eight representative polarization states; solid and hollow circles represent measured and theoretical values, respectively. (d) Poincaré-sphere representation of the resolved states of polarization, with experimental data points mapped onto the sphere surface. (e) Statistical analysis of the measurement errors for the normalized Stokes parameters (_S_1, _S_2, _S_3).

总结及展望

本研究成功论证了通过异质金属合金化调控二维钙钛矿晶格畸变，进而将静态光学手性与动态自旋输运手性解耦放大的新型设计范式。基于该材料构筑的微型全斯托克斯偏振探测器，不仅彻底摆脱了传统复杂光学元件的束缚，更在短波紫外波段展现出卓越的偏振辨识度与探测信噪比。这一成果极大丰富了杂化半导体功能基元的手性化学调控手段，也为下一代高集成度自旋光电子器件与偏振成像芯片的高质量发展奠定了坚实的材料与器件物理基础。

【Adv.Mater.】华南理工吴水珠、曾钫|19.4 nm 极致半峰宽！超窄带短波红外 J-聚集体

Mon, 08 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】华南理工吴水珠、曾钫|19.4 nm 极致半峰宽！超窄带短波红外 J-聚集体

文章标题：Formation of Ultra‐Narrowband SWIR J‐Aggregate Materials and Their Applications in Multispectral Optoacoustic Tomography Imaging

通讯作者：Fang Zeng, Shuizhu Wu

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73576

文章概要

引言

在光学成像、高精度传感以及先进光子学器件领域，具有极高光谱纯度的超窄带材料（通常指半峰宽小于 20 nm 的材料）一直备受瞩目。然而，在短波红外（SWIR，1000–2000 nm）或近红外二区波段，开发这类材料面临着巨大的物理瓶颈。为了实现低能量的红外吸收，分子必须具备广泛的 $\pi$-共轭体系，这不可避免地引入了大量的软低频振动，从而导致电子跃迁信号发生严重的振动拓宽。此外，传统的短波红外发光团在水相环境中极易形成无序聚集，进一步造成光谱展宽和荧光猝灭。尽管经典的 J-聚集体可以通过激子去定域化来抑制非均匀展宽，但此前尚未有研究能在短波红外区实现真正的超窄带宽吸收或发射。为此，华南理工大学等研究团队联合攻关，通过精妙的分子结构设计，成功打破了这一长期存在的技术僵局。

Schematic illustration of the formation of highly ordered and stable SWIR J-aggregates with ultra-narrow band by cyanine IRJ1089, and its applications in multiplexed MSOT imaging in mouse models. The panel Interlocking sulfonates at the top right corner is derived from the crystallographic data of a structural analogue (IRJ1021).

主要实验及结论

研究人员首先对七甲川花菁染料的分子结构进行了系统性的工程化改造。实验结果表明，在分子侧链中引入带负电荷的磺酸基团是诱导花菁分子形成高度有序 J-聚集体的关键。为了将吸收峰进一步红移至短波红外区域，团队巧妙地在花菁主链的内消旋位置（meso-position）引入了具有较大位阻的 N-乙酰基-苄胺取代基，并在终端引入了 benzo[f]indole 杂环，从而打造出最优染料 IRJ1089。当该分子在水溶液中自组装形成 J-聚集体（IRJ1089NPs）时，溶液颜色发生显著变化，其吸收峰大幅红移至 1089 nm，摩尔吸光系数提高了 2.9 倍。令人惊叹的是，该聚集体在短波红外区的吸光/发光半峰宽（FWHM）低至 164 cm⁻¹（仅为 19.4 nm），这也是迄今为止报道的有机短波红外材料中最窄的带宽之一，充分证实了 supramolecular 结构中高度有序的激子耦合。

(a) Molecular structures of synthesized heptamethine cyanine dyes. Numeric values denote absorption peak wavelengths for monomers, and the suffix “NPs” indicates corresponding J-aggregates. (b) Absorption and normalized fluorescence spectra of IRJ1089 (DMSO, λex = 808 nm) and its J-aggregate (IRJ1089NPs, 10 mm HEPES buffered solution, λex = 1064 nm). Dye concentration: 5 µm. Inset: Photographs of solutions before and after J-aggregation. (c) Comparison of the FWHM of IRJ1089NPs and previously reported SWIR narrow-band materials with their FWHM < 100 nm (d) Hydrodynamic diameter distribution and representative TEM image (inset) of IRJ1089NPs. (e) Optoacoustic (OA) spectra and normalized absorption spectra for IRJ1089 and IRJ1089NPs at matched absorbance (0.5). (f) OA SGE at constant molarity (ICG set to 1). (g) Absorption spectra of IRJ1089NPs (2 µm) recorded in mouse blood over 5 days.

为了揭示这一超窄带特性背后的微观机理，研究团队利用结构类似物 IRJ1021 成功生长出单晶，并结合密度泛函理论（DFT）计算进行了深入剖析。晶体衍射数据表明，在单个分子堆叠内部，染料分子以特定的平行“头对尾”滑移几何方式紧密排列，完全符合经典 J-聚集体的特征。而在相邻的分子堆叠之间，带负电的磺酸基团尾部与带正电的 $\pi$-共轭骨架之间产生了强烈的静电互锁作用，驱动四个分子堆叠共同构筑出一种独特的管状 supramolecular 结构。计算结果进一步证实，IRJ1089 拥有更长且更平整的共轭平面，其 benzo[f]indole 单元之间的二面角仅为 3.5°，这种极佳的平面性极大地增强了激子耦合。正是这种精妙的电荷互补与位阻平衡，赋予了 IRJ1089NPs 极其优异的生理环境稳定性、抗光漂白性以及高达 45.8 nM 的极低临界聚集浓度，使其无需任何表面活性剂或胶囊包裹即可直接用于生物体内。

(a) Crystal structure of IRJ1021 with the thermal ellipsoids drawn at the 50% probability. (b) Crystal packing diagram of IRJ1021. (c,d) Molecular interactions of two adjacent molecules within the same stack (c) and between adjacent stacks (d). (e,f) Electrostatic potential (ESP) maps (e) and optimized geometries (f) of IRJ1021 and IRJ1089, both calculated at the B3LYP-D3(BJ)/6-311G(d,p) level. (g) Molecular orbitals of IRJ1021 and its dimer were calculated at the B3LYP/6-311G(d,p) level, and the derived energy gap (Egap), with the dimer geometry extracted from the crystal packing of IRJ1021.

凭借极其敏锐的光谱特性和极高的光声信号生成效率（其摩尔光声效率高达临床常用印氰绿 ICG 的 10.3 倍），IRJ1089NPs 展现出了无与伦比的多光谱光声断层扫描（MSOT）成像性能。在活体小鼠实验中，外源性的 IRJ1089NPs 注入后，MSOT 能够以极高的空间分辨率逆向清晰显影位于脊髓下方、深达 1.2 厘米以上的下腔静脉、门静脉及主动脉等深层血管和肝实质结构。利用这一优势，研究团队成功在自发性高血压大鼠模型中，实时、非侵入性地监测了抗高血压药物 Isoket 诱导的主动脉血管扩张动力学过程，光声信号测得的血管扩张半峰宽变化与大鼠收缩压的下降呈现出完美的光学线性对应关系，为心血管药物的药效体内评估开辟了新途径。

(a) Normalized absorption spectra of endogenous chromophores and exogenous contrast agents. (b) Schematic illustration and experimental timeline of optoacoustic imaging in the liver region in mice. (c) Representative cross-sectional MSOT images of a mouse at different time points after intravenous injection of IRJ1089NPs (0.5 mg/kg) or ICG (2 mg/kg). Background signals were derived from single-wavelength (800 nm) OA signals. (d) Cryosection image of a female mouse corresponding to the same cross-section in (c). (e) Schematic illustration and experimental timeline of optoacoustic imaging of Isoket-induced aortic expansion in rats. (f) Representative cross-sectional MSOT images of a rat at different time points after injection of IRJ1089NPs (1 mg/kg), followed by Isoket or saline administration 2 min later. Inset: MSOT signal profile along the aortic region (ROI) and the corresponding FWHM derived from the profile. (g) Enlarged MSOT images of the aortic region in (f). (h) Temporal changes in the FWHM of the MSOT signal quantified within the aortic region (ROI) depicted in (f). (i) Temporal changes in systolic blood pressure (SBP) of the rat corresponding to (h). Abbreviations: Hb: deoxyhemoglobin; HbO2: oxyhemoglobin; SC: spinal cord; LU: lung; IVC: inferior vena cava; AA: abdominal aorta; PV: portal vein; LV: liver; GB: gallbladder. For (h) and (i), the data are presented as the mean ± s.d. (n = 3).

不仅如此，研究团队利用光谱完全分离的两种超窄带 J-聚集体（IRJ1021NPs 和 IRJ1089NPs），首次在动物深层组织中实现了无信号串扰的多重短波红外光声多器官标记，成功清晰分辨了小鼠的膀胱、直肠、肺部和胃部等缺乏内源性血红蛋白信号的器官。在此基础上，针对临床上致死率极高的结直肠癌（CRC）引起肠梗阻的诊断难题，团队进一步将靶向环肽 cRGD 修饰到包裹染料的脂质体上，构建了靶向纳米探针。在原位结直肠癌小鼠模型中，结合直肠内灌注非靶向探针，多重 MSOT 成像不仅精准定位了肿瘤边界，还清晰揭示了肿瘤由早期压迫演变为占据五分之四管腔、导致严重肠道狭窄的完整病理演变过程，为非侵入性诊断结直肠癌并发肠梗阻提供了强有力的影像学证据。

Utilization of encapsulation-free J-aggregates in multiple organ labeling via MSOT imaging. (a) Normalized absorption spectra of IRJ1021NPs and IRJ1089NPs. (b) Schematic illustration of OA imaging after subcutaneous injection of contrast agents at different dorsal locations in a mouse. (c) 3D MIP MSOT images (x-z plane) corresponding to (b). Inset: MSOT signal profile across the selected ROI. (d) Schematic illustration of SWIR multiplexed OA imaging for bladder and rectum, and a female mouse cryosection at the corresponding imaging plane. (e) Orthogonal MIP MSOT images of a mouse after intravesical instillation of IRJ1021NPs and intrarectal administration of IRJ1089NPs. (f,g) Normalized MSOT signal intensity in ROI 1 (f) and ROI 2 (g) at dashed lines in (e). (h) Schematic of SWIR multiplexed OA imaging for lungs and stomach, and a female mouse cryosections at the corresponding imaging plane. (i) Orthogonal MIP MSOT images of a mouse after oral gavage of IRJ1021NPs and intratracheal instillation of IRJ1089NPs. (j,k) Normalized MSOT signal intensity in ROI 3 (j) and ROI 4 (k) at dashed lines in (i). Abbreviations: SC: spinal cord; RT: rectum; BL: bladder; STO: stomach; LU: lung.

(a) Schematic illustration of the preparation of IRJ1089NPs-cRGD nanoparticles. (b) Hydrodynamic diameter distribution and representative TEM image (inset) of IRJ1089NPs-cRGD. (c) Normalized absorption spectra of different contrast agents. (d) Schematic of NIR-II OA imaging for a tumor in a CRC mouse model. (e) Representative MSOT images of a mouse with a CRC model, acquired at different time points after intravenous injection of IRJ1089NPs-cRGD (1.5 mg/kg). (f) Mean MSOT intensity in the tumor region corresponding to (e). Statistical comparisons between groups were made using a two-tailed Student's t-test. (g) Cryosection image at the rectal position of a female mouse. (h) Representative bioluminescence image of the major organs isolated from a CRC model mouse. (i) Schematic and timeline of NIR-II multiplexed OA imaging for orthotopic colorectal tumor. (j) Representative MSOT images after intravenous injection of IRJ1089NPs-cRGD and intrarectal administration of IRJ1021NPs at different stages of CRC development. (k) Normalized MSOT signal intensity in ROI 1 and ROI 2 at dashed lines in (j). (l) Percentage of contrast-labeled rectal lumen area corresponding to (j). Abbreviations: SC: spinal cord; RT: rectum. For (f, l), the data are expressed as the mean ± s.d. (n = 3).

总结及展望

本研究通过侧链磺酸基介导的静电互锁、内消旋位阻调控以及终端共轭面优化等多维策略，成功开发出了具有无包裹水相高稳定性和 19.4 nm 极致窄带宽的短波红外 J-聚集体材料。该材料不仅在深层大血管显影、血管活性药物精准评估方面表现优异，更攻克了活体多重光声成像缺乏窄带交叉无串扰探针的行业瓶颈，实现了癌症诊断与器官病变的高精度实时监控。这一创新成果不仅显著提升了多光谱光声断层扫描的成像深度和多路复用检测能力，也为未来开发高纯度红外发光显示、先进光电探测传感以及量子光子学器件等前沿领域提供了全新的分子构筑蓝图。

【JACS】突破至1100纳米近红外区！从头设计SWIR荧光激活蛋白

Mon, 08 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】突破至1100纳米近红外区！从头设计SWIR荧光激活蛋白

文章标题： De Novo Design of Near-Infrared Fluorescence-Activating Proteins

通讯作者： Chunfu Xu, David Baker

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.5c19594

文章概要

引言

基于蛋白质的荧光成像在生物医学领域应用广泛，但在穿透力更强的短波红外（SWIR，1000–2000 nm）窗口，依然极度缺乏高性能的基因编码蛋白质探针。为此，研究团队开创性地将计算蛋白质设计与有机化学合成相结合，成功从头设计出能够特异性结合合成梅罗cyanine染料（merocyanine dyes）的荧光激活蛋白。这种方法通过精确调控蛋白质内部环境，使染料与特定赖氨酸残基形成席夫碱共价键并使其质子化，从而引发明显的红移，突破了现有天然荧光蛋白的波长限制，为活体深层组织成像提供了前所未有的高对比度和灵敏度。

Figure 1. Computational design strategy. (a) General procedure for the design of fluorescence-activating proteins. Symmetric helical bundle oligomers with central pores suitable for ligand binding are generated using parametric backbone design and experimentally characterized. Those that are found experimentally to adopt the target structure are connected into single-chain proteins with short loops and the residues surrounding the binding pocket are optimized by RosettaDesign to bind merocyanine retinals. To enable simultaneous sampling of the ligand conformation and design of the amino acid identities of the surrounding pocket, we treat the merocyanine retinal-lysine conjugates as NCAAs in Rosetta and allow them to sample a wide range of rotameric states. (b) Design model of a far-red fluorescence-activating protein utilizing the MeroCy7 dye (chemical structure shown in the figure) based on a pentameric two ring helical bundle. (c) Design model of a fluorescence-activating protein predicted to emit in the SWIR range utilizing the bulkier MeroCy9 dye and based on a hexameric two ring helical bundle. Spectra are for illustrative purposes only.

主要实验及结论

研究人员首先聚焦于远红外荧光激活蛋白的构筑。他们以经结构验证、具有中心孔道的对称五聚体螺旋束作为支架骨架，通过短接环将其连接为单链以打破结构对称性。在此基础上，团队将Retinal-Lysine共价结合物作为非天然氨基酸（NCAA） 引入Rosetta计算框架中，实现了配体构象采样与周边口袋残基的同步优化。通过高通量筛选与点饱和突变技术，最终设计出远红外荧光激活蛋白MC7BP34。实验证明，该蛋白与MeroCy7染料结合后能发出685纳米的强荧光，不仅量子产率高达0.44且亮度超越FPbase数据库中同类光谱的所有荧光蛋白，更成功在U2OS细胞中实现了线粒体靶向的活细胞高对比度成像，且与HaloTag和SNAP-tag展现出完美的成像正交性。

Figure 2. Design and experimental validation of a far-red fluorescence-activating protein. (a) Crystal structure (color) of the designed pentameric two ring helical bundle matches well with the design model (gray) with a Cα-RMSD of 0.86 Å. (b) Crystal structure (teal) of the designed far-red fluorescence-activating protein MC7BP34 aligns with the design model (gray). (c) Ligand binding pocket in the design model. Modeling suggests the small molecule should fit closely with the surrounding protein residues, but it is not discernible in the crystal structure due to the low resolution. (d) Absorption spectra of MC7BP34 and the K57R mutant incubated with MeroCy7 dye compared to MeroCy7 alone. The absorption peak shifts from 505 nm for the unbound dye to 655 nm for the protein-dye complex; the knockout mutant K57R does not induce a shift in the absorption spectra, suggesting that the dye molecule binds specifically to the lysine residue as designed. The K57R mutant remains monomeric and folded (Figure S6). (e) Excitation and emission spectra of MC7BP34 and the K57R mutant incubated with MeroCy7 dye, or MeroCy7 alone. (f) U2OS cells expressing a MC7BP34-GFP fusion targeted to mitochondria incubated with 0.3 μM MeroCy7 for 15 min then washed and imaged live by spinning disk confocal microscopy (single plane). Scale bars: 10 μm.

随后，团队进一步挑战了波长更长、分子体积更大的近红外和短波红外光谱区。针对体积更大的MeroCy9染料，研究人员选用了内部通道更宽阔的六聚体两环螺旋束支架WSHC6作为设计基底。由于单链桥接易导致序列重复并引发蛋白质聚集，团队利用Rosetta HBNet专门构筑了特定的氢键网络打破重复模式，从而稳定了目标折叠状态。历经多轮核心区域重新设计与优化，成功培育出MC9BP72及优化版本MC9BP81。光谱分析显示，该新型蛋白与MeroCy9结合后的复合物光的吸收峰大幅红移近300纳米至904纳米，其荧光发射峰不仅红移至920纳米，其次级发射峰更是延伸至1100纳米以上的短波红外区域，其光谱红移幅度相较于临床常用染料ICG而言优势极其显著。

Figure 3. Design and experimental validation of a SWIR fluorescence-activating protein. (a) Superposition of the crystal structure (color) and the design model (gray) of the hexameric two ring helical scaffold used for the SWIR design. The larger internal channel of this scaffold is suitable to bind bulkier ligand compounds. (b) The AlphaFold predicted model (blue) of the MeroCy9 binding SWIR protein MC9BP72 aligns with the design model (gray) with a Cα-RMSD of 1.41 Å. (c) The ligand binding pocket in the design model is complementary in shape to the MeroCy9 dye. (d) Absorption spectra of free MeroCy9 dye (10 μM), MC9BP72 (10 μM), and ICG (1 μM). The protein-dye complex absorbs light at 904 nm, representing an almost 300 nm red shift from the free dye’s absorbance and a 100 nm red shift compared to ICG. (e) Fluorescent emission spectra for ICG (green) and MC9BP72-MeroCy9 complex (red) obtained at an excitation wavelength of 785 nm. The emission peak of the designed protein-dye complex shifts over 100 nm toward the longer wavelength compared to that of ICG.

为了验证该短波红外探针在实际生物成像中的应用潜力，研究团队将MC9BP81与表皮生长因子受体（EGFR）结合蛋白以及绿色荧光蛋白进行融合表达。活细胞实验结果表明，在小鼠白血病K562细胞表面，该融合表达体系展现出极高的特异性膜定位标记能力。在最后的动物活体实验中，研究人员将表达有对照探针iRFP720的细胞包裹于阿尔金酸钠微球中并植入小鼠腹腔内。在相同深度的活体组织穿透测试中，传统的iRFP720由于受到组织自体荧光干扰而无法清晰辨识微球边界，而使用892纳米激发的MC9BP81-MeroCy9体系则凭借极低的组织背底荧光和散射，成功实现了对微球的高对比度、超灵敏深层空间轮廓定位。

Figure 4. SWIR imaging using MC9BP81. (a,b) Purified MC9BP81-EGFP-EGFRc and MC9BP81-EGFP-EGFRn fusion proteins can be readily chromophorylated with MeroCy9 as observed using SWIR imaging. Both constructs exhibited bright fluorescence when a 900 nm long-pass filter was used. (c,d) After incubation with chromophorylated MC9BP81-EGFP-EGFRc and MC9BP81-EGFP-EGFRn proteins, the EGFR and iRFP720 expressing K562 cells displayed a clear fluorescence signal when measured using a 900 nm long-pass filter. Zoomed-in cell images showing membrane localization after labeling with chromophorylated MC9BP81-EGFP-EGFRc protein are shown in Figure S12e. (b,d) Measurements from different samples show good agreement (data are from a single measurement).

总结及展望

这项研究有力地证明了计算蛋白质设计与有机合成化学交叉融合的巨大威力。团队不仅成功研发出了兼具超高亮度和极佳正交性的远红外基因编码探针MC7BP34，更创制出首个发射光谱能够跨越至SWIR区域的从头设计荧光激活蛋白MC9BP81。尽管该体系在绝对亮度上仍有优化空间，且游离染料在水相中的稳定性仍需改善，但全α螺旋的独特结构为其转化为跨膜传感器奠定了坚实基础。这不仅为生物体内深层动态成像与神经科学电信号监测提供了崭新的原型工具，也为未来设计波长更长、性能更优的短波红外生物传感器彻底打开了技术大门。

【Angew.Chem.】105℃下的“点石成金”：光热一维共价有机框架实现3489 mg/g的超高容量黄金回收

Mon, 08 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】105℃下的“点石成金”：光热一维共价有机框架实现3489 mg/g的超高容量黄金回收

文章标题：Leveraging Photothermal Effect in 1D Covalent Organic Frameworks for Efficient, Rapid, and Selective Gold Recovery

通讯作者：Zhiyong Li, Yawei Liu, Jianji Wang

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.2904281

文章概要

引言

电子垃圾的剧增带来了严峻的环境挑战，但其中蕴含的贵金属也使其成为一座巨大的“城市矿山”。从电子垃圾浸出液中回收黄金，不仅能缓解资源紧缺，更是绿色可持续发展的必然选择。然而，传统的工业回收方法存在能耗高、选择性低以及二次污染严重等弊端。近年来，共价有机框架（COF）因其高比表面积和结构可调性在黄金回收领域展现出潜力。然而，现有的二维或三维COF往往面临活性位点暴露不足、传质阻力大以及在复杂多金属体系中动力学迟缓等瓶颈。如何同时构建具有高吸附容量、极速动力学和优异选择性的先进吸附材料，依然是资源循环利用领域的重大挑战。

Structure and synthetic routes of TN-COF and TC-COF.

主要实验及结论

研究人员通过非线性单体与多功能分子的席夫碱缩合反应，成功设计并合成了两种具有一维周期性条带状拓扑结构的光热功能材料TN-COF和TC-COF。通过粉末X射线衍射和理论模拟结构精修，证实了其高度结晶的一维AA堆叠骨架，这种独特的“核壳”状开放通道最大程度地暴露了活性位点并赋予材料极佳的化学稳定性。紫外-可见漫反射光谱和Mott-Schottky测试表明，由于分子内强偶极相互作用与延展的共轭体系，两种材料具备覆盖全可见光至近红外区的宽谱光吸收特性，其导带底电位均负于金离子的标准还原电位。更重要的是，材料表现出极强的非辐射跃迁特性，在可见光照射下局部温度可在短短一分钟内飙升至105°C，展现出卓越的光热转换效率，这为打破传统放热吸附的限制、通过热效应驱动吸附平衡右移奠定了坚实的基础。

PXRD patterns of TN-COF (a) and TC-COF (b) with Pawley refinement; (c) Theoretically unit cells of the AA stacking modes for TN-COF; (d) FT-IR spectra of TPAD-NH2, Pyd, IPA, TN-COF and TC-COF; (e) and (f) N2 sorption isotherms at 77 K and pore size distribution (insert) of TN-COF and TC-COF.

(a) UV/vis DRS plot of TN-COF and TC-COF; Mott–Schottky plots of TN-COF (b) and TC-COF (c); (d) The band structure diagram of TN-COF, TC-COF and the standard reduction potentials of AuCl4−; (e) Transient photocurrent response curves of TN-COF and TC-COF; (f) Electron spin resonance spectra of TN-COF at room temperature; (g) Temperature changes of TN-COF and TC-COF under different light intensities (red line for TN-COF, green line for TC-COF); (h) Photothermal images of TN-COF before and after 300 mW/cm2 illuminations.

在吸附性能测试中，TN-COF在可见光照射下的最大吸附容量达到了惊人的3489 mg/g，相比于无光照条件提升了1.4倍，高居目前已报道的COF类吸附剂前列。动力学实验表明，在100 ppm的金离子溶液中，两种材料在短短20秒内即可移除超过99%的金离子。在面对高浓度干扰离子共存的超复杂体系时，TN-COF表现出对金的绝对优先亲和力，选择性系数超越了两万。当直接应用于真实的高酸性电子垃圾——废弃CPU王水浸出液时，即使金离子浓度仅有17 ppm且伴随数千倍的铜和镍干扰，TN-COF仍实现了高达99%的黄金精准回收。机制分析表明，吸附过程协同了多 field 耦合效应，多氮氧位点首先通过静电和配位作用高效捕获金离子，随后材料的光生电子与质子化氨基将金还原为零价金属颗粒，而光热效应引起的界面局域高温则进一步加速了这一吸热的化学还原过程，从而实现了协同促升。

(a) The effect of pH values on the AuCl4− adsorption by TN-COF and TC-COF; Adsorption isotherms of TN-COF (b) and TC-COF (c) for AuCl4− with different concentrations under ambient and visible light irradiation, qe, equilibrium adsorption capacity: 5 mg of COF, 10 mL of AuCl4− solution, t = 6 h; Kinetic adsorption of AuCl4− on TN-COF and TC-COF under ambient and visible light irradiation for c0 = 100 mg L−1 (d) and 1000 mg L−1 (e); (f) Au(III) removal efficiency of TN-COF and TC-COF in the presence of various interfering metal ions (t = 2 h).

(a) The AuCl4− (1000 ppm) removal efficiency of TN-COF and TC-COF over 25 cycles; (b) Comparison of gold capacity among TN-COF, TC-COF and reported representative COFs (TPDA-DPTA-COF [22], N+-PYTA-PATA-COF [40], Ionic-COF-Cl [41], TTF-COF [32], PYTA-PZDH-COF [44], COF-TPTD-DHTA-TAB [46], PP-COF [21], COF-HNU25 [5], JUN-1 [42], TpTsc [43], NKCOF-77 [15], TpDa-COF [16], TzDa-COF [45]); (c) Au(III) adsorption of TN-COF and TC-COF from the disposed Intel CPU leaching solution; (d) SEM images and EDS mapping of metal spin from the Intel CPU; (e) Au(III) adsorption capacity and removal efficiency by TN-COF and TC-COF in the outdoor environment of the Henan Normal University (HNU) campus from 11:17 am to 15:17 pm July 05, 2025 (sunny, 31°C, c0 = 1000 ppm), the location is east longitude 113°54′46“ and north longitude 35°19′46”.

(a) PXRD patterns of TN-COF after the Au(III) recovery under ambient and visible light irradiation; (b) SEM mapping images of TN-COF after Au(III) adsorption; (c) XPS profiles of TN-COF before and after Au(III) adsorption; High-resolution XPS spectrum of Au 4f (d), N 1s (e) and O 1s (f) after Au(III) adsorption under ambient or visible light irradiation.

(a) Electronic localization function (ELF) mapping and (b) Electrostatic potential (ESP) for TN-COF. The fs-TAS spectra at 405 nm excitation, transient absorption spectra at selected delay times and kinetic trace with Dec2-exponential fitting for TN-COF (c–e); (f) The schematic illustration for the adsorption mechanism of gold by TN-COF.

总结及展望

该工作成功将兼具高效光热效应与丰富多齿配位位点的功能单体引入一维共价有机框架中，开创性地提出了一种光热效应协同光化学还原驱动黄金超快回收的新策略。该材料不仅在模拟废液中展现出令人瞩目的吸附容量与秒级极速，更在真实电子垃圾的资源化利用中印证了其巨大的工业应用前景。此外，使用绿色温和的草酸与硫脲混合液作为洗脱剂，材料在历经25次循环吸附-脱附后仍保持初始性能的96%以上，结构未见破坏，证明了极高的可重复使用性。这种多场耦合增强的吸附机制，为未来针对特定工业战略金属回收而设计开发下一代高稳定性、高智能化的功能性有机多孔材料提供了全新且极具参考价值的微观构筑范式。

【Angew.Chem.】双通道近红外光声探针实现骨与软骨超200倍高选择性同时显像

Mon, 08 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】双通道近红外光声探针实现骨与软骨超200倍高选择性同时显像

文章标题：Targeted Near-Infrared Photoacoustic Probes for Dual-Channel Cartilage and Bone Imaging

通讯作者：Jesse V. Jokerst

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.9645599

文章概要

引言

在骨科研究和术中导航中，同时对软骨和骨骼进行分子特异性成像具有重要的临床价值。现有的临床影像技术如MRI和CT虽各有优势，但因设备庞大、耗时较长，难以满足实时术中引导的需求。光声成像技术结合了高光学吸收对比度与高超声空间分辨率，能有效克服光学散射并深入组织内部。目前业界普遍缺乏能同时区分这两种解剖结构的光声探针。为了填补这一空白，研究团队通过模块化设计策略，成功开发出两款具有高组织选择性的近红外光声探针，实现了单一成像层面的双通道清晰可视化。

Illustration of the targeting mechanisms: Cart-670 preferentially accumulates in cartilage, consistent with electrostatic interactions with negatively charged proteoglycan-rich matrices, while Osteo-750 shows preferential retention in bone, consistent with interactions with calcium-rich hydroxyapatite. These interactions are proposed to contribute to the observed tissue-selective accumulation. The chromophore cores in both probes are derived from commercially available NHS esters whose complete chemical structures are proprietary and not disclosed by the vendor; accordingly, Scheme 1 depicts all non-proprietary structural elements (targeting moieties, linkers, and the point of conjugation).

主要实验及结论

研究人员首先对一系列商业化的近红外吸收非荧光染料进行了系统性筛选，结果表明QSY21染料在光声信号强度和光稳定性上表现最佳，其在磷酸盐缓冲液中的检测限低至0.5微摩尔。在此基础之上，团队通过NHS酯化学反应将阳离子靶向基团偶联至QSY21上，利用电荷相互作用使其能特异性结合富含负电荷糖胺聚糖的软骨基质，从而制备出软骨靶向探针Cart-670。与此同时，研究人员将具有强骨骼亲和力的双膦酸盐基团与Alexa Fluor 750进行偶联，利用其与羟基磷灰石中钙离子的螯合作用，成功合成了骨靶向探针Osteo-750。

Absorbance spectra and photoacoustic behavior of the NIR dyes. (A) Absorption spectra of 1 µM QSY21 and (B) ICG in: PBS (pH 7.4) (red/ green, respectively); 50% plasma (maroon/ teal, respectively); after photoacoustic laser irradiation for 10 min (black). QSY21 absorbs broadly with _λ_max at 660 nm and ICG has a peak at ∼780 nm but still exhibits ∼50% of max absorption at 680 nm. Both dyes show high molar extinction (> 104 M−1cm−1). The spectra remain well-defined (with minor red-shift and broadening) in the protein-rich environment of 50% plasma. Black curves are photostability test results: These data are absorption after 10 min of pulsed laser irradiation (680 nm, 10 Hz; pulse width: 5 ns; fluence: 20 mJ cm−2) showing no significant change, indicative of high photostability. (C) Photoacoustic signal intensity for QSY21 and (D) ICG. Each curve represents a concentration-response profile (0–10 µM) acquired in PBS, PBS within a skin-mimicking (SM) phantom, and 50% plasma. As expected, overall photoacoustic signal intensity decreases in more optically and acoustically attenuating environments due to increased scattering, absorption, and acoustic impedance; however, the signal remains concentration-dependent and readily detectable across conditions. Note: concentrations above ∼10 µM approach detector saturation and were excluded from quantitative comparisons (Figure S14). These properties illustrate that QSY21 is suitable for consistent photoacoustic signal generation under biological conditions.

In vitro characterization of targeted NIR dyes. (A) Absorption spectra of Cart-670 and (B) Osteo-750 in: PBS (pH 7.4) (blue/ brown, respectively); 50% plasma (purple/orange, respectively); after photoacoustic laser irradiation for 10 min (black). (C) Schematic of the photoacoustic imaging setup and multi-well phantom used for concentration-dependent (0–100 µM) measurements and representative photoacoustic images acquired in PBS, illustrating signal intensity as a function of decreasing dye concentration. (D) Photoacoustic signal amplitude as a function of concentration for Cart-670 and (E) Osteo-750 in PBS, 50% plasma, and skin-mimicking (SM) phantom conditions. Insets show the linear region with corresponding R2 values. Error bars represent mean ± s.d. of two replicates.

在离体鸡关节模型实验中，这两款探针展现出了极高的组织特异性与出色的光声性能。实验结果表明，Cart-670能精准积聚在关节软骨表面，而Osteo-750在骨骼表面的光声信号强度达到了软骨部位的约200倍，经多次洗涤后依然能保持特异性附着。由于两款探针的吸收峰具有约100纳米的显著光谱差异，团队利用680纳米和750纳米两个波长进行激发，并结合光谱解混算法成功消除通道间的信号串扰，完美实现了骨与软骨界面的双颜色清晰光声图像重建，同时该系统通过数毫米的模拟组织覆盖后仍可检测到有效成像信号。

Ex vivo specificity. (A) Imaging plane and anatomical context. (B) Photoacoustic imaging demonstrating tissue-selective signal localization for cartilage- and (C) bone-associated probes. (Left) Co-registered ultrasound images of the joint. (Right) Photoacoustic images acquired independently for each probe, showing preferential signal localization of Cart-670 to cartilage (B, red) and Osteo-750 to bone (C, blue). Pseudo-color assignments (red: Cart-670 channel; blue: Osteo-750 channel) are arbitrary and do not correspond to the gross visual appearance of the tissue.

Dual-channel photoacoustic imaging. (A) Schematic of co-administration of Cart-670 and Osteo-750 at varying molar ratios, followed by photoacoustic imaging. (B-E) Representative co-registered ultrasound (grayscale) and spectrally unmixed photoacoustic images acquired with varying ratios (Cart-670:Osteo-750 = 0:100 (B), 25:75 (C), 50:50 (D), 75:25 (E)) with total probe concentration held constant. Bone-associated signal (blue) and cartilage-associated signal (red) are shown overlaid after Ex.: 680 nm and 750 nm. Increasing Cart-670 fraction results in progressive enhancement of cartilage-localized signal while maintaining detectable bone signal, demonstrating tunable contrast between cartilage and bone within the same imaging field.

总结及展望

该研究通过巧妙的分子设计，成功将传统的非荧光猝灭剂转化为具有组织选择性的新型光声成像对比剂。两款互不干扰的近红外探针不仅在化学结构和物理特性上高度兼容，更首次实现了骨与软骨组织的高分辨率多重光声可视化。这种双通道成像方法不仅能为骨关节炎等复杂骨科疾病的疾病进展提供更深入的病理洞察，还有望在未来转化为创新的术中实时辅助工具，通过光声和肉眼双重显色引导，协助临床医生更精准地识别与切除病变组织。

【Adv.Mater.】国科大温州研究院沈建良|传统声动力治疗遭遇“免疫逃逸”？新一代自调节纳米增敏剂实现“一箭三雕”，肿瘤消退率超85%

Mon, 08 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】国科大温州研究院沈建良|传统声动力治疗遭遇“免疫逃逸”？新一代自调节纳米增敏剂实现“一箭三雕”，肿瘤消退率超85%

文章标题：A Self-Immunoregulatory Nanosensitizer for Sonodynamic Cancer Therapy

通讯作者：Jianliang Shen, Long Wang, Zaigang Zhou

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73775

文章概要

引言

声动力治疗作为一种无创且组织穿透深的肿瘤清除策略备受关注，但传统声动力敏感剂在临床转化中常遭遇低量子产率和肿瘤微环境固有的缺氧限制。更严重的是，本研究首次揭示了传统声动力治疗的一个致命“黑历史”：ROS驱动的应激过程会诱导肿瘤细胞表面的PD-L1和CD47两种免疫检查点蛋白同时上调，向免疫系统发出“找不到我”和“别吃我”的信号，从而介导肿瘤产生免疫耐受。为了打破这一瓶颈，研究团队巧妙地将卟啉与双胍类药物偶联并包埋于白蛋白纳米颗粒中，成功开发出一种集高产氧量子率、逆转肿瘤缺氧、同步下调双免疫检查点于一体的自调节纳米增敏剂，为实现持久的系统性抗肿瘤免疫开辟了新途径。

SCHEME 1 Schematic illustration of porphyrin-biguanide-loaded albumin nanoparticles (POR-BG@Alb)-mediated synergistic sonodynamic immunotherapy. To address the immune escape faced by some sonodynamic therapy (SDT) sensitizer-assisted SDT, a porphyrin-biguanide-loaded albumin nanoparticles POR-BG@Alb nanosystem was developed. Apart from enhancing reactive oxygen species (ROS) generation capacity of SDT by reversing tumor hypoxia and decreasing energy level, POR-BG@Alb nanosystem also avoided innate and adaptive immune resistance via affecting the mitochondria/AMPK/c-MYC axis. By doing this, POR-BG@Alb enhanced T-cell cytotoxicity and macrophage phagocytosis. In preclinical models, this nanosystem suppressed the growth of primary tumor and abscopal tumor growth, as well as slowed tumor metastasis and induced long-term immune memory for durable antitumor efficacy.

主要实验及结论

研究人员首先通过理论计算与分子构型设计证实了新型增敏剂的优异结构特性。前沿分子轨道及电子-空穴分布分析表明，引入双胍基团后，分子的单线态-三线态能隙显著缩小至仅有0.0003 eV，这极大地促进了系间窜跃效率。实验中利用单线态氧及超满自由基探针在超声辐照下进行检测，直接证实了该系统具备远超传统卟啉的活性氧生成效率，彻底克服了传统制剂低量子产率的缺陷。

FIGURE 1 Rational design of the novel self-oxygen regulation and self-immune regulation sonosensitizer POR-BG. (A) Schematic structures and functional comparison of conventional organic sonosensitizers (ICG, PCN, and POR) and the highly efficient sonosensitizer POR-BG. (B) Schematic singlet/triplet energy level structures and corresponding transition pathways of POR and POR-BG. (C) UV–Vis absorption spectra of POR and POR-BG. (D) Electron cloud distributions of frontier molecular orbitals (HOMO/LUMO) and schematic of corresponding energy levels for POR and POR-BG, with the HOMO-LUMO energy gap labeled. (E) Comparative analysis of dipole moment change (Δµ) and charge transfer index (D index) of POR and POR-BG based on DFT calculations. (F) Electron-hole distributions and calculated excited-state parameter (Hct) of POR and POR-BG, showing changes in charge transfer capacity after BG modification. (G) Time-dependent curves of singlet oxygen (1O2) probe signals at 529 nm for different treatment groups (PBS, POR, POR-BG) under ultrasound irradiation. (H) Time-dependent absorption curves of superoxide anion (O2•−) probe at 420 nm for different treatment groups under ultrasound irradiation. (I) Western blot analysis of HIF-1α and GLUT-1 protein expression levels in cells after treatment with different concentrations of POR-BG. (J) Western blot analysis of AMPK phosphorylation level (p-AMPK) and total AMPK protein expression in cells after treatment with different concentrations of POR-BG. (K) Effects of different treatment groups on the expression of CD47, PD-L1, and c-MYC in the presence or absence of the reactive oxygen species (ROS) scavenger N-acetylcysteine (NAC). (L) Flow cytometry analysis of intracellular ROS levels induced by different sonosensitizers under ultrasound stimulation. (M) Regulatory effects of POR-BG on the protein expression of CD47, PD-L1, and c-MYC by using AMPKα1/α2 knockdown tumor cells. (N) Western blot analysis of the regulatory effects of POR-BG on the expression of CD47, PD-L1, and c-MYC by using c-MYC overexpression tumor cells. (O) Schematic illustrating that POR-BG integrates oxygen self-regulation capability, high quantum yield, and immune self-regulation function compared with conventional sonosensitizers.

在细胞层面的机制探究中，团队发现该纳米系统展现出了独特的亚细胞定位特性。共聚焦显微成像显示该系统能特异性靶向细胞内的线粒体，其皮尔逊相关系数高达0.961。通过蛋白质组学测序、蛋白印迹及透射电镜观察，超声激活的纳米系统引发了显著的线粒体肿胀及嵴断裂，不仅破坏了其膜电位，更抑制了线粒体呼吸作用使胞内ATP产量骤降。这种对线粒体能量代谢的抑制能够被动减少细胞耗氧，从而在固有的缺氧环境中实现自供氧调节。最核心的免疫重塑实验表明，该系统通过激活线粒体/AMPK/c-MYC信号通路，在生成大量ROS触发免疫原性细胞死的同时，逆转了传统声动力导致的免疫耐受，显著下调了肿瘤表面的PD-L1与CD47表达。在共培养体系中，巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬效率从4.43%飙升至20.03%，同时显着增强了T细胞介导的细胞毒性杀伤效应。

FIGURE 2 Preparation and characterization of POR-BG@Alb nanosystem. (A) Schematic of the fabrication process for POR-BG@Alb nanosystem. (B) Schematic of molecular docking results and corresponding binding energy between POR-BG and albumin. (C) Transmission electron microscope (TEM) image of POR-BG@Alb nanoparticles. (D) Fluorescence emission spectra of POR-BG under different methanol volume fractions. (E) Fluorescence changes of POR-BG at different Alb concentrations. (F) Changes in fluorescence intensity of POR-BG@Alb after co-incubation with various Alb-binding inhibitors to analyze its binding mode with Alb. (G) SDS-PAGE analysis results of POR-BG@Alb to demonstrate the formation of a stable complex with Alb Sudlow's Site I. (H) Two-dimensional principal component analysis (PCA) and Gibbs free energy distribution of POR-BG and Alb to evaluate conformational stability. (I) UV–Vis absorption spectra of POR-BG and POR-BG@Alb. (J) Hydrodynamic diameter distribution of POR-BG@Alb. (K) Zeta potential of POR-BG@Alb and POR@Alb. (L) Stability of POR-BG@Alb under different media and temperature conditions. (M) Release behavior of POR-BG under different pH conditions. (N) Absorption spectral changes of ultrasound-triggered ROS generation. (O) Kinetic analysis of ultrasound-induced ROS generation under different treatment conditions. (P) Optical stability of POR-BG@Alb after multiple ultrasound cycles. (Q) Particle size distribution of POR-BG@Alb. (R) Effects of different concentrations of POR-BG@Alb on the hemolysis rate of red blood cells (RBCs). (S) In vivo fluorescence imaging and major organ distribution of POR-BG@Alb in mice.

FIGURE 3 Effects of POR-BG@Alb-assisted SDT in vitro. (A) GO biological process enrichment analysis of differentially expressed genes identified by proteomics in the control and POR-BG@Alb groups. (B–E) GSEA analysis of the changes in pathways in the control and POR-BG@Alb groups. (F) Fluorescence imaging of intracellular JC-1 under different treatments. (G) TEM images of ultrastructural changes in cells after POR-BG@Alb treatment. (H) Schematic of the regulatory mechanism underlying mitochondrial function and oxygen metabolism. (I) Co-localization analysis of POR-BG@Alb with mitochondria in cells. (J) Quantitative analysis of intracellular ATP levels after different treatments. (K) Fluorescence imaging of ROS in MB49 and 4T1 cells under US irradiation. (L) Analysis of singlet oxygen generation using the SOSG probe. (M) Detection of superoxide anion generated by the DHE probe. (N) Annexin V/PI staining for the analysis of the proportion of apoptotic cells. (O) Colony formation assay to evaluate long-term cell proliferative capacity. (P) CCK-8 curves of MB49 cells treated with POR-BG@Alb assisted SDT. (Q) γH2AX immunofluorescence staining for analyzing DNA damage levels.

随后在小鼠体内进行的治疗靶向性及多模型评估进一步验证了其临床转化潜力。体内荧光成像证实，借助白蛋白的优异靶向性，药物在注射12小时后高效富集于肿瘤部位。在原位膀胱癌模型中，该疗法展现出最浅的肿瘤浸润深度和最小的膀胱肿块重量，且完全避免了临床联用双特异性抗体带来的系统性溶血等血液毒性。在双侧肿瘤模型及肿瘤再挑战实验中，该纳米系统介导的声动力治疗不仅高效清除了原发灶，更诱导了强效的远端效应，使未受超声辐照的远端肿瘤受到显着抑制，远端肿瘤抑制率超过85%。在高度恶性的三阴性乳腺癌模型中，治疗同样显著逆转了肿瘤的表皮-间质转化进程，大幅减少了肺部转移结节的数量。生存期分析显示，该方案成功激活了长效的免疫记忆，将小鼠的中位生存期从对照组的17天大幅延长至44天，有效防止了肿瘤的复发与扩散。

FIGURE 4 POR-BG@Alb co-inhibited PD-L1/CD47 to avoid immune resistance. (A) Detection of the mRNA expression levels of PD-L1 and CD47 after different treatments. (B) Western blot analysis of the AMPK signaling pathway and PD-L1/CD47 protein expression. (C, D) Flow cytometry analysis of the surface expression of PD-L1 and CD47. (E,F) Heatmap analysis of inflammatory cytokines and immune-related gene expression in T cells and macrophages. (G) Imaging of phagocytic behavior in the macrophage-tumor cell co-culture system. (H) Flow cytometric analysis of macrophage phagocytic efficiency under different treatment conditions. (I) Analysis of T cell cytotoxic capacity in the T24 cell-T cell co-culture system. (J) Schematic of the mechanism underlying PD-L1/CD47-mediated immune escape and its reversal. (K) Western blot analysis of PD-L1/CD47 protein expression in different tissues. (L) Quantitative analysis of PD-L1/CD47 expression in tissues.

FIGURE 5 Therapeutic efficacy of POR-BG@Alb-mediated sonodynamic immunotherapy in orthotopic bladder cancer and subcutaneous tumor-bearing models. (A) Schematic of the establishment and treatment protocol for the orthotopic bladder cancer model. (B) Intraoperative tumor images, three-dimensional reconstruction, ultrasound imaging, and H&E staining after different treatments. (C) Tumor volume curves after different treatments. (D) Quantitative analysis of bladder weight. (E) Western blot analysis of PD-L1 and CD47 protein expression in tumor tissues. (F) Immunofluorescence staining of CD3+, CD4+, and CD8+ T cells in tumor tissues. (G) Schematic of the tumor re-challenge experiment protocol. (H) Photographs of primary MB49 tumors. (I,J) Primary tumor volume and weight changes. (K,L) Flow cytometric analysis of infiltrating T cell subsets in primary tumor tissues. (M–O) Photographs, volume, and weight changes of tumors in the re-challenge model. (P,Q) Tumor growth in the abscopal tumor model. (R,S) Survival analysis.

FIGURE 6 POR-BG@Alb induced systemic anti-tumor immunity and distant metastasis. (A) Schematic of the 4T1 tumor model and treatment protocol. (B,C) Protein expression of CD47, PD-L1, Ki67, and Bcl-2 in tumor tissues from different groups. (D,E) Flow cytometric analysis of tumor-infiltrating T cell subsets. (F-H) Quantification of CD3+, CD4+, and CD8+ T cell proportions. (I,J) Immunohistochemical and apoptosis staining analysis of tumor tissues. (K–M) Primary tumor volume, weight, and photographs. (N) Analysis of EMT-related protein expression. (O,P) Photographs and quantitative analysis of lung metastatic nodules. (Q–S) Evaluation of anti-tumor efficacy in the tumor re-challenge model. (T,U) Evaluation of antitumor efficacy in the distant tumor model.

总结及展望

该研究不仅深刻揭示了声动力治疗诱导免疫逃逸这一极易被忽视的潜在机理，还创新性地通过构建自供氧与免疫自调节的白蛋白纳米系统，完美化解了这一矛盾。鉴于白蛋白支架、卟啉核心以及双胍类衍生物均在临床中拥有极高且成熟的安全性记录，这种“三合一”的通用型设计理念展现出了极佳的 pan-cancer 泛癌种治疗普适性。未来，该纳米平台有望作为一种强效的免疫调节辅助手段，与其他主流的临床肿瘤疗法开展联合应用，为跨越实验室研究到临床应用的“鸿沟”提供切实可行的纳米医学新策略。

【JACS】中科院车延科等|荧光量子产率飙升5倍、双光子截面增强4倍，动态分子晶体，41℃温和热刺激触发分子内扭转！

Sun, 07 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】中科院车延科等|荧光量子产率飙升5倍、双光子截面增强4倍，动态分子晶体，41℃温和热刺激触发分子内扭转！

文章标题： Dynamic Molecular Crystal Triggered by Near-Ambient Intramolecular Twisting for Switchable Luminescence and Two-Photon Absorption

通讯作者： Ling Zang, Yanke Che

文章链接： doi.org/10.1021/jacs.6c09326

文章概要

引言

动态分子晶体在智能光学响应材料和生物医学成像等领域具有巨大的应用潜力。然而，传统荧光晶体内部往往存在强烈的分子间相互作用，将分子牢牢锁定在刚性晶格中，导致其多晶型转变通常需要高于80°C或低于0°C的极端热驱动，这极大限制了它们在温和温区（如人体或生物环境）的实际应用。如何在近室温温和条件下，通过大尺寸共轭基团的协同扭转来直接构筑高效、可逆的光电调控系统，一直是该领域面临的重大挑战。

Figure 1. (a) Molecular structure of 1 and schematic diagram of the D–A group torsion. (b) Normalized absorption (black) and fluorescence spectra (orange) of molecule 1 in toluene (1 μM).

主要实验及结论

研究团队精心设计并合成了一种由苯并硒二唑受体和咔唑供体构成的D-A-D型活性有机分子，并通过溶液自组装成功制备出了高质量、高长径比的棒状动态分子晶体。单晶X射线衍射分析表明，在常温初始状态下，晶体内部独特的分子间硒···$\pi$（chalcogen bonding）相互作用充当了“构象锁”，将供受体之间的二面角锁定在较大的77.5°，限制了分子内的共轭程度，此时晶体的荧光量子产率仅为6%。令人兴奋的是，当将晶体微热至41 °C时，温和的热能便足以破坏这种较弱的硒···$\pi$作用，瞬间释放构象限制，使分子协同弛豫至更加平整的构象，供受体二面角大幅减小至26.2°–34.5°。这种空间平面化显著增强了分子内共轭，使晶体发射光谱红移至633 nm，且由于受体间距增大解除了聚集猝灭，荧光量子产率骤增5倍至约30%。

Figure 2. (a) Fluorescence-mode optical microscopic image and (b) SEM image of rod-shaped crystals of 1. (c) Normalized absorption (black) and fluorescence spectra (blue) of rod-shaped crystals of 1. (d) Molecular packing of 1 within a rod-shaped crystal, illustrating distinct intermolecular interactions along different directions. Selected carbazole groups have been omitted for clarity to highlight the chalcogen bonding (right).

Figure 3. (a) Time-dependent fluorescence images illustrating the rapid propagation of thermofluorochromism from the ends of the crystal. (b) Changes in the fluorescence spectra of rod-shaped crystals of 1 measured at 20 °C (blue) and 41 °C (red). (c) Molecular packing of the ordered component (55%) of 1 in the rod-shaped crystals of polymorph β, highlighting different intermolecular interactions. Selected carbazole groups are omitted for clarity to reveal the absence of chalcogen bonding (right).

这种由热驱动的多晶型转变不仅响应迅速，还展现出极其优异的可逆性、构象恢复完整度以及耐疲劳性能。当晶体冷却至20 °C时，分子间硒···$\pi$键会重新建立并锁定原有构象，使晶体结构在20秒内完全恢复，且在经历20次加热-冷却循环后仍未出现任何的光学性能衰减；同时，微观构象的协同平面化还成功转化为宏观机械运动，使晶体产生6.3%的轴向可逆伸长。更重要的是，得益于高温相下更强、更平整的分子内共轭网络，研究团队利用810 nm飞秒脉冲激光激发晶体时，发现其在41 °C下的双光子吸收截面最大可达约6700 GM，相比常温初始状态实现了4倍以上的剧烈增强。

Figure 4. (a) Time-dependent fluorescence images illustrating the thermofluorochromism propagating from the crystal end across the entire structure. (b) Changes in the fluorescence spectra of rod-shaped crystals of 1 measured at 41 °C (red) and 20 °C (blue). (c) Heating–cooling cycles induce pronounced, yet reversible, changes in the fluorescence intensity of the rod-shaped crystals. (d) Molecular packing of 1 in the α lattice obtained after cooling, highlighting different intermolecular interactions. (e) Under repeated heating–cooling cycles, the fluorescence emission maximum of the rod-shaped crystals changes in a reversible manner. (f) Powder XRD patterns of rod-shaped crystals of 2 were compared with those of the rod-shaped crystals of 1 in polymorphs α, β, and the α obtained upon cooling from β. (g) DSC heating–cooling cycles of rod-shaped crystals of 1. Three consecutive thermal cycles are presented. The DSC curves were recorded at a heating–cooling rate of 5 °C/min. Endothermic peaks are plotted upward.

Figure 5. (a) Two-photon fluorescence microscopic images and (b) two-photon fluorescence spectra of the crystals of polymorphs α (blue) and β (red) excited by a femtosecond pulsed laser at 810 nm. (c) Fluorescence intensity of the crystals of polymorphs α (blue) and β (red) as a function of femtosecond pulsed laser power (810 nm, 80 MHz, 140 fs pulsed duration). (d) TPA cross sections of the crystals of polymorphs α (blue) and β (red) at different excitation wavelengths of a femtosecond pulsed laser (80 MHz, 140 fs pulsed duration).

总结及展望

该研究成功阐明了一种基于弱相互作用控制的“触发-弛豫”分子内扭转调控机制。通过巧妙平衡分子固有的空间柔韧性与大尺寸功能基团的共轭特性，实现了在近室温温和刺激下对晶体发光效率、发射波长以及非线性光学响应的高效、快速且完全可逆的调控。这一研究成果不仅为开发下一代智能自适应光学材料提供了全新的设计范式，也为其在高分辨率双光子生物成像、微纳光驱执行器以及先进光电器件中的应用铺平了道路。

【Science】重磅发现：超85%的化学诱导皮肤肿瘤，竟然起源于上毛囊的“长寿”干细胞

Sun, 07 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Science】重磅发现：超85%的化学诱导皮肤肿瘤，竟然起源于上毛囊的“长寿”干细胞

文章标题：Chemically induced skin tumors arise from long-lived stem cells of the upper hair follicle

通讯作者：Eve Kandyba, Allan Balmain

文章链接：https://doi.org/10.1126/science.adv8291

文章概要

引言

探寻癌症的“起源细胞”一直是肿瘤生物学领域的核心谜题。虽然科学家们此前利用基因工程小鼠模型开展了大量研究，但这些模型往往无法完全模拟现实生活中环境诱毒物（如化学致癌物和肿瘤促进剂）对人体的复杂影响。人体组织在受到环境致癌因素影响时，突变细胞是如何在看似正常的组织中长期潜伏、又是在何处被激活并跨出癌变第一步的，这一直缺乏精确的体内谱系追踪证据。本研究正是为了打破这一僵局，旨在无偏见地确立化学诱导皮肤肿瘤的真实细胞起源。

Fig. 1. Upper HF SCs are the predominant COO for DMBA-initiated skin tumors.

(A) Illustration showing the skin SC-based lineage tracing approach used in combination with DMBA / TPA carcinogenesis. (B) Diagram of the location of specific skin SC markers of the HF and IFE and corresponding CreER mouse strains used for lineage tracing. (C) Representative images of the initial tdTomato labeling (red) of Krt19+ and Lgr5+ bulge hfSCs, _Lgr6_GFP+ SCs in the Mid HF and overlying IFE and Lrig1+ SCs of the Up HF, one day after TAM treatment. (D) Representative brightfield and fluorescence images of tdTomato fluorescence (red) in a fully labeled (left panel) and a largely unlabeled PAP of unknown origin (right panel) after chronic TPA treatment. Lower panels show representative cryosections of abundant tdTomato+ fluorescence within fully labeled PAP epithelium (left, lower) and red epithelial “streaks” (right, below), respectively. (E) Quantification of the percentage of PAPs labeled with tdTomato+ fluorescence from each SC compartment after chronic TPA promotion (number of mice per group: Krt19, n = 7; Lgr5, n = 18, Lgr6, n = 30, Lrig1, n = 9). The unpaired, two-tailed Student’s t test was used to calculate p values with * p < 0.05, p < 0.01 and * p < 0.001. (F) Percentage of fully labeled tdTomato+ PAPs derived from each SC compartment after chronic TPA treatment with corresponding bars showing the percentage of labeled PAPs per individual mouse. DAPI counterstaining (blue) was used to label cell nuclei [(C) and (D)]. Abbreviations – Bu: bulge, DP: dermal papillae, HG: hair germ, DAPI: 4’,6-diamidino-2-phenylindole, SG: sebaceous gland, IFE: interfollicular epidermis, Up HF: upper hair follicle, Mid HF: mid-hair follicle, +TAM: tamoxifen treated, hfSCs: hair follicle stem cells, PAP: papilloma, SC: stem cell. Scale bar = 50 μm. Elements of images were created using BioRender.

主要实验及结论

研究人员利用先进的荧光谱系示踪技术，在体内精准标记了小鼠皮肤中不同的干细胞群，并结合单细胞转录组学（scRNA-seq）以及高精度的双谱系测序（Duplex-seq）展开联合攻关。实验结果颠覆了传统认知，明确指出化学诱导的皮肤肿瘤主要起源于上毛囊的 Lgr6+ 和 Lrig1+ 干细胞群（其中 Lrig1+ 起源的肿瘤比例高达约 85%），而以往被寄予厚望的毛囊突触部位（Lgr5+ 和 Krt19+ 细胞）以及表皮干细胞则极少或从未引发肿瘤。为了进一步验证功能，团队在体内对 Lgr6 进行了基因敲低，结果发现小鼠的乳头状瘤和癌变发生率显著下降，无瘤生存期明显延长，从正反两个方向夯实了上毛囊干细胞作为恶性肿瘤核心起源的地位。

Fig. 2. Lgr6 KD in vivo perturbs skin tumor development.

(A) Schematic showing the DOX-inducible, Lgr6-targeted KD approach during skin carcinogenesis. (B) PAP development over time in WT and Lgr6 KD-Het mice. (C) Mean CA burden in WT and Lgr6 KD-Het mice after chronic TPA promotion (total number of CAs present per treatment group: Lgr6 WT + DOX = 43 /19 mice; Lgr6 KD-Het + DOX = 20 CAs / 15 mice; Lgr6 WT + sucrose = 40 CAs / 16 mice and Lgr6 KD-Het + sucrose = 33 CAs / 10 mice). The unpaired, two-tailed Student’s t test was used to calculate p values with ns: non-significant, * p < 0.05, p < 0.01 and * p < 0.001. (D) Graph representing the percentage of WT and Lgr6 KD-Het mice lacking CA development over time (CA-free survival - defined as the time point in weeks after the first TPA treatment was administered at which the 1st CA was observed on the dorsal skin). Abbreviations - CA: carcinoma, DOX: doxycycline, KD: knockdown, Het: heterozygous, PAP: papilloma, SC: stem cell, WT: wild type. Elements of images were created using BioRender.

Fig. 3. Long-lived, initiated Lgr6+ SCs generate tumors during DMBA-mediated skin tumorigenesis.

(A) Representation of the Lgr6+ SC-specific six month delay, lineage tracing approach used with DMBA / TPA carcinogenesis. (B) The percentage of fully labeled tdTomato+ PAPs per mouse following delayed chronic TPA treatment of DMBA-initiated, TAM-labeled _Lgr6_GFP / tdTomato mice (n = 7). (C) Ras mutation analysis of tdTomato+ PAPs generated from regular DMBA / TPA (n = 21) and delayed DMBA / TPA treatment (n = 27). (D) Trinucleotide signature of FACS-purified, non-exposed and DMBA-initiated, viable skin cell populations two weeks and one year after the initial exposure. The trinucleotide mutational signature induced by DMBA (25, 41) (grey bars; A > T / T > A) persisted for at least one year after treatment. (E) Trinucleotide signature analysis of non-exposed and DMBA-initiated, FACS purified, viable _Lgr6_GFP+ SCs two weeks and one year after the initial exposure. Red bars indicate the C > T trinucleotide signature corresponding to the classical SBS1 “clock” signature that increased over one year, independent of treatment with DMBA [(D) and (E)]. (F) Duplex-seq of DMBA-initiated, viable skin cells and _Lgr6_GFP+ SCs following four weeks of TPA promotion. A blue circle indicates the presence of a rare “singlet” mutation (single mutant cell) within the sample, a pink circle indicates a “multiplet” mutation indicating two or more cells with a particular mutation (potential clonal expansion) and the observed VAF value is displayed in parentheses below each mutation. Multiplet DMBA-associated mutations are highlighted in bold. (G) Representative cryosection of an early skin lesion labeled by Lgr6-derived, tdTomato+ cells (red) after six weeks of TPA treatment (DAPI, blue, was used to label cell nuclei; scale bar = 100 μm). Abbreviations – HF: hair follicle, DAPI: 4’,6-diamidino-2-phenylindole, +TAM: tamoxifen treated, PAP: papilloma, SC: stem cell, VAF: variant allele frequency. In (B) the unpaired, two-tailed Student’s t test was used to calculate p values with ns: non-significant, * p < 0.05, p < 0.01 and * p < 0.001. Elements of images were created using BioRender.

从深层机制与细胞动态来看，这些潜伏在上毛囊的受损干细胞展现出了惊人的长寿与休眠特性，在受到化学致癌物引发突变后，它们能在皮肤中隐匿长达一年之久而不被免疫系统清除，且在重新接触肿瘤促进剂（如TPA）时依然能被精准唤醒并疯狂扩张。单细胞测序揭示，这与上毛囊干细胞中高度富集 Cyp1b1 和 Ephx1 这两种致癌物代谢关键酶密切相关，使其天生具备更高的致癌物敏感性。此外，研究还意外揭示了一种此前不为人知的克隆竞争抑制机制：在正常状态下，体内自发产生 Kras 突变的细胞虽能受到促进剂的短暂刺激而扩张，但随后会被携带 Hras 突变的上毛囊起源细胞无情地竞争并清除；只有当 Hras 基因被彻底敲除后，这些自发突变的 Kras 克隆才能摆脱束缚，大肆发展为恶性皮肤癌。

Fig. 4. Lgr6+ HF SCs are enriched with DMBA metabolism enzymes predisposing susceptibility for the acquisition of the DMBA-associated, Hras mutations in vivo.

(A) Normal dorsal mouse skin transcriptome clustering using Seurat. (B) Enrichment and replotting of Hras+ cells from normal mouse skin. (C) Clustering of Hras+ cell populations using Seurat. (D) UMAP plot of Hras+ skin cells with subcluster expression of a DMBA metabolism enzyme, Ephx1. (E) qPCR of Ephx1 expression in viable global skin cells, _Lgr5_GFP- bulge hfSCs and _Lgr5_GFP+ SCs isolated from unexposed skin (pale blue) and skin 24 hours after DMBA exposure (dark blue) in vivo. (F) qPCR of Ephx1 expression in viable global skin cells, parental _Lgr6_GFP+ SCs and sub-fractionated _Lgr6_GFP+ SCA1- HF SCs and _Lgr6_GFP+ SCA1+ IFE SCs isolated from unexposed skin (pale blue) and skin 24 hours after DMBA exposure (dark blue). (G) UMAP of Hras+ cells isolated from unexposed mouse skin with subcluster expression of a DMBA metabolism enzyme, Cyp1b1. (H) qPCR of Cyp1b1 expression in viable global skin cells, _Lgr5_GFP- bulge hfSCs and _Lgr5_GFP+ SCs isolated from unexposed skin (pale green) and skin 24 hours after DMBA exposure (dark green). (I) qPCR of Cyp1b1 expression in viable global skin cells, parental _Lgr6_GFP+ SCs and sub-fractionated _Lgr6_GFP+ SCA1- HF SCs and _Lgr6_GFP+ SCA1+ IFE SCs isolated from unexposed skin (pale green) and skin 24 hours after DMBA exposure (dark green). (J) Bar chart showing the percentage of cells displaying CYP1B1 protein expression in purified, _Lgr5_GFP- bulge hfSCs, _Lgr5_GFP+ SCs, the whole parental _Lgr6_GFP+ SC fraction, sub-fractionated Lgr6+ SCA1- HF SCs, _Lgr6_GFP+ SCA1+ IFE SCs and LRIG1+ SCs isolated from unexposed skin (pale green) and skin 24 hours following DMBA exposure (dark green) in vivo (n = 5 independent biological replicates per SC type and exposure). (K) Illustration representing the in vivo expression of DMBA metabolism enzymes, Ephx1 and Cyp1b1, in HF _Lgr6_GFP+ HF SCs mouse skin. Abbreviations – SG: sebaceous gland, Bu: bulge, HF: hair follicle, hfSCs: hair follicle stem cells, IFE: interfollicular epidermis, LCs: Langerhans cells. The unpaired, two-tailed Student’s t test was used to calculate p values with * p < 0.05, p < 0.01 and * p < 0.001. Elements of images were created using BioRender.

Fig. 5. Targeted Duplex-seq to detect Ras hotspot mutations in unexposed and DMBA-initiated mouse skin.

(A) Illustration showing the approach used to collect carcinogen-exposed mouse skin samples for targeted, Duplex-seq to detect the presence of Ras codon G12, G13, and Q61 mutations. (B) Duplex-seq detection of Ras hotspot mutations in individual control, unexposed skin samples (n = 10, red boxes highlight the presence of spontaneous codon 12 and 13 mutations). (C) Detection of Ras hotspot mutations in individual DMBA-initiated skin samples (n = 10, red boxes highlight the presence of codon 61 mutations). (D) Duplex-seq detection of Ras hotspot mutations in DMBA-initiated and TPA-promoted skin samples (n = 10, red boxes highlight the presence of codon 61 mutations). In (B) to (D), a blue circle indicates the presence of a rare “singlet” mutation within the sample (a single mutant cell) and a pink circle indicates a “multiplet” mutation, indicating two or more cells with a particular mutation. Note: in a single control animal [(B), top right], mutations were observed in Hras Q61L, Kras G12D, and Kras G13R, each as very small multiplets revealing minimal clonal expansion without any treatment - this was the only animal to display this pattern, which was not typical. Elements of images were created using BioRender.

Fig. 6. Dynamic cell competition exists between spontaneous and DMBA-initiated Ras mutants in unexposed and DMBA-treated mouse skin.

(A) Targeted Duplex-seq reveals the outgrowth of cells with spontaneous Kras G12D and Kras G13R mutations in response to short term TPA promotion in vivo. Each plot represents the presence of hotspot Ras mutations observed in an individual TPA-treated mouse skin sample (n = 10 biological replicates, a blue circle indicates the presence of a rare “singlet” mutation and a pink circle indicates the presence of a “multiplet” mutation (red boxes highlight codon 12 and 13 mutations). (B) Plot representing the estimated number of mutant cells per million for the most common Ras hotspot mutations observed in uninitiated and DMBA-initiated skin in the absence or presence of TPA promotion, and the effect observed after withdrawal of TPA promotion for four weeks. (C) Comparison of the frequency of Q61H and Q61L mutations in Nras (light and dark blue, respectively), Kras (olive and dark green, respectively) and Hras (yellow and orange, respectively) in each of the treatment groups. (D and E) Duplex-seq detection of the frequency (D) and mutated reads per sample (E) for Hras Q61L (orange) and Kras G13R (light green) mutations in each of the treatment groups. (F) Ras driver mutations observed in tumors generated from each of the DMBA-initiated and TPA-promoted groups (the number of tumors analyzed per group is displayed above each bar in parentheses). (G) Detection of Kras mutations observed in Hras KO papillomas (n = 22 tumors) and carcinomas (n = 5 tumors) generated from DMBA + TPA treatment. The unpaired, two-tailed Student’s t test was used to calculate p values with * p < 0.05, p < 0.01 and * p < 0.001. Abbreviations – VAF, variant allele frequency, KO: knockout, WD: withdrawal. Elements of images were created using BioRender.

总结及展望

这项研究将化学诱导皮肤癌的源头精准锁定在了上毛囊干细胞，彻底刷新了皮肤致癌机理的传统模型。这一发现不仅对理解皮肤鳞状细胞癌的发生具有里程碑式意义，更为临床上防范因环境污染或职业暴露引发的各类癌症提供了全新视角。未来的癌症预防策略或许可以不再局限于单纯地“消灭突变细胞”，而是通过人工干预和调节组织内部不同变异克隆之间的竞争压力，借“细胞内卷”之力将那些高危的隐性种子消灭在萌芽状态。

【Nat.Chem.】北京大学窦锦虎|调控配体聚集斩获1792 S cm⁻¹超高导电性：解锁范德华金属有机框架堆叠新纪元

Sun, 07 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Chem.】北京大学窦锦虎|调控配体聚集斩获1792 S cm⁻¹超高导电性：解锁范德华金属有机框架堆叠新纪元

文章标题：Programming stacking order in conducting van der Waals metal–organic frameworks through ligand aggregation

通讯作者：Jin-Hu Dou

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41557-026-02180-z

文章概要

引言

范德华材料的物理性质高度依赖于其层间堆叠顺序，如何精准且简便地构建具有特定层间堆叠模式的层状材料一直是一项重大挑战。近年来，导电范德华金属有机框架（vdW-MOFs）因其优异的导电性和丰富的电子态成为研究热点，但由于缺乏精准的单晶合成控制方法，其晶格堆叠序列与电荷传输行为之间的深层构效关系此前仍不为人知。为了打破这一瓶颈，研究团队提出了一种全新的“聚集继承”概念并开发了聚集继承法（AIM）。该策略通过利用不同溶剂环境调控共轭配体的可调亚稳态聚集行为，随后通过金属-配体配位将其稳定并完美“继承”到最终的骨架晶体中，成功在二维和三维范德华金属有机框架单晶中实现了对堆叠序列的理性设计与可控调节。

Fig. 1: Examples of stacking control in vdW materials.

a, Novel quantum states (for example, superconductivity) in twisted bilayer realized by tear-and-stack method with a small twisted angle. b, Higher mobility achieved in organic vdW material by molecular engineering. c, Different stackings presented in vdW-MOFs accomplished by controlling the metastable state of ligand. d, Schematic illustration for precise and predictable stacking control in 2D and 3D vdW-MOFs by tuning ligand aggregation.

主要实验及结论

研究人员首先在经典的二维范德华金属有机框架体系 $Cu_3(HHTP)_2$ 中实施了聚集继承法。通过调节DMF与水的溶剂比例，成功操纵了共轭配体HHTP在溶液中的超分子聚集状态。原位同步辐射广角与小角X射线散射（WAXS/SAXS）技术实时揭示了铜离子与预组织配体之间极快的配位动力学过程，这种瞬时配位锁定了配体的初始溶液聚集态，从而成功催化生长出具有两种截然不同堆叠序列的单晶相：交替堆叠的A相和单向倾斜堆叠的U相。高分辨低温电子显微镜（cryo-EM）和微晶电子衍射（micro-ED）清晰解析了这两者的原子级结构差异，A相展现出具有强 $\pi-\pi$ 相互作用的滑移平行堆叠，而U相层间则发生更大程度的错位。密度泛函理论（DFT）计算和单晶器件变温电导率测试表明，堆叠几何的微小改变剧烈地影响了其电子能带结构，层间错位较小的A相展现出更优异的垂直面外方向电导率。

Fig. 2: Controlled stacking sequences of polymorphic vdW-MOFs by the AIM, and crystal details of two polymorphs.

a,c, Schematics for the syntheses of phases A (a) and U (c). b, Normalized UV–vis absorption spectra of HHTP dispersed in H2O/DMF (10−5 M) solutions. Inset: optical image of HHTP dispersed in different solutions with different ratios of H2O/DMF ranging from 10:0 to 0:10. d,e, Single-crystal structure details, cryo-EM images (scale bars: 2 nm) and 3D reciprocal lattices of phases A (d) and U (e) (inset: real-space image; scale bars: 1 μm).

Fig. 3: Study on the mechanism of polymerization between Cu2+ and HHTP.

a,c, In situ synchrotron WAXS of phases A (a) and U (c). t, time; q, magnitude of the scattering vector. b,d, In situ synchrotron SAXS of phases A (b) and U (d). e–h, Single-crystal structure of H2OHHTP obtained from H2O (e), intermediate phase of HHTP obtained from aqueous solution (f; denoted as H2OI-HHTP), precursor of Cu3(HHTP)2 composed of one Cu2+ and two HHTP molecules (g; denoted as Cu–2HHTP dimer) and DMFHHTP obtained from DMF (h), comparing structures of phases A and U. i, MD simulation of HHTP dimers (extracted from H2OI-HHTP) in H2O (similar to H2OHHTP) and DMF (similar to DMFHHTP). Upon dispersing H2OI-HHTP in H2O and DMF, the addition of Cu2+ leads to the formation of phase A and phase U Cu3(HHTP)2, respectively. j, Cryo-EM images of Cu3(HHTP)2 with disordered stacking. Scale bar: 20 nm (left), 5 nm (right). k, Potential energy surface of Cu3(HHTP)2 with varied shift lengths along the a and b axes. l, Schematic of stacking inheritance principle from ligand to MOF.

为了进一步验证该策略的通用性，研究团队将聚集继承法拓展至更具挑战性的三维范德华金属有机框架 $Cu_2DBC$ 系统中。非平面配体DBC在水和DMF中由于氢键强度差异而表现出不同的构象扭曲角。通过引入铜离子发生快速配位锁定制备，单晶结构分析首次揭示了导电框架中两种具有独特相互贯穿网络的三维同质异形体。在水中配体展现出较大的扭曲角，继承形成了五重复步贯穿结构；而在DMF中配体更趋于平面化，诱导形成了堆叠更紧密的四重复步贯穿结构。单晶器件电学表征显示，五重贯穿相表现出常规的半导体传输特性，而结构更致密、主链共轭与电荷离域更强的四重贯穿相则斩获了1792 S cm⁻¹的超高室温导电率。令人惊叹的是，该单晶器件在150至300开尔文的区间内展现出罕见的金属键传输行为，其电导率随温度降低而持续飙升，完美实现了多孔性与金属性的共存。

Fig. 4: Single-crystal structures of Cu2DBC with fivefold and fourfold interpenetration topology.

a,b, Double 3D networks illustrating the fivefold (a) and fourfold (b) interpenetrated frameworks viewed along the a axis. c,d, Individual 3D network extracted from the fivefold (c) and fourfold (d) frameworks viewed along the b axis. e,g, Individual 3D network extracted from the fivefold (e) and fourfold (g) frameworks. f,h, Fivefold (f) and fourfold (h) interpenetration topology viewed along the b axis. i,l, Cryo-EM images of the fivefold (i) and fourfold (l) Cu2DBC. Insets: fast Fourier transform images; scale bars: 5 nm−1. j,k, 3D reciprocal lattices of Cu2DBC with fivefold (j) and fourfold (k) interpenetration. Insets: real-space images; scale bars: 1 μm.

Fig. 5: DFT calculations of Cu3(HHTP)2 and electrical properties of synthesized polymorphic vdW-MOFs based on single-crystal devices.

a, Schematic of simulated slipped crystal structure. b, Calculated band structure and density of states (DOS) of a. c, Calculated band structure and DOS of two phases of Cu3(HHTP)2. _E_g, bandgap energy. d,e, Room-temperature two-probe and four-probe electrical measurement of phase A (d) and phase U (e). Insets show optical images of fabricated single-crystal devices. Scale bar: 5 μm; I, current; V, voltage. f, Variable-temperature direct-current four-probe conductivity (σ) measurements on single-crystal device of phases A and U under argon atmosphere (150–295 K). g, Room-temperature four-probe electrical measurement of Cu2DBC with fivefold and fourfold interpenetration. Insets show optical images of fabricated single-crystal devices (top left, fourfold; bottom right, fivefold). Scale bars: 5 μm. h, Variable-temperature a.c. four-probe conductivity measurements on single-crystal device of Cu2DBC with fivefold and fourfold interpenetration under argon atmosphere (150–300 K). _E_a, activation energy. i, Conductivity statistics of porous MOFs. Data of conductivity values and the corresponding references are listed in the Supplementary Information.

总结及展望

这项研究成功建立了聚集继承法这一极具预测性的概念框架与合成策略，桥连了液相配体超分子聚集与固相框架拓扑之间的鸿沟。通过调控液相环境，该方法不仅成功在二维和三维范德华金属有机框架中实现了纳米级晶格堆叠秩序的精准编程，还实现了从半导体到罕见多孔金属传输机制的颠覆性调控。这一成果不仅打破了多孔导电材料的导电率纪录，更为未来通过拓扑工程理性设计与构筑具有定制电子性质的新一代前沿功能材料开辟了广阔的道路。

【JACS】告别传统酸碱剂！首个水溶性光控分子开关问世，基本pH区实现超1.7单位精准逆转

Sun, 07 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】告别传统酸碱剂！首个水溶性光控分子开关问世，基本pH区实现超1.7单位精准逆转

文章标题：A Water-Soluble Diarylethene Base for Light-Controlled pH Modulation in Biological Systems

通讯作者：Javier Read de Alaniz

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04470

加州大学圣芭芭拉分校的Javier Read de Alaniz教授团队成功开发出首个高水溶性、具备双向调节功能的氮杂环亚胺二芳基乙烯（NHI-DAE）光控碱分子开关。该分子在水中的溶解度超过50 mM，能够通过紫外光和可见光的交替照射，在生物学关键的偏碱性区域内实现大于1.7个pH单位的快速、可逆平衡调节，并成功应用于控制反射蛋白质的动态自组装。

引言

在生物和化学系统中，空间的酸碱度（pH）精密调控对酶催化、蛋白质折叠及信号传导至关重要。虽然科学家此前开发出多种“光致产酸剂”或“光致产碱剂”，但它们大多不可逆，或者在水中的溶解度极低（通常小于300 $\mu$M），必须依赖有机共溶剂，这极易破坏生物大分子的天然活性。因此，开发一种能够在纯水相、特别是中性至碱性生物环境中表现出高溶解度、大pH变化范围且高度可逆的光控开关，一直是化学与合成生物学领域的重大挑战。

Figure 1. (A) Merocyanine photoacids are water-soluble in millimolar-scale concentrations and reversibly switch pH in the acidic and neutral pH regimes. In this work, a water-soluble photoswitch that reversibly switches pH in the neutral-basic regime is presented. (B) Structure of the N-heterocyclic imine diarylethene (NHI-DAE) photoswitchable base prepared in this study. The open diarylethene isomer is strongly basic and will undergo electrocyclization to the weakly basic, closed isomer with 300 nm light. The cycloreversion reaction is triggered by >500 nm.

主要实验及结论

为了打破溶解度瓶颈，研究人员通过精妙的化学修饰，在如图1所示的氮杂环亚胺（NHI）骨架上引入了具有空间位阻的季铵盐亲水基团。这一改进使得全新的NHI-DAE分子开关在纯水中的溶解度骤增至50 mM以上（如图2所示）。光谱实验表明，该分子在300 nm紫外光照射下会发生电环化反应，转变为紫色闭环结构；而在大于500 nm的可见光照射下则完全恢复。

Figure 2. (A) Synthesis of NHI-DAE photoswitchable base. (B) Synthesized photoswitch is soluble to >50 mM in Milli-Q water.

研究团队通过光谱滴定深入解析了其光控酸碱机理。如图3所示，紫外光引发的闭环反应破坏了原有的芳香稳定化结构，导致其亚胺氮原子的解离常数$pKa_3$从9.6大幅下降至7.9，表现出明显的“光致产酸”行为；而在低pH区间，由于环化消除了特定空间位阻，端基氮原子的basic性反而增强，表现出“光致产碱”的特质。如图4所示的模型预测与实验结果高度吻合，在3.5 mM的无缓冲体系中，紫外光仅需照射3分钟，溶液pH值便剧烈下降1.70个单位，且该过程可通过白光照射轻松逆转，并成功稳定循环10次以上。

Figure 3. (A) UV–vis absorbance spectra of 14.4 μM solution of open-NHI-DAE in a 20 mM sodium phosphate buffer over a range of pH values. (B) UV–vis absorbance spectra of 14.4 μM solution of closed-NHI-DAE in a 20 mM sodium phosphate buffer over a range of pH values. (C) Schematic of the four protonation states of the NHI-DAE photoswitch. Counterions omitted for simplicity. (D) Photoresponsive change in p_K_a between the open and closed isomers. (E) Normalized model of spectrophotometric p_K_a titration curve for open-NHI-DAE and closed-NHI-DAE at λ = 224 nm, created with experimentally determined p_K_a values.

Figure 4. Photo-pH properties of a 3.5 mM NHI-DAE solution with 20 mM NaCl in Milli-Q water. (A) Model predicting pH changes of a 3.5 mM NHI-DAE solution under 300 nm irradiation. Compared to experimental pH changes under 300 nm irradiation. (B) The pH of the DAE solution can be switched at least 10 times with 300 nm light and white light (400 nm ≤ λ ≤ 800 nm).

最后，团队将这一光控开关应用于仿生光学领域。如图5所示，他们利用NHI-DAE诱导的pH剧烈变化，成功调控了源自乌贼的阳离子反射蛋白质（Reflectin）的电荷中和与自组装行为。在光控pH驱动下，反射蛋白溶液的浊度随组装体尺寸变化产生可逆波动，透射电镜（TEM）也证实其平均微米级粒径在光照后发生了显著缩减。

Figure 5. (A) Schematic diagram illustrating the pH-responsive assembly behavior of the wild-type and 6E reflectin mutants. In this cartoon, open-NHI-DAE and closed-NHI-DAE are represented as the white and purple molecules, respectively. At a higher pH, more of reflectin’s positive charges are neutralized which drives formation of larger protein assemblies. When the pH decreases under 300 nm light irradiation, the sizes of the protein assemblies decrease, which reduces macroscopic solution turbidity, as measured via UV–vis spectroscopy. (B) UV–vis spectra of a 3.5 mM DAE, 4 μM reflectin 6E, and 20 mM NaCl solution before (gray trace) and after (purple trace) irradiation with 300 nm light. The raised baseline for λ ≥ 700 nm is attributed to turbidity. (C) Turbidity of the reflectin 6E-DAE samples, measured by absorbance at 800 nm, is cyclable with UV and white light irradiation. The sizes of reflectin 6E assemblies were measured using transmission electron microscopy (TEM) (D) before (initial pH = 9.6) and (E) after irradiation with 300 nm light. Representative TEM images are shown with a scale bar of 2 μm.

总结及展望

该研究成功构建了兼具高水溶性、宽响应窗口和大pH动态变化范围的光控分子开关。这种创新的分子设计不仅突破了有机溶剂对生物体系的限制，更在偏碱性区间填补了国际光控酸碱技术的空白。未来的研究将进一步聚焦于红外或近红外光激活技术的开发，以期在活体生物成像、智能药物递送以及动态响应功能材料等前沿领域实现更深层次的应用。

【JACS】北京师范大学毛兰群🔷利用MOF载体近红外调控内源信号，实现单细胞级神经精准调制新突破，尖峰频率激增70%

Sat, 06 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】北京师范大学毛兰群🔷利用MOF载体近红外调控内源信号，实现单细胞级神经精准调制新突破，尖峰频率激增70%

文章标题：Spatiotemporally Precise Chemical Neuromodulation through MOF-Mediated Near-Infrared Control of Endogenous Signaling

通讯作者：Wenjie Ma, Lanqun Mao

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06331

文章概要

北京师范大学毛兰群教授与中科院化学所马文洁团队合作，在《美国化学会志》（JACS）上发表了创新的化学神经调控平台。该研究开发了一种核壳结构的纳米复合材料（UCNP@MOF-NO），巧妙利用近红外光触发内源性一氧化氮（NO）的按需释放。该平台克服了传统物理调控缺乏分子特异性及基因编辑的高门槛，实现了单细胞水平及活体大脑内高时空分辨率的神经元兴奋性调制。在大脑海马体CA1区的活体实验中，成功让神经元尖峰放电频率显著提升了约70%，为神经科学研究与临床转化提供了无创、精准的化学调控新策略。

引言

控制和操纵神经元活动是理解大脑功能及治疗神经系统疾病的核心。尽管电刺激和光遗传学等物理手段发展迅速，但电刺激往往缺乏特异性，而光遗传学和化学遗传学又极度依赖复杂的基因工程，限制了临床转化。相比之下，利用内源性信号分子进行化学神经调控更符合大脑本来的生理机制。然而，如何针对扩散极快、寿命极短的内源性气体信使（如NO）实现不发生暗漏、长效稳定且高时空精准的按需释放，一直是化学神经调控领域的巨大瓶颈。

Scheme 1. Schematic Illustration of NIR-Triggered NO Release for Neuromodulation in Deep Brain

主要实验及结论

为了攻克这一难题，研究团队精心设计并制备了UCNP@MOF-NO核壳结构纳米晶。如图1所示，团队首先合成出具备高效近红外至紫外上转换发光能力的纳米颗粒核心，并在其表面均匀包裹了一层高度结晶的UiO-66-NH2金属有机框架（MOF）外壳。随后通过精细的化学修饰，将光敏性NO供体共价接枝在MOF的微孔架构中。这种共价锁定不仅提供了极高的负载密度，更彻底杜绝了小分子的黑暗泄漏，使其在生理缓冲液中可稳定保存1周以上。

Figure 1. Synthesis and Characterizations of UCNP@MOF-NO Nanocomposites. (a) Schematic illustration of the fabrication process for core–shell UCNP@MOF-NO nanocomposites. (b) Postmodification process of the UiO-66-NH2 MOF shell. (c, d) TEM images of UCNP (c) and UCNP@MOF-NO (d). Inset in (d) shows a magnified single core–shell structure with lattice fringes of 2.07 nm. (e) HAADF-STEM image and corresponding elemental mapping images of UCNP@MOF-NO. Blue, Zr; Red, O; Slate blue, N; Pink, Na; Orchid, Gd; Orange, Yb; Deep pink, Tm; Yellow, F. (f) XRD patterns of UiO-66-NH2, MOF-NO, UCNP, UCNP@MOF, and UCNP@MOF-NO. (g) FTIR spectra of UCNP, MOF-NO, and UCNP@MOF-NO. (h) DLS profiles of UCNP and UCNP@MOF-NO. Data are presented as mean ± SD (n = 3).

紧接着，团队对其光控释放动力学进行了深度表征。如图2所示，在980纳米近红外光的激发下，核心吸收光子并转化为紫外光，直接辐射激发外壳的MOF-NO发生光解反应，展现出极佳的“开-关”瞬时响应性。释放的一氧化氮浓度与近红外光照时间、功率密度及材料浓度均呈现出完美的线性关系，实现了化学剂量的精准可调。

Figure 2. NIR-triggered NO release capacity of UCNP@MOF-NO. (a) Schematic illustration of NIR light-triggered NO release mechanism via bond cleavage. (b) Fluorescence emission spectrum of UCNP (λex = 980 nm) and UV–vis absorption spectrum of MOF-NO in aCSF. (c) Time-resolved photoluminescence decay profiles of UCNP and UCNP@MOF-NO monitored at 478 nm under pulsed 980 nm excitation. (d) Cumulative NO release concentration from UCNP@MOF-NO (200 μg mL–1) during five consecutive on–off NIR irradiation cycles (980 nm, 2 min on/2 min off) at different power densities. (e) Linear correlation between NO release concentration and irradiation time at different power densities (_R_2 > 0.999 for all fitted curves). (f) Linear correlation between NO release concentration and NIR power density at different irradiation durations (_R_2 > 0.99 for all fitted curves). (g) Linear correlation between NO release concentration and UCNP@MOF-NO concentration (_R_2 = 0.996) following 4 min NIR irradiation (1.5 W cm–2). (h) NO release capacity of UCNP@MOF-NO (100 μg mL–1) upon NIR irradiation (1.5 W cm–2, 15 min) stored in aCSF at room temperature for different periods of time. All data are presented as mean ± SD (n = 5).

随后，团队在细胞水平验证了这一平台的神经调制功效。如图3所示，利用单细胞安培法实时捕捉PC12细胞的囊泡神经递质释放，发现在近红外光精准照射仅5秒后，便能强烈诱导儿茶酚胺分子的胞吐释放。这一过程深入解析为双重协同机制：外源释放的NO一方面触发了细胞膜上TRP通道的S-亚硝基化反应，打开通道孔道引起持续的细胞外钙离子内流；另一方面，NO跨膜进入细胞内部激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC），引起胞内cGMP第二信使水平的显著升高。此外，红外热成像仪证实该过程没有 photothermal 热效应干扰，纯属化学调制。

Figure 3. In vitro neuromodulation via the UCNP@MOF-NO platform. (a) Cell viability of PC12 cells incubated with different concentrations of UCNP@MOF-NO for 24 h followed with NIR irradiation (1.5 W cm–2, 5 s). Data are presented as mean ± SD (n = 5). (b) Optical micrograph showing a CFE positioned on a PC12 cell surface for single-cell amperometric analysis. (c) Representative amperometric current traces of exocytotic vesicle release from PC12 cells under different treatments as indicated. (d) Schematic diagram of possible protein conformation changes during activation of TRP channels by NO. (e, f) Time-dependent confocal fluorescence microscopy images (e) and quantified average fluorescence intensity (f) of intracellular Ca2+ in PC12 cells treated with various materials (200 μg mL–1) upon NIR irradiation (1.5 W cm–2, 5 s). Data are presented as mean ± SEM (n = 32 for UCNP@MOF-NO; n = 36 for UCNP@MOF). (g) Schematic diagram of NO-induced activation of the intracellular sGC-cGMP signaling pathway. (h) Quantification of intracellular cGMP levels in 5 × 104 PC12 cells following stimulation with UCNP@MOF or UCNP@MOF-NO (200 μg mL–1) under NIR irradiation (1.5 W cm–2, 5 s). Data are presented as mean ± SD (n = 6, each group). Statistical significance was assessed using an unpaired t test with Welch’s correction.

Figure 4. In vivo monitoring of NIR-triggered NO release from UCNP@MOF-NO. (a) Spatial diffusion profile of NIR-triggered NO release from UCNP@MOF-NO. The pseudocolor map illustrates the concentration gradient of NO. (b) Temporal evolution of NIR-triggered NO concentration at a lateral distance of 0.1 mm from the UCNP@MOF-NO injection site. (c) Structure of the NO microsensor. (d) SEM image of a carbon fiber modified with Ni–N4 SAC. (e) TEM image of Ni–N4 SAC. (f) Cyclic voltammograms of Ni–N4 SAC-modified CFE in N2-saturated aCSF with (orange line) and without (green line) 0.18 mM NO. (g) Amperometric responses recorded in the mouse hippocampal CA1 region before and after NIR irradiation (1.5 W cm–2, 5 s), showing the results for UCNP@MOF-NO at +0.8 V (orange line), UCNP@MOF-NO at +0.5 V (green line), and UCNP@MOF at +0.8 V (purple line).

最后，研究团队将该技术应用于活体小鼠研究。如图4所示，在将纳米晶立体定位注射至小鼠大脑海马体CA1区后，利用Ni-N4单原子催化剂修饰的微传感器成功在活体内原位监测到了微摩尔级别的NO瞬态动力学过程。在此基础上，通过微电极阵列进行了活体电生理记录。如图5所示，在仅仅5秒的近红外光照射下，目标区域神经元的自发放电频率瞬间飙升了约70%，且波形未发生改变，证明其高度符合生理特性。组织免疫荧光检测进一步证实，材料注射15天后未引发明显的星形胶质或小胶质细胞炎症反应，且无细胞凋亡，展现了卓越的活体生物相容性。

Figure 5. In vivo modulation effect of UCNP@MOF-NO on neural activity. (a) Schematic diagram of in vivo electrophysiological recording. (b) Representative action potential traces recorded before and after NIR irradiation in mice with UCNP@MOF or UCNP@MOF-NO. (c) Corresponding waveforms of representative action potentials recorded from the two treatment groups. (d) Typical time-frequency diagrams showing firing frequency changes over time in neurons from the hippocampal CA1 region treated with UCNP@MOF-NO (orange line) or UCNP@MOF (green line). (e) Statistical comparison of spike counts before (0–60 s) and after (65–125 s) NIR irradiation (1.5 W cm–2, 5 s) in UCNP@MOF-NO- and UCNP@MOF-treated groups. Data are presented as mean ± SD from n = 13 valid channels across 5 mice (UCNP@MOF-NO) and n = 12 valid channels across 5 mice (UCNP@MOF). Statistical significance was determined using a paired two-tailed t test. (f) Immunofluorescence analysis of hippocampal CA1 tissue 15 days postinjection of aCSF or UCNP@MOF-NO, showing glial responses indicated by GFAP (green) for astrocyte activation and Iba-1 (red) for microglial activation. Dashed boxes denote the injection sites. (g) Apoptosis assessment in hippocampal tissue 7 days postinjection of aCSF or UCNP@MOF-NO, showing DAPI-stained nuclei (blue) and TUNEL staining (green) for detection of apoptotic cells.

总结及展望

本研究成功构建的UCNP@MOF-NO近红外光控平台，在无需基因修饰的前提下，实现了单细胞及活体内高时空精准度的内源信号分子调制。这不仅为深入探索NO等气体信使在大脑复杂神经网络中的生理功能提供了强有力的研究工具，也为未来开发无创、安全、分子特异性的外源光控化学靶向疗法开辟了全新路径。

【JACS】南昌大学熊仁根、廖伟强|2 类铁弹性相变加持！发现依靠键合可逆切换实现自修复的新型钙钛矿晶体

Fri, 05 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】南昌大学熊仁根、廖伟强|2 类铁弹性相变加持！发现依靠键合可逆切换实现自修复的新型钙钛矿晶体

文章标题：Metal–Organic Framework Goes Perovskite: A Self-Healing Neutral X-Site Perovskite Ferroelastic Crystal

通讯作者：Wei-Qiang Liao、Ren-Gen Xiong

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c08330

文章概要

引言

ABX₃型钙钛矿与金属有机框架（MOF）都是功能材料领域的经典研究体系，两类材料的结构融合一直是前沿探索方向，但以中性基团作为钙钛矿 X 位、兼具 MOF 骨架特征的新型钙钛矿，相关研究至今仍十分有限。自修复材料能够自主修复损伤、延长使用寿命，拥有极高的实用价值，目前聚合物、水凝胶等软质自修复材料的研究已较为成熟，可分子晶体因结构高度规整、刚性强且分子扩散难度大，实现自修复始终是一大挑战。传统离子型钙钛矿发生相变时，仅会出现无机骨架的倾斜与畸变，金属离子和阴离子 X 位之间的离子键不会断裂，这类材料的自修复现象十分罕见，且现有机制大多依赖离子扩散。金属离子与有机配体之间可形成配位键、金属 -π 非共价作用等多种动态相互作用，理论上能依靠化学键可逆切换实现自修复，不过基于中性有机配体构筑的中性钙钛矿，以及这类体系的键合切换型自修复性能，此前一直处于研究空白。基于上述背景，本研究设计合成新型中性 X 位钙钛矿晶体，尝试挖掘分子晶体全新的自修复机制。

Scheme 1. Schematic Illustrations of the Metal–X Bond Change during the Phase Transition of Traditional and Neutral X-Site ABX3 Perovskites

主要实验及结论

研究团队以六氟锑酸银和吡嗪为原料，按照 1:5 的摩尔比配制反应物，采用乙腈与甲醇 4:1 混合的溶剂体系，在 278 K 条件下通过缓慢溶剂挥发法生长晶体，最终得到目标晶体 (SbF₆) Ag (pyrazine)₃，简称 NXP。研究利用变温单晶 X 射线衍射解析不同温度下的晶体结构，证实 NXP 成功构筑出ABX₃型钙钛矿三维拓扑结构，彻底打破传统钙钛矿 X 位为阴离子的固有模式，该材料的 X 位由中性吡嗪分子充当。晶体中每个 Ag⁺与六个吡嗪分子形成八面体配位结构，AgN₆八面体通过共顶点方式连接形成三维阳离子骨架，SbF₆⁻阴离子填充在骨架空腔内，经计算其戈尔德施密特容差因子约为 0.87，符合钙钛矿结构形成要求。根据温度不同，晶体可分为 373 K 高温相、300 K 中间相和 83 K 低温相三种物相，高温相为立方$\overline{4}$3m 点群，吡嗪配体与 SbF₆⁻阴离子均存在动态旋转无序；降温至室温后晶体转为正交晶系，分子无序度明显下降；继续降温至低温相，所有分子的无序运动完全冻结，同时晶体中部分Ag⁺-N 配位键发生断裂，原本的配位作用被弱的 Ag⁺・・・π 相互作用取代，这也是有机 - 无机杂化钙钛矿中首次观测到配位键向金属 -π 作用的可逆结构转变。

Figure 1. Crystal structures of NXP in different phases. (a–c) Basic perovskite unit of NXP in HTP at 373 K (a), ITP at 300 K (b) and LTP at 83 K (c). The atoms of C, N, Ag, Sb, F, and the pyrazine ring’s π-conjugated system are colored gray, blue, pink, yellow, green and white, respectively. The pink dotted line indicates Ag+···π interaction. Hydrogen atoms are omitted for clarity. (d) The lattice relationship between HTP (red), ITP (gray) and LTP (blue) of NXP. (e, f) Directions of displacement for Ag+ and Sb5+ ions from their equilibrium positions in HTP, shown for the ITP (e) and LTP (f). (g) Equatorial plane projection depicting the symmetry breaking from HTP to ITP and then to LTP.

差示扫描量热测试结果证实，NXP 存在两步可逆铁弹性相变，升温过程中分别在 163 K、322 K 发生相变，对应 Aizu 分类里 mm2Fm 型重构型铁弹性相变与$\overline{4}$ 3mFmm2 型有序 - 无序铁弹性相变。163 K 低温相变的焓变为 18.68 J/g，比 322 K 高温相变 0.26 J/g 的焓变高出两个数量级，说明低温相变伴随剧烈的结构重构。二次谐波产生、介电常数、压电力显微镜、双折射等多项物性测试，进一步验证了相变引发的晶体对称性变化，该材料在三个物相区间内均保持非中心对称结构，具备稳定的压电活性，而且它在极低温环境下的压电响应，显著优于钛酸钡、硫酸三甘氨酸等常规铁电晶体，在低温机电耦合系统中具备良好应用潜力。定量计算得出，低温重构相变产生的自发应变达到 0.0549，是高温相变应变的近十倍，巨大的晶格应变会直接让晶体产生微观裂纹，这一变化过程也通过偏光显微镜完成了实时可视化观测。

Figure 2. Phase transition of NXP. (a) DSC curves. (b) Temperature-dependent SHG response. (c) Real part (ε′) of the dielectric permittivity as a function of temperature (60 K–180 K) at selected frequencies. (d) Piezoresponse as a function of excitation frequency for NXP, measured at 2 and 293 K and fitted with the SHO model. (e) Temperature dependence of birefringence during the cooling process. For selected data points, corresponding optical micrographs are displayed, with the upper set showing the view under cross-polarized light and the lower set showing the state of complete extinction achieved using a Berek compensator.

Figure 3. Ferroelastic domain evolution and self-healing behavior between ITP and LTP of NXP crystal. (a–d) Polarized light microscopy image at selected temperatures. (e–h) Corresponding morphology images. (i, j) Load–displacement curves of NXP crystal collected at (i) pristine state and (j) self-healed state, respectively, revealing almost complete retention of mechanical properties including Young’s modulus and hardness.

温度循环实验中研究人员发现，当温度回升、晶体从低温相恢复至室温中间相时，此前因晶格应变产生的微观裂纹能够近乎完全自愈，展现出优异且可逆的自修复能力。纳米压痕测试用来评价修复后的力学性能，结果显示自修复晶体的杨氏模量保留率为 91.7%，硬度保留率为 97.2%，证明晶体在晶格层面实现了高质量修复。变温拉曼光谱与变温单晶 X 射线衍射从微观尺度佐证了整个过程，相变循环中光谱特征峰、衍射斑点均呈现完全可逆的变化规律，印证了结构转变和自修复行为的内在关联。为排除热冲击、晶体本征缺陷等干扰因素，团队对吡嗪配体进行改性，分别引入氟原子、甲基合成两种对照晶体，实验表明这两种改性晶体在低温下均未发生相变，也没有出现开裂现象，由此确定 NXP 的开裂与自修复行为完全由低温重构型铁弹性相变主导。

Figure 4. Microscopic evidence for the self-healing behavior between ITP and LTP of NXP crystal. (a) Temperature-dependent Raman spectra of NXP during the successive cooling and warming process. (b) Evolution of diffraction patterns at different temperatures.

团队还同步探究了 NXP 的光学性能，室温下采用 410 nm 波长光源激发晶体，材料会在 615 nm 处出现宽谱发射峰，表现出良好的光致发光特性；结合紫外 - 可见吸收光谱与 Tauc 图计算，得到该晶体的光学带隙为 3.12 eV。这款晶体同时兼具自修复、铁弹性、压电、发光等多种功能，进一步丰富了多功能分子晶态材料体系，也为光电功能材料的研发提供了全新的候选方向。

总结及展望

该研究首次利用Ag⁺-N 配位键与 Ag⁺・・・π 相互作用的可逆切换实现分子晶体自修复，开创了区别于动态共价键、离子扩散、分子堆积重排的全新自修复作用机制。研究成功将 MOF 结构与钙钛矿拓扑相融合，构建出全新的中性 X 位 ABX₃型钙钛矿体系，突破了传统钙钛矿的结构局限。这项成果不仅拓展了钙钛矿与 MOF 交叉材料的研究边界，也为设计制备集铁弹性、压电、光学、自修复于一体的智能分子晶体，提供了清晰可行的新思路。后续研究可以围绕有机配体修饰、金属节点调控等方向继续优化该类晶体，针对性调节相变温度、力学强度以及光电性能，推动这类多功能自修复晶体在可调光学器件、低温机电设备、智能传感等实际应用场景中逐步落地。

【Nat.Mater.】运行电压低于3.5V！新一代超低电压电化学有机发光晶体管实现宽达267微米的空间锁定发光

Fri, 05 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Mater.】运行电压低于3.5V！新一代超低电压电化学有机发光晶体管实现宽达267微米的空间锁定发光

文章标题：Ultralow-voltage electrochemical organic light-emitting transistors with pinned and wide lateral recombination

通讯作者：Tae-Woo Lee

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02613-7

文章概要

引言

有机发光晶体管在可穿戴设备、生物集成系统以及类脑神经形态电子学等领域展现出巨大的应用潜力，它能够将信号处理与视觉反馈完美融合。然而，传统的单活性层有机发光晶体管一直面临着极大的挑战，其内部电荷载流子注入效率低下，导致场效应器件的漏极电压往往需要超过80V，即便在利用电解质的高界面电容降低电压的电化学器件中也需要超过3.5V的电压。此外，由于离子掺杂前沿的动态移动，其发光区域极其狭窄且位置不稳定。这种固有的不稳定性严重限制了可控的实用发光显示，如何在保持低工作电压的同时获得宽且空间锁定的发光复合区域，成为了该领域长期以来的一个核心瓶颈。

Fig. 1: Design of a single-active-layer EOLET.

a, In conventional electrolyte-gated transistor with an LEP channel, electrolyte gating can induce hole transport through the p-channel induced by the electrochemical anion doping of the LEP, but electron injection is absent; therefore, charge carrier recombination is very limited even when LEPs are used as channels. Introducing ITE into the LEP channel facilitates ion transport and forms the cation EDL at the LEP/drain electrode interface. This improves electron injection at even lower voltage than the energy-gap potential (|_V_DS| < |_E_g/e|) and forms a PRZ. b, Schematics of flexible and large-area emission in EOLET. The EDL-induced electron injection allows large-area light emission in the p-channel organic transistor. In addition, the flexible nature of LEP enables mechanical flexibility of EOLET suitable for on-skin applications.

主要实验及结论

研究团队通过在单层发光聚合物通道中引入离子传输增强剂（ITE），成功构筑了漏极侧具有电场双电层结构的单活性层电化学有机发光晶体管。实验通过原子力显微镜、广角X射线衍射和原位紫外可见光谱等手段证实，引入增强剂后发光聚合物的链段构象由卷曲转变为线性纤维结构，显著加速了通道内部的离子传输效率。这种独特的界面设计在偏置电压下于漏极形成了稳定的阳离子电场双电层，从而克服了固有的电子注入势垒。原位拉曼光谱进一步表明，该器件在工作时不仅避免了导致激子淬灭的n型掺杂前沿向前推进，还在漏极附近实现了高效的空穴与电子辐射复合，达成了空间锁定的发光复合区。

Fig. 2: Improving ion transport of LEP channel by ITE incorporation.

a,b, GIXD two-dimensional patterns (a) and one-dimensional diffractograms (b) of pristine MEH-PPV and ITE-incorporated MEH-PPV. c,d, PL spectra of LEP films according to the ITE contents and intensity ratio of I(0–0) and I(0–1) calculated from the PL spectra. e, Schematics of in situ UV–vis spectroscopy setup. f,g, Transition in the absorbance spectrum on voltage application. h, Normalized peak intensity of the absorbance spectrum as a function of doping voltage. i, Cyclic voltammetry curves of pristine and 20% ITE films.

Fig. 3: Operating mechanisms of EOLETs with drain-side EDL.

a, Schematics of EOLET with a lateral gate. b, Operating mechanisms and in situ optical microscopic images of EOLET in operation with constant _V_DS = −2.5 V. Due to stable EDL formation without electrochemical doping, the position of the recombination zone does not change with _V_GS. Scale bar, 100 μm. c, Forward and subsequent backward sweeps from _V_DS = 0 V to −2.5 V with fixed _V_GS = −1.0 V according to the ITE content. EOLET devices with 20% or 30% ITE emitted light at |_V_DS| lower than the energy-gap potential (|_V_DS| < |_E_g/e|) of MEH-PPV. d, Ex situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry doping profile of pristine and ITE 20% films. e, In situ Raman spectroscopy measurements of LEP channel on source and drain electrodes for the verification of operating mechanism. During the OFF state, a stable EDL forms without electrochemical doping. During the ON state, electrochemical doping occurs at the source electrode to form p-channels, and radiative recombination occurs at the drain electrode. f, Optical transfer curves of EOLET with constant _V_DS = −2.5 V according to the ITE content. g, EL image of a 4 × 4 EOLET array with line-shaped channel electrodes, showing uniform emission and geometric flexibility. Scale bars, 1 cm (inset). h, EL image of a 10 × 10 EOLET array with the surrounding electrode channel, confirming large-area integration and high device density. Both array formats highlight the universality of the solution-based fabrication process. Scale bars, 1 cm (inset).

得益于这一创新机制，该器件展示出前所未有的优异性能，在仅为3.5V的超低漏极电压下实现了宽达267微米的发光复合区，其最大亮度达到了每平方米826坎德拉。同时，器件的电学开关比超过了万倍，且在连续偏置应力下表现出大幅提升的运行稳定性，发光半衰期表现优异。研究人员不仅利用这种溶液法工艺成功制备出了具有高均匀性的100像素大面积集成器件阵列，还充分利用发光聚合物和固体电解质的柔性特质，实现了在频繁弯曲和扭曲状态下依然能够稳定高亮发光的柔性大面积显示器件，证明了该材料体系优异的力学形态适应性。

Fig. 4: Flexible and large-area EOLETs.

a, Photographs of large-area EOLET in ON states (_V_GS = _V_DS = −3.5 V). b, Schematics of the operating mechanism of large-area EOLET. c, RZW depending on _V_DS and _V_GS, indicating the enhancement of electron injection and hole transport, respectively. d, Comparison of EOLET performance with reported single-active-layer OLETs. e, Photographs of flexible EOLET being bent and twisted, and of different patterns and colours. f, Schematic of the SAND system: flexible touch sensor, flexible ring oscillator, flexible EOLET and two 1.5-V batteries. This system has an intrinsic threshold for response to weak stimuli (for example, touch by a blunt object, brief touch by a sharp object), as do biological nerves. g, Visual spike responses of SAND versus simulation duration. Stimuli are encoded to spike signals and induce visual responses due to the synaptic plasticity of EOLET. h, Maximum _I_Ph of SAND versus stimulation duration. i, Retentive _I_Ph at 30 s after stimulation. In g–i, the grey dashed lines represent the noise levels.

总结及展望

这项工作成功开辟了有机发光晶体管设计的新范式。通过精细调控发光聚合物通道内的离子传输，不仅彻底打破了工作电压和发光区域稳定性之间的固有权衡，更为开发低功耗、高集成度的可穿戴智能视觉反馈电子系统奠定了坚实的基础。作为概念验证，团队还将其与柔性触觉传感器及环形振荡器集成，构筑出了仅需两节普通干电池驱动的独立类脑感知柔性可穿戴系统，这预示着该技术未来在医疗健康监测、智能仿生皮肤以及人机交互显示等前沿领域具有广阔的产业化应用前景。

【Biomaterials】400kHz与2MHz的完美碰撞！机械结构启发而设计的集成式双频超声换能器，实现空化增强透皮给药

Fri, 05 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Biomaterials】400kHz与2MHz的完美碰撞！机械结构启发而设计的集成式双频超声换能器，实现空化增强透皮给药

文章标题：A mechanism-inspired integrated dual-frequency ultrasound transducer for cavitation-enhanced transdermal drug delivery

通讯作者：Chunlong Fei, Jing Xu, Zeyu Chen, Xiang Chen, Shuang Zhao

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124351

文章概要

引言

超声透皮递药技术作为一种非侵入性的给药方式，在皮肤病治疗和医疗美容领域展现出巨大潜力。尽管该技术应用广泛，但临床研究长期依赖经验选择单一频率超声，缺乏从气泡成核到崩溃全生命周期的超声调控空化机制的深刻理解，这限制了超声透皮递药系统的理性设计。过往的研究模型往往将空化核的产生与后续的生长崩溃割裂开来，无法提供统一的设计指导。为了打破这一理论与实际应用之间的断层，研究团队提出了一个全过程多尺度仿真框架，并据此设计出一种新型一体化双频超声换能器，实现了空化效应的协同增强，为临床高效给药提供了全新的技术参考。

Fig. 1. Schematic of the Sequential High-then-Low-Frequency Approach in the Integrated Dual-Frequency Ultrasound Transducer (iDFUT) for Enhancing Drug Delivery (Principle: High-frequency ultrasound pre-generates numerous “seed” cavitation nuclei; low-frequency ultrasound drives their growth and collapse, releasing shock waves to disrupt the stratum corneum and expand microchannels (see end of Section 3)).

主要实验及结论

研究团队首先将ZGB空化模型与MATLAB中的KM方程相结合，系统对比了不同频率在成核、生长及崩溃阶段的物理表现。数值模拟发现，2MHz的高频超声能显著扩大成核区域并提高液气相变速率，在短时间内催生海量的空化核“种子”；相反，400kHz的低频超声则更接近微气泡的固有共振频率，能够显著降低瞬态空化阈值，强烈激发已有气泡的剧烈生长与暴力崩溃。基于这一“高频预成核、低频强放大”的协同机制，团队开发出一种同轴嵌套结构的一体化双频超声换能器。该设计成功克服了传统双换能器系统对准困难和操作复杂的弊端，通过巧妙调节高低频的占空比交替工作，使机械冲击力精准作用于微环境。

Fig. 2. Simulation of the Relationship Between Ultrasound Frequency and Cavitation Effects. A. Schematic of an Ultrasonic Transducer Emitting Ultrasound in Water. B. Two-Dimensional Schematic of the Model in Fluent. C. Cavitation nucleation under different frequencies: (a)–(c) at 125 μs (vapor volume fraction, mass transfer rate, absolute pressure); (d) vapor volume fraction after 20 cycles for each frequency. D. Variation of Bubble Radius Ratio with Time for Different Frequencies at an Initial Radius of 1 μm. E. Maximum Bubble Radius Ratio versus Initial Bubble Radius for Different Frequencies within the Same Time Frame. F. Variation of Inertial Cavitation Threshold with Initial Bubble Radius for Different Frequencies.

Fig. 3. Design, Fabrication and Characterization of iDFUT. A. Fabrication Process Flow of iDFUT. B. Photograph of the Fabricated Device. C. Experimental Setup for Measuring Acoustic Power of the Ultrasonic Transducer. D. Impedance Phase of Low-Frequency Ultrasonic Transducer. E. Impedance Phase Response of High-Frequency Ultrasonic Transducer. F. Acoustic Power Output versus Excitation Voltage for Low and High Frequencies.

在随后的体外猪皮递药实验中，亲水性模型药物的渗透结果显示，采用两轮高低频交替工作的调控模式效果最为显著。在不产生严重热损伤的安全范围内，该模式使药物的累计渗透面积相比于自由扩散提升了3.5倍，且递药深度成功推进至皮下1毫米深处。体内银屑病小鼠模型治疗实验进一步证实了该系统的转化潜力，通过交替双频超声递送甲氨蝶呤，小鼠皮肤的红斑、鳞屑及表皮厚度得到极大程度的缓解。组织学观察表明，皮肤附属器如毛囊周围出现了由空化效应产生的微孔分布，且促炎细胞因子IL-23的表达水平显著下调，疗效明显优于传统单频超声给药模式。

Fig. 4. In vitro transdermal drug delivery of iDFUT. A. Schematic diagram of in vitro transdermal drug delivery testing setup. B. Quantitative analysis of the MB penetration area in vitro. Statistical analysis was performed using one-way analysis of variance (ANOVA). C. 2D side view of MB permeation of porcine skin and after image processing. Scale bar: 1 mm. D. Photo of the temperature-variation setup for thermistors measurement. E. Temperature changes of iDFUT operated for 120 s measured by an infrared thermal camera. F. Time-temperature curve was captured by thermistors every 30 s.

Fig. 5. Therapeutic evaluation of iDFUT-mediated MTX delivery in the treatment of psoriasis. A. Schematic illustration of psoriasis treatment by iDFUT. B. Representative images of mouse dorsal skin obtained after MTX treatment. C. Heatmap of the PASI score (total) of each mouse. D. PASI score (total) measured from days 1 to 7 (n = 5) (ns, p > 0.05; , p < 0.1; , p < 0.001). E. Weight statistics of varying mice groups (n = 5). F. Representative H&E staining images of the dorsal skin tissues in different treatment groups. Scale bars: 100 μm. G. Epidermal thickness statistics of varying mice groups (n = 5). H. Representative IL-23 immunohistochemical staining of mice back skin sections on day 7. Scale bar: 50 μm. I. Quantitative analysis of IHC staining of IL-23. Data are presented as the mean ± SD (n = 5) (p < 0.05; p < 0.01; p < 0.001; and **p < 0.0001).

总结及展望

这项工作成功构建了从多尺度模拟、机制驱动器件设计到动物在体验证的完整闭环，证实了双频超声协同调控空化动力学在提高透皮给药效率方面的核心价值。尽管当前模型在处理复杂皮肤介质的粘弹性影响及器件阻抗匹配上仍有优化空间，但其展示的科学范式极具前瞻性。未来，研究团队计划进一步引入实时空化监测技术，深化复杂介质中的多物理场耦合仿真，并将这种机制驱动的一体化双频换能器拓展应用于皮肤肿瘤的光动力治疗及瘢痕的局部管理等更广泛的生物医学临床场景中。

【Small】突破26%大关！蝴蝶型$\pi$延伸新设计助力倒置钙钛矿太阳能电池性能与稳定性双飞跃

Fri, 05 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Small】突破26%大关！蝴蝶型$\pi$延伸新设计助力倒置钙钛矿太阳能电池性能与稳定性双飞跃

文章标题： Synthesis of a Butterfly-Shaped $\pi$-Extended Dibenzazepine and Its Application in Interfacial Engineering for High-Performance Perovskite Solar Cells

通讯作者： Chengbo Tian, Yuan-Zhi Tan

文章链接： https://doi.org/10.1002/smll.74278

文章概要

引言

倒置钙钛矿太阳能电池作为下一代光伏技术的重要代表，近年来其能量转换效率取得了突破性进展，但在长期运行稳定性和器件重现性方面仍面临严峻挑战。自组装单分子层（SAMs）因其分子级精度和可调的表面特性，成为调控钙钛矿/电极界面的关键材料。然而，传统的咔唑类常规SAM分子在组装过程中往往会由于过强的面到面$\pi-\pi$堆积而导致严重的分子过度聚集与界面无序，进而加剧非辐射复合，极大地牺牲了器件的稳定性；若通过引入大体积非平面基团来抑制聚集，又常常以牺牲$\pi$共轭和减弱分子间电子耦合为代价，从而降低电荷传输效率。为了打破这一两难困境，研究团队创新性地提出了一种“$\pi$延伸非平面”分子设计策略。他们巧妙地将具有七元环非平面扭曲结构的二苯并氮杂䓬（DBAz）作为核心，在成功抑制分子过度聚集的同时，利用外延的$\pi$共轭“翅膀”维持高效的分子间电荷离域，成功实现了界面形貌控制与高效电荷传输的解耦。

Synthetic route of PATCz and PATDBAz: (a) K2CO3, Pd(PPh3)4, toluene/EtOH/H2O (3:1:1), N2, 85°C, 15‒24 h (yields: 94% for 9, 75% for 10). (b) 1,4-Dibromobutane, tetrabutylammonium bromide, 50% KOH in H2O, 60°C‒90°C, 12‒72 h (yields: 95% for 7, 74% for 8). (c) Triethyl phosphite, 150°C, 15–24 h (yields: 90% for 5, 68% for 6). (d) FeCl3, CH2Cl2, N2, room temperature, 10 min (yields: 72% for 3, 35% for 4). (e) Bromotrimethylsilane, 1,4-dioxane, N2, room temperature, 24 h. (f) Methanol, room temperature, 3 h (final yields: 77% for PATCz, 68% for PATDBAz).

主要实验及结论

研究人员通过模块化的底部分步合成法，成功制备了两种基于螺环和非平面延伸的新型SAM分子，即具有螺旋扭曲构象的PATCz和呈现蝴蝶型非平面几何构象的PATDBAz。单晶X射线衍射分析证实，PATDBAz特殊的蝴蝶状构型能够有效限制全方位的面对面聚集，其外延的准平面共轭“翅膀”在固态下展现出极佳的平行$\pi-\pi$堆积，形成了优异的二维电荷传输通道。理论计算表明，得益于强大的分子间电子耦合与较低的重组能，PATDBAz的相对空穴跳跃速率达到了PATCz的5.5倍。进一步的X射线光电子能谱分析与理论模拟确认，PATDBAz能与氧化镍衬底表面形成极其稳固的Ni-O-P配位键。这种强相互作用显著提升了单分子层在衬底上的覆盖度，使得改性后的薄膜均方根粗糙度降低至1.93纳米，并极大地改善了钙钛矿前驱体溶液的表面润湿性，从而诱导生长出无针孔、高质量且紧密接触的钙钛矿薄膜，从根本上消除了界面空隙并钝化了非辐射复合中心。

Crystal structures of 7′ and 8′. Molecular structures of 7′ (a) and 8′ (c) resolved by single-crystal X-ray diffraction; thermal ellipsoids are shown at 50% probability. Interlayer packing between the extended π frameworks of 7′ (b) and 8′ (d); substituents and hydrogen atoms were omitted for clarity. Nitrogen atoms are highlighted in blue.

(a) Ni 2_p_ and (b) O 1_s_ XPS spectra of bare NiOX and SAM-modified NiOX. (c) Schematic energy level diagram of the SAMs and perovskite. (d) C-AFM images of 4PACz-, PATCz-, and PATDBAz-coated on NiOX substrates. (e) Schematic diagram of the PL mapping measurement and the corresponding PL mapping images of perovskite films deposited on 4PACz-, PATCz-, and PATDBAz-based substrates.

光电性能测试表明，基于PATDBAz修饰的倒置钙钛矿太阳能电池展现出了卓越的能量转换效率，光电转换效率高达26.47%，其短路电流密度、开路电压以及填充因子相较于传统的4PACz和PATCz改性器件均实现了全面超越。由于组装更加致密有序，器件的接触电阻显著降低，界面载流子提取动力学得到极大优化，不仅滞后效应微乎其微，其稳态功率输出效率也在长时间测试中保持极高的稳定性。更令人振奋的是，该器件在稳定性测试中展现出了跨越式的突破。在ISOS-L-1标准下的连续光照最大功率点追踪测试中，PATDBAz器件在运行1000小时后仍能保持初始效率的97.5%，而传统的4PACz器件在600小时后便骤降至40.3%。同时，在85°C的高温热老化（ISOS-D-2）测试中，该器件历经1000小时仍留存了95.6%的初始效率。截面电镜及深入的化学状态表征进一步证实，蝴蝶型骨架建立的牢固界面不仅强化了力学特征，更有效抑制了连续运行下的内部材料分解与铅物种析出，实现了真正的高效与长寿命并存。

(a) Schematic structure of the IPSCs. (b) J–V characteristics of the champion devices based on different SAMs. (c) EQE spectra and the corresponding integrated _J_SC for the different devices. (d) PCE and (e) _V_OC statistical distributions from 20 independent devices. (f) _V_OC dependence on light intensity for the different devices. (g) Nyquist plots of the 4PACz-, PATCz-, and PATDBAz-based devices. (h) TPV decay curves for the corresponding devices. (i) SCLC-derived trap density of SAM-modified hole-only devices.

Operational and thermal stability of devices based on different SAMs. (a) MPPT stability of devices based on different SAMs under ISOS-L-1 conditions. (b) Thermal stability of devices based on different SAMs under ISOS-D-2 conditions. The normalized PCE values were obtained from 15 independent devices for each SAM. The error bars represent the standard deviation of the 15 devices. (c) Cross-sectional SEM images of fresh and aged (after 1000 h of MPP tracking) devices based on 4PACz, PATCz, and PATDBAz.

总结及展望

这项研究成功攻克了光伏界面工程中长期存在的分子组装行为与电荷传输效率互不兼容的瓶颈。通过将二苯并氮杂䓬引入$\pi$延伸体系，不仅完美优化了分子在宏观层面的堆积取向，还最大程度地降低了异质结界面处的能量无序度，为垂直方向上的空穴快速传输搭建了宽阔的高速公路。PATDBAz器件兼具的高转换效率与惊人的光热稳定性，有力地证明了非平面$\pi$延伸骨架在光伏领域的巨大应用潜力。这一具有普适性的结构调控思想，不仅为构建下一代超高效率且持久耐用的钙钛矿光伏器件提供了精准的分子理性设计蓝图，也预计将对有机热电、发光二极管以及场效应晶体管等更为广阔的分子电子学界面调控产生深远的影响。

【Small】四川大学彭强||突破20%效率大关！层层自组装有机太阳能电池喜获20.22%创纪录效率

Fri, 05 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Small】四川大学彭强||突破20%效率大关！层层自组装有机太阳能电池喜获20.22%创纪录效率

文章标题：Structural Homology Solid Additives Enhancing Crystallization Thermodynamics for Constructing Ordered Fibrillar Network Toward 20.22% Efficiency Layer‐by‐Layer Organic Solar Cells

通讯作者：Xiaopeng Xu, Qiang Peng

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.74260

文章概要

本研究针对层层（LbL）工艺制备有机太阳能电池中形貌调控困难的瓶颈，提出了一种创新的“结构同源”固体添加剂策略。通过精准的杂原子工程设计出高偶极矩的同源添加剂，完美兼容主链并有效优化结晶热力学。最终，基于D18/L8-BO的LbL器件实现了高达20.22%的光电转换效率（PCE），刷新了该类器件的效率纪录。

引言

有机太阳能电池因具有轻质、柔性及可大面积印刷等优势而备受关注。近年来，尽管非富勒烯受体的涌现推动器件效率接近20%的门槛，但传统的体异质结材料在垂直相分离及结晶动力学调控上仍面临巨大挑战。特别是对于D18这类刚性高分子，其强聚集倾向使得共混膜的形貌优化十分困难。层层（LbL）沉积工艺通过独立沉积给体和受体，为形貌调控提供了新途径，但如何引导刚性聚合物链快速自组装并构建理想的电荷传输网络，仍是亟待解决的科学问题。

FIGURE 1 (a) Chemical structures of the two additives (A1 and A2) along with their corresponding electrostatic potential (ESP) maps and calculated molecular dipole moments. (b) Chemical structures of the donor polymer D18, and the non-fullerene acceptor L8-BO used in this work. (c) DSC thermograms of neat A1 and A2. (d) Normalized UV-vis-NIR absorption spectra of neat A1, A2, pristine D18, and D18 films blended with 10 wt.% A1 or A2. (e) Normalized UV-vis-NIR absorption spectra of the LbL-processed D18/L8-BO films without an additive and with A1 or A2 incorporated into the D18 layer.

主要实验及结论

研究团队以D18聚合物的天然电子受体单体（A1）为基准，通过将其中稠环噻吩替换为噻唑环，引入强吸电子的亚胺氮原子，成功合成了新型同源固体添加剂A2。由于A2保留了相同的烷基化桥键，它不仅展现出绝对的晶格兼容性，更获得了高达5.96 Debye的分子偶极矩以及特异性 $S\cdots N$ 构象锁，从而具备更强的分子间相互作用和更高的热转变温度。

FIGURE 2 (a) Schematic illustration of the LbL fabrication process incorporating different solid additives. (b) PCEs of the D18/L8-BO-based LbL devices as a function of A1 or A2 dosage in the D18 layer. (c) J–V curves and (d) corresponding EQE spectra of the D18/L8-BO-based LbL devices without additives (control) and with 10 wt.% A1 or A2 in the donor layer.

在光物理表征中，如图1所示，向D18中引入10 wt.%的添加剂后，薄膜的吸收光谱呈现出明显增强的0-0振动过渡峰强比，这清晰地表明同源添加剂能有效诱导D18聚合物链发生更强烈的分子间聚集与高度有序的排列。

光伏性能测试进一步验证了该形貌调控的优越性。如图2所示，采用层层法制备的太阳能电池器件在引入10 wt.%的A2添加剂后，填充因子大幅提升至80.46%，最终斩获了20.22%的最高光电转换效率，显著超越了对照组器件的19.23%和A1处理组的19.75%。此外，该器件还展现出优异的厚度耐受性，在300 nm的活性层厚度下仍能保持18.28%的高效率。

FIGURE 3 (a) 2D GIWAXS patterns of the LbL processed D18/L8-BO films without additives and with A1 or A2 incorporated into the D18 layer. (b) Corresponding 1D in-plane (IP) and out-of-plane (OOP) line-cut profiles. (c) Calculated crystal coherence lengths (CCLs) for the lamellar and π–π stackings. (d) Tapping-mode atomic force microscopy (AFM) height (left) and phase (right) images of the corresponding D18/L8-BO films.

为了探究效率提升的微观机制，研究人员利用掠入射广角X射线散射和原子力显微镜对形貌进行了深度剖析。如图3所示，结晶特性分析表明添加剂并未改变D18固有的face-on取向，而是显著增加了晶体相干长度并缩小了 $\pi-\pi$ 堆叠距离。形貌图则直观地证明，经过A2处理的薄膜展现出更为连续、清晰的纳米级互穿纤维网络，这为电荷的高效传输奠定了形貌基础。

FIGURE 4 (a–c) 2D color plots of fs-TA spectra of the active layers. (d–f) The corresponding TA spectra of the active layers. (g) TA kinetics of the GSB signals of the active layers. (h) The column plots of τ1 and τ2 are estimated from fitting the TA kinetics. (i) TA kinetics of the ESA signals at 900 nm of the active layers.

飞秒瞬态吸收光谱则进一步揭示了超快动力学过程。如图4所示，在激发电荷转移过程中，A2调控的薄膜激子激发的产生速度最快且扩散寿命最短。这强有力地证明形貌的激子离解效率得到了大幅提高，加快了激子向给受体界面的扩散与解离。

FIGURE 5 (a) Photogenerated charge extraction by linearly increasing voltage (photo-CELIV) curves of the OSCs. (b) _J_ph vs. _V_eff plots of the devices. (c) TPC and (d) TPV of the films. Photocurrent vs. the effective voltage of the _V_OC (e) and _J_SC (f) vs. Plight plots of the OSCs.

最后，电荷输运与复合动力学表征进一步锁定了胜局。如图5所示，光致电荷抽取和空间电荷限制电流测试表明，A2处理后的器件拥有更高且更平衡的空穴和电子迁移率，其激子解离概率与电荷收集概率分别达到惊人的99.7%和99.0%。同时，瞬态光电压及光强依赖性测试也证实，A2引入所构建的完美微观结构极大地抑制了陷阱辅助复合。

总结及展望

该工作成功证明，设计具有定制偶极矩和特异性非共价相互作用的“结构同源”固体添加剂，是调控层层自组装高分子结晶热力学的超强策略。这一发现不仅成功攻克了有机太阳能电池20%的效率瓶颈，也为大面积柔性印刷光伏技术的工业化产业落地开辟了全新的形貌工程思路。

【JACS】国家蛋白质科学中心秦伟捷联手东北大学舒杨|突破20毫米深度！刊登近红外触发系统，实现活体小鼠深度组织内生物大分子原位交联与标记

Thu, 04 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】国家蛋白质科学中心秦伟捷联手东北大学舒杨|突破20毫米深度！刊登近红外触发系统，实现活体小鼠深度组织内生物大分子原位交联与标记

文章标题：A Near-Infrared-Triggered Luminescence-Activated System for In Vivo Biomacromolecular Tagging and Photocatalytic Crosslinking for Large-Scale Investigation of RNA-Protein Complexes in Living Mice

通讯作者：Yang Shu, Weijie Qin

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06480

文章概要

引言

细胞与器官的功能受到蛋白质、核酸等生物大分子复杂相互作用网络的精确调控，其中RNA与蛋白质的相互作用在基因表达、免疫调控及多种疾病的发生发展中扮演着关键角色。尽管基于光催化的生物大分子原位交联与标记技术在细胞层面取得了显著进展，但由于紫外或可见光在生物组织中的穿透深度极其有限，且容易造成辐射损伤，如何在活体动物体内特别是深层器官中， spatiotemporally 捕捉和冻结这些动态、瞬时的生物大分子相互作用，一直是该领域面临的巨大挑战。

Scheme 1. Schematic Illustration of the IVCT-LAUC System for RNA-Protein Complexes (RPCs) Crosslinking and Tagging by NIR-Triggered in Situ Upconversion Photocatalysis

主要实验及结论

研究团队巧妙设计并合成了一种亲水性核壳多壳层上转换纳米颗粒（UCNPs），并将其与光敏剂脱镁叶绿酸A及呋喃-生物素探针相结合，成功构建了名为IVCT-LAUC的近红外触发活体交联与标记系统。在808纳米近红外激光的激发下，该纳米颗粒能够在组织内部原位发射出254纳米的紫外光和450/650纳米的可见光。其中，高能紫外光直接触发RNA与近端RNA结合蛋白的高效共价交联；而可见光则激活光敏剂产生局域化的单线态氧，驱动呋喃-生物素探针对交联后的复合物进行生物正交标记，在活体小鼠的肾脏和脾脏等深层器官中实现了秒级的时间分辨率捕获，且系统具有优异的体内生物相容性，不引起明显的组织损伤或热应激。

Figure 1. (a) Schematic illustration showing the synthesis process of the hydrophilic core–multishell UCNPs. (b) TEM and (c) HAADF-STEM images of the UCNPs. (d) STEM image and elemental mapping of a single UCNP. (e) Emission spectra of the UCNPs with and without 808 nm excitation.

Figure 2. Confocal fluorescence microscopy images of HeLa cells showing internalization of (a) UCNP (red Cy3 channel) and (b) Pheo A (red fluorescence channel). (c) Intracellular 1O2 generation visualized by green DCF (scale bar = 50 μm) under different treatments. (d) Fluorescence intensity of DCF in the treated HeLa cells relative to the untreated controls for 1O2 quantification (cell number = 105, error bars represents mean ± SD, n = 3). (e) Fluorescence images showing the cellular internalization of the furan-biotin probe (scale bar = 100 μm). (f) Specificity of RNA labeling by furan-biotin evaluated via RNase digestion (blue Hoechst 33342 as a nuclear marker, the furan-biotin probe visualized by green streptavidin-FITC. scale bar = 25 μm).

Figure 3. IVCT-LAUC system and 808 nm laser for global enrichment and identification of RBPs in HeLa cells. SDS-PAGE characterization of RBPs obtained (a) using different 808 nm irradiation times (15–60 s) and (b) under varying conditions. (c) Western blot analysis of Nucleolin, PTBP1, ELAVL1, β-actin, and β-tubulin in the enrichment product. The numbers below each lane indicate the relative optical density of the corresponding protein bands.

Figure 4. IVCT-LAUC and 808 nm laser irradiation for global enrichment and identification of RBPs in HeLa cells. (a) Volcano plot displaying -log10(P value) (y-axis) and log2 fold change (x-axis) for identifying RBPs by quantitative differential proteomic comparison between the experimental group and the control group. Each red dot represents an RBP. (b) Quantification reproducibility evaluation of RBP enrichment in three tests. (c) GO enrichment analysis for molecular function and biological process. (d) Box plot of the abundance of the candidate and reported RBPs identified by the IVCT-LAUC strategy (*** p < 0.001).

Scheme 2. Schematic Illustration of NIR Photocatalytic Crosslinking and Tagging in Living Mice using 808 nm Laser and the IVCT-LAUC for RBP Enrichment

利用该系统出色的全器官穿透深度（可达20毫米），研究人员对活体小鼠器官进行了大规模的RNA结合蛋白组学筛选。通过定量差异蛋白质组学分析，成功在活体小鼠肾脏中鉴定出1709个高置信度的RNA结合蛋白，并在脾脏中鉴定出563个蛋白，其中包含了大量在传统离体或细胞实验中难以捕获的低丰度关键催化酶和抗病毒信号蛋白。此外，该平台被成功应用于靶向调控剂Roc-A和MS-444的体内药理机制研究，精准绘制了药物触发的活体大分子相互作用网络动态重构图谱，揭示了药物在生物体内引发的潜在脱靶效应及代谢重新编程过程。

Figure 5. Evaluation of the IVCT-LAUC strategy for in vivo RPC tagging and RNA analysis. (a) Left: Fluorescence images of mouse kidney (blue Hoechst 33342 for nuclei staining and green DCF for intracellular 1O2). Right: The fluorescence intensity of DCF for intracellular 1O2 detection in tissue of kidney (error bars represent mean ± SD, n = 3, scale bar = 100 μm). (b) Temperature changes on the skin surface above the target organs of mice injected with UCNP, furan-biotin, and Pheo A. Inset: photothermal imaging of mice at 1 and 2 min. (c) Streptavidin-HRP dot blotting analysis of the furan-biotin-tagged biomolecules from mouse kidney tissue. The upper panel shows RNA dot blot results under different treatment conditions. The lower panel demonstrates the selectivity of the furan-biotin probe. RNA and DNA are extracted from mouse kidney tissue using commercial extraction kits, and BSA serves as a protein control. (d) Pie chart of the type and percentage of RNA isolated by the IVCT-LAUC (Experiment) and TRIzon (Control).

Figure 6. IVCT-LAUC system and 808 nm irradiation for global analysis of kidney RBPs in living mice. (a) Comparison of the IVCT-LAUC with 808 nm irradiation and the psoralen probe with 254 nm UV irradiation for RPC cross-linking in living mouse kidney using SDS-PAGE. (b) Quantification reproducibility of kidney RBP enrichment in three tests. (c) GO enrichment analysis of the identified RBPs from mouse kidney using IVCT-LAUC. (d) For each term, the number of proteins associated with translation. (e) Number of identified RBPs with classical and nonclassical RBDs. (f) Pathway enrichment analysis of the identified RBPs from mouse kidney.

Figure 7. IVCT-LAUC system and 808 nm irradiation for global analysis of Roc-A-mediated in vivo RPI alterations. (a) Schematic representation of drug and vehicle administration protocols and temporal regimen in mice. (b) Volcano plot displaying differential RNA-binding of the mouse RBPs after administration of Roc-A and vehicle. X-axis: log2 fold change, and y-axis: -log10(P value). (c) Western blot validation of Roc-A-induced RNA association changes of selected RBPs. Values shown below each lane are relative to untreated mice (set at a value of 1). (d) GO molecular function analysis, (e) GO biological process analysis, and (f) pathway analysis of the significantly up-regulated candidate off-targets.

总结及展望

本研究成功开发出一种基于上转换发光诱导光催化的新型近红外大分子活体交联与标记策略，首次在活体小鼠深层器官中实现了无须基因编辑的RNA-蛋白质复合物秒级原位冻结与高效富集。该技术不仅克服了传统光学标记方法在体内穿透深度不足的瓶颈，也为在复杂的活体生理环境下开展大规模、高时空分辨率的生物大分子相互作用研究提供了强有力的工具。未来，这一通用型光催化开关平台有望扩展至更多类型的生物大分子标记，并在活体药效评估、疾病新靶点发现以及临床前药物脱靶风险评价等领域展现出广阔的应用前景。

【Angew.Chem.】2.12纳米碳点揭秘：聚集诱导发光材料实现智能水凝胶色彩跨越与高安全性信息加密

Thu, 04 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】2.12纳米碳点揭秘：聚集诱导发光材料实现智能水凝胶色彩跨越与高安全性信息加密

文章标题：Uncovering Aggregation‐Induced Emission in Carbon Dots for Color‐Changing Hydrogels and Information Encryption

通讯作者：Patrick Théato

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.7943243

文章概要

引言

自碳点问世以来，利用柠檬酸与尿素这一经典前驱体组合探索其形成机制与发光行为已成为主流。然而，科学界此前鲜有报道该体系下具备聚集诱导发光（AIE） 特性的碳点。本研究成功打破了这一局限，通过调控反应环境，制备出一种对溶剂极性具有动态响应的新型亲水性红光碳点。这一发现不仅深入阐明了碳点由于分子间相互作用导致的光学变化机理，也为开发下一代智能光功能材料、防伪印刷以及多维度信息加密系统提供了崭新且高效的平台。

(A) The preparation of R-CDs; (B) The preparation of PVA-based fluorescent hydrogels.

主要实验及结论

研究人员在二甲基甲酰胺（DMF）溶剂环境中，通过溶热法将柠檬酸与尿素进行反应，成功制备出平均粒径仅为2.12纳米且分布均匀的红光碳点（R-CDs）。深入的结构表征表明，DMF在高温高压下分解生成的中间体积极参与了反应，为碳点引入了丰富的吡啶氮、吡咯氮和石墨氮结构，促进了超大共轭π体系的构建。这种独特的共轭网络使碳点在水分散状态下呈现微弱的蓝光，而一旦加入DMF，则会因强烈的分子间相互作用迅速聚集并激发极强的红光发光中心。通过超快飞秒瞬态吸收光谱分析，研究团队首次从飞秒超快动力学角度证实，这种J-型聚集状态能有效抑制非辐射衰减，使激子寿命大幅延长，从而在宏观上表现出极其鲜艳的红光发射。

(A) TEM image of R-CDs (water as the dispersant). The image in the upper right corner is an HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy) picture, and the image in the lower right corner shows the size of R-CDs; (B) and (C) TEM imagine of R-CDs (ethanol as the dispersant); (D) FTIR spectra of multicolor CDs; (E) 1H NMR spectra of multicolor CDs (solvent: D2O, 500 MHz, 25°C); (F) 13C NMR spectra of multicolor CDs (solvent: D2O, 500 MHz, 25°C); (G), (H) and (I) are DEPT-135 NMR spectra of multicolor CDs; (J), (K) and (L) are DOSY NMR spectra of multicolor CDs (solvent: D2O, 500 MHz, 25°C).

High-resolution XPS survey spectra of (A) B-CDs, (B) G-CDs and (C) R-CDs; high-resolution XPS C 1s spectra of (D) B-CDs, (E) G-CDs and (F) R-CDs; high-resolution XPS N 1s spectra of (G) B-CDs, (H) G-CDs and (I) R-CDs; high-resolution XPS O 1s spectra of (J) B-CDs, (K) G-CDs and (L) R-CDs.

Characterizations of the optical properties of R-CDs: (A) UV–vis spectra of B-CDs, G-CDs, and R-CDs; (B) FL spectrum of R-CDs; (C) chromaticity diagram of R-CDs; (D) FL spectra of R-CDs (excitation wavelength: 260–440 nm); (E) FL spectra of R-CDs (excitation wavelength: 450–520 nm); (F) FL spectra of R-CDs (excitation wavelength: 530–630 nm).

Transient absorption spectra for R‑CDs. (A) DMF as solvent, excitation at 420 nm (OD = 0.81; Epulse = 0.30 µJ). (B) DMF as solvent, excitation at 600 nm (OD = 1.42; Epulse = 0.30 µJ). (C) Water as solvent, excitation at 360 nm (OD = 1.10; Epulse = 0.30 µJ). (D) Normalized single‑transient kinetics for the DMF samples (420 nm and 600 nm excitation) together with the global‑analysis fit (colored lines). (E) Normalized single‑transient kinetics for the water sample (360 nm excitation) together with the global‑analysis fit (colored lines).

基于这一独特的溶剂响应色变特性，团队深入拓展了其在多级信息安全加密和智能水凝胶中的应用。将该碳点配制成打印墨水或书写荧光液，可在滤纸等基底上实现信息的可逆擦除与显影。在喷涂DMF后，隐藏的二维码或文字会因碳点聚集发光而清晰显现，待溶剂挥发或遇水后信息再度隐藏，且该材料展现出长达30天以上的优异环境稳定性与自主瞬态自擦除特性。此外，将该红光碳点与聚乙烯醇（PVA）高分子网络融合，成功构筑出具有快速响应能力的荧光色变智能水凝胶。利用碳点在水凝胶基质中随乙酸等溶剂刺激发生的快速荧光转变，成功实现了多维数字密码的动态隐藏与精确读取，为防伪技术提供了更高级别的安全保障。

(A) Image of R-CDs in different DMF concentrations (under daylight, UV 254 nm and UV 365 nm); (B) the aggregation state of R-CDs in different volume ratios (water/DMF: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 and 0/100); (C) chromaticity diagram of R-CDs in different DMF concentration; (D) (E) (F) FL spectra of R-CDs in different DMF concentration under different excitation wavelength (365, 450 and 600 nm); (G) intensity change of the emission wavelengths at 450 and 640 nm for R-CDs in different DMF concentrations at an excitation wavelength of 365 nm; (H) intensity change of emission wavelength at 500 and 640 nm for R-CDs in different DMF concentrations at an excitation wavelength of 450 nm; (I) intensity change of the emission wavelength at 640 nm for R-CDs in different DMF concentrations at an excitation wavelength of 600 nm.

(A) Image of R-CDs in different solvents (under daylight, UV 254 nm and UV 365 nm); (B) chromaticity diagram of R-CDs in different solvents; (C) FL spectrum of R-CDs in different solvents (under excitation wavelength of 365 nm); (D) UV–vis spectrum of R-CDs in different solvents and (E) optimal absorption wavelength and absorbance; (F) particle size of R-CDs in different solvents (measurement by DLS); (G) schematic diagram of the aggregation-induced emission of R-CDs.

Application of R-CDs: (A) Color change of writing on filter paper; (B) writing-based information encoding on filter paper; (C) printing-based information encoding on different paper substrates (the left is normal A4 paper, the middle is notebook paper, the right is filter paper); (D) process of appearance and disappearance of printed information encoding; (E) photographs of solvent-responsive fluorescence color change of PVA-based fluorescent hydrogel under 365 nm excitation; (F) number information coding of PVA-based fluorescent hydrogels.

总结及展望

本研究成功开辟了经典柠檬酸-尿素体系在聚集诱导发光领域的新应用。通过微观分子层面的π–π堆积调控与宏观溶剂效应的协同作用，实现了碳点在J-型与H-型聚集状态间的动态转换，赋予了材料出色的光学可调性与环境敏感度。这种兼具高生物相容性、优异稳定性和灵敏溶剂响应的双重发光碳点材料，未来在智能传感、高级防伪标签以及动态信息加密存储等尖端技术领域蕴藏着巨大的产业化应用潜力。

【Nat.Biomed.Eng.】上海交通大学医学院郑元义等|突破139微米分辨率限界！临床转化级超声局域化显微镜揭示脑外伤后血管重构与预后

Thu, 04 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Biomed.Eng.】上海交通大学医学院郑元义等|突破139微米分辨率限界！临床转化级超声局域化显微镜揭示脑外伤后血管重构与预后

文章标题：Clinically translatable ultrasound localization microscopy reveals cerebrovascular remodelling and prognosis in patients with traumatic brain injury

通讯作者：Mickaël Tanter, Zeng Zhang, Fang Yuan & Yuanyi Zheng

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41551-026-01714-7

文章概要

引言

创伤性脑损伤是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因。临床上，脑微循环的完整性直接决定了神经组织的存活与功能恢复，但现有的床旁监测手段往往空间粗糙或具创伤性，无法直接捕获微血管病变。超声局域化显微镜技术（ULM）虽然能够打破衍射极限，但传统上依赖超快成像，限制了其临床转化。为此，研究团队开发了一种适用于普通临床超声系统的多假设、多帧全局优化算法，为神经重症监护提供了一种创新的、非侵入式床旁微循环评估平台。

Fig. 1: ULM imaging of cerebral microcirculation in patients with TBI.

a, Schematic of bedside ULM imaging and contrast agent delivery setup in ICU patients with TBI. b, Standardized placement of the ultrasound imaging plane over the craniectomy window using standard anatomical landmarks. c, Schematic illustration of the standardized scanning plane, showing the lateral ventricles, third ventricle and basal ganglia. d, Representative super-resolution trajectory density map. e, Representative cerebral blood flow direction and velocity maps. f, Magnified view of the boxed region in d, showing microvascular structure. g, Cross-sectional profiles of the two vessel pairs marked (i) and (ii) in f. Dots indicate normalized microbubble signal intensity, and dashed lines indicate Gaussian fits. MBs, microbubbles.

主要实验及结论

该研究是一项前瞻性观察研究，共纳入了20名接受去骨瓣减压术的创伤性脑损伤患者。研究人员在患者术后第3天和第14天，通过其中央静脉连续输注微气泡造影剂，利用临床超声系统在骨窗位置进行了床旁对比增强超声成像。借助于新开发的全局优化算法，该系统成功实现了约139微米的超高空间分辨率，不仅能够清晰重建深部脑组织的主要血管与微血管网络，还能精确绘制血流方向与流速图。这种创新的图像重建速度比传统方法提高了近两个数量级，真正满足了重症监护室的临床床旁应用需求。

Fig. 2: Multimodal cerebrovascular imaging in a patient with TBI.

a, B-mode ultrasound image. b, Corresponding cranial CT scan (1-mm slice thickness) image showing the midline, ventricular structures and post-traumatic lesion. c, CTA image with the ultrasound imaging field overlaid. d, Super-resolution ULM density map showing microvascular architecture. e, Zoomed CTA view showing major vessels (blue arrows) and poorly resolved microvessels (green arrows). f, Corresponding zoomed ULM view showing the same major vessels (blue arrows) together with finer vascular hierarchies and branching structures (green arrows). g, CDFI showing sparse signals from major vessels. h, Cerebral blood flow map from CTP. i, ULM-derived cerebral blood flow velocity map showing localized perfusion deficits with higher spatial resolution and flow detail.

Fig. 3: ULM-derived cerebral microcirculatory signatures with potential diagnostic and decision-support value in TBI.

Paired CT and corresponding ULM images are shown from representative patients with TBI. Individual patients may exhibit more than one pattern across different brain regions or at different timepoints. a, Traumatic intracerebral haematoma: the circled hyperdense lesion on CT corresponds to a complete flow void on ULM (n = 5). b, Cerebral contusion or haemorrhage: the circled lesion appears haematoma-like on CT but retains vascular structure and perfusion on ULM (n = 7). c, Post-traumatic cerebral ischaemia: the circled hypodense area on CT without swelling corresponds to regional hypoperfusion on ULM (n = 3). d, Post-traumatic cerebral swelling: the circled hypodense area with diffuse cerebral swelling and MLS on CT corresponds to reduced microvascular flow on ULM (n = 10). e, PTCI: a well-defined hypodensity on CT corresponds to complete vascular dropout on ULM (n = 3). f, PTH: ventricular enlargement on CT is accompanied by global hypoperfusion and distinct flow patterns on ULM (n = 3). Right-hand panels summarize illustrative decision-support interpretations.

Fig. 4: Longitudinal ULM assessment of cerebrovascular remodelling in moderate and severe TBI.

a, Representative ULM vascular and velocity maps from moderate and severe TBI on postoperative days 3 and 14. b, ICP and CPP; n = 8/9 (moderate/severe) on day 3. c–e, Quantitative analyses based on PP/V (c), PP/CMC (d) and vascular morphology (e). c, PP/V across vessel scales. d, PP/CMC, reflecting microvascular-level resistance. e, Branch density, junction density and vascularity of medium vessels. For c–e, n = 8/11 on day 3 and n = 6/12 on day 14. Box plots show interquartile range with median lines; whiskers indicate minimum and maximum values, and dots represent individual patients. Exact P values are shown in the figure. All statistical tests were two-sided. Statistical comparisons were performed using an unpaired two-tailed t-test (b) and two-way ANOVA fitted as a mixed-effects model (c–e) with Benjamini–Hochberg correction for multiple comparisons.

纵向成像结果揭示了脑损伤后病情严重程度依赖性的微血管重构轨迹。相比于中度损伤患者展现出的良好结构修复，重度损伤患者在早期表现出更高的微血管阻力以及持续的血流灌注缺陷。进一步的数据分析表明，基于微血管平均流速和峰度构建的复合超声指标与临床有创颅内压及脑灌注压表现出强相关性。此外，研究提出的微血管灌注效率系数（MPEC）能够鲁棒地预测患者6个月后的远期神经功能预后，这表明针对微循环的个性化治疗干预有望直接改善患者的康复效果。

Fig. 5: Region-specific vascular remodelling and haemodynamic alterations after moderate and severe TBI.

a, Anatomical segmentation into cortex, white matter, basal ganglia and peri-impairment area. b, Vascularity in the basal ganglia and cortex. c,d, Branch density (c) and junction density (d) in the peri-impairment region. e, Haemodynamic heterogeneity in the basal ganglia, evaluated using velocity kurtosis (_V_kurtosis) and velocity skewness (_V_skewness). f, Microvascular perfusion quantified by CMC in the white matter. g, Regional microvascular resistance estimated using PP/CMC in the cortex, basal ganglia and peri-impairment regions. Box plots show interquartile range with median lines; whiskers indicate minimum and maximum values, and dots represent individual patients. Outliers are marked as crosses (×). Exact P values are shown in the figure. All statistical tests were two-sided. Statistical comparisons were performed using two-way ANOVA fitted as a mixed-effects model with Benjamini–Hochberg correction for multiple comparisons. Day 3: n = 8/10 (moderate/severe) for all regions except peri-impairment (n = 8/11); day 14: n = 6/11 for all regions except peri-impairment (n = 6/12).

Fig. 6: Correlations between ULM-derived vascular parameters and clinical variables at postoperative day 3.

a, Correlation heat map showing associations between vascular haemodynamic and morphological features and clinical variables across vessel scales and brain regions. b, Scatter plots of ULM-derived parameters (excluding major vessels) exhibiting the strongest positive and negative correlations with ICP and CPP, with linear regression lines. c,d, Performance of a composite metric combining mean velocity and velocity kurtosis in microvessels, demonstrating a strong correlation with CPP (c) and ICP (d). The normalization constants (1.85 and 3.12) represent the population means of the current cohort used for data centring. Pearson correlation coefficients were used for normally distributed data and Spearman correlation coefficients for non-parametric data; all corresponding P values were two-sided. P values for correlations involving invasive parameters (ICP and CPP) with |r| > 0.5 were adjusted for multiple comparisons using the Benjamini–Hochberg method. Exact P values are shown in the figure. n = 16 for basal ganglia and white matter in b–d; n = 17 for medium vessels, peri-impairment and microvessels in b–d.

Fig. 7: ULM-derived parameters predictive of neurological outcome.

a, ICP and CPP in poor and good outcome groups stratified by GOS scores. n = 8/9 (poor/good) on day 3. b, Medium-vessel branch density, junction density and vascularity at day 14. c–e, Region-specific prognostic analyses in the basal ganglia (c), white matter (d) and peri-impairment region (e). f,g, Prognostic performance of the dimensionless composite perfusion efficiency metric (0.5_ρ_ × CMC2/PP) using white matter ULM data at day 3 (f) and global microvascular data at day 14 (g). Box plots show the interquartile range with median lines; whiskers indicate minimum and maximum values and dots represent individual patients. Outliers are marked as crosses (×). Exact P values are shown in the figure. All statistical tests were two-sided. For normally distributed data, statistical comparisons were performed using unpaired Student’s t-tests when variance homogeneity was confirmed and Welch’s t-tests otherwise. For non-normally distributed data, Mann–Whitney tests were used. n = 9/9 (poor/good) on day 3 and n = 10/7 on day 14 in c, d and f; n = 10/9 on day 3 and n = 11/7 on day 14 in b, e and g.

Fig. 8: CEUS image acquisition and data processing pipeline for ULM.

a, CEUS acquisition using a clinically available system. Multiple 60-s CEUS videos were acquired, and stable data segments were aggregated into a cumulative 180-s dataset for analysis. The plot shows the average number of microbubble localizations per 60-s CEUS video across patients. b, Motion correction by rigid image registration, visualized by vector fields (yellow arrows), with post-registration correlation ≥0.99. c, A representative CEUS frame and corresponding estimated spatially varying PSF (magnified). d, Local blind deconvolution within an 80 × 80 pixel block using the estimated PSF to enhance microbubble localization. e, Structural prior map derived from detected bubble centres to guide subsequent tracking algorithms. f, Bubble tracking algorithm incorporating the structural prior, spatiotemporal motion coherence filtering and globally optimized data association across four time steps. g, Asynchronous parallel processing architecture, with GPU-based distance-tree initialization and CPU-based vectorized tracking tasks (1,000 frames each). MBs, microbubbles; PSF, point spread function; corr, cross-correlation coefficient.

总结及展望

这项研究成功证明了临床转化级超声局域化显微镜作为床旁微循环评估平台的巨大潜力。该技术不仅能为医生提供超越传统CT和磁共振的微血管级别血流动力学信息，还有望作为非侵入性工具互补现有的有创颅内压监测。未来的研究将进一步扩大临床样本量，并推动无创经颅超声技术的发展，从而将神经重症监护的焦点从全局压力管理真正转化为精准的、个性化的微血管保护与病区动态导航。

【JACS】南开庞代文、黄灵|1064nm下效率跃升1.9%！新型BODIPY代交联分子，彻底摆脱传统并四苯依赖

Wed, 03 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】南开庞代文、黄灵|1064nm下效率跃升1.9%！新型BODIPY代交联分子，彻底摆脱传统并四苯依赖

文章标题：Triplet-Mediated Photon Upconversion via Near-Infrared-II Excitation without Tetracene Derivatives

通讯作者：Dai-Wen Pang, Ling Huang

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c05112

文章概要

南开大学庞代文教授与黄苓教授团队在近红外二区（NIR-II）光子上转换领域取得突破性进展。研究团队设计并合成了一种全新的双苯乙烯取代修饰的BODIPY（DS-BDP）衍生物，该分子展现出极佳的稳定性和光谱可调性，成功在量子点上转换体系中兼任表面配体与湮灭剂。这一成果彻底克服了传统并四苯类衍生物易光漂白、能级难调的固有缺陷，在1064 nm激光激发下实现了颜色可调的高效红光发射，为纳米光子学和生物光子学应用开辟了新道路。

引言

低能量光子的有效捕获与转换一直是能源科学与生物医学成像领域的重大挑战。基于三线态-三线态湮灭的光子上转换技术（TTA-UC）能够将低能量的近红外光转化为高能量的可见光，因而备受关注。然而，现有的近红外上转换体系长期依赖并四苯类衍生物（如红荧烯）作为配体或湮灭剂，这些化合物在微量氧气下极易发生光氧化和光漂白，导致体系稳定性骤降。此外，传统体系的发射波长往往受限于红荧烯而无法自由调节。如何在提升稳定性的同时打破波长限制，是该领域亟待解决的科学难题。

Scheme 1. (a) Schematic Illustration of the Mechanism of Quantum Dot-Based Triplet–Triplet Annihilation Photon Upconversion (QD-Based TTA-UC), TET1 Denotes Triplet Exciton Transfer from Quantum Dots to Surface Ligands, and TET2 Denotes Triplet Energy Transfer from Surface Ligands to the Annihilator; These Labels are Used to Clearly Differentiate the Two Sequential Processes; The Abbreviation for Triplet–Triplet Annihilation is TTA; (b) Representative a Tetracene-Based Surface Ligand (5-CT) and an Annihilator (Rubrene) Reported in the Literature, along with Their Limitations; (c) Distyryl-Substituted BODIPY (DS-BDP) Derivatives as Surface Ligands and Annihilators and Their Advantages; (d) Molecular Structures of Surface Ligands DS-BDP-1 to DS-BDP-3, and Annihilators DS-BDP-4 to DS-BDP-7

主要实验及结论

研究团队首先通过理论计算设计了具有匹配三线态能级（约1.18 eV）的DS-BDP分子，并将其作为配体与PbS量子点结合。如图1所示，吸附了单羧酸修饰配体DS-BDP-2的量子点体系成功实现了由三线态能量转移驱动的黄色上转换荧光，首次证明了DS-BDP scaffold作为表面配体的可行性。

Figure 1. Performance of TTA-UC (PbS-3.05/DS-BDP-2/rubrene). (a) Top panel shows the normalized absorption (normalized the first excitonic absorption peak of PbS-3.05 QDs to 1) and fluorescence emission spectra of PbS-3.05 QDs in toluene, 1 μM, λex = 808 nm; bottom panel is normalized absorption and fluorescence emission spectra of DS-BDP-2 in CHCl3, 10 μM, λex = 405 nm. (b) Normalized absorption spectra of PbS-3.05 QDs (normalized the first excitonic absorption peak of PbS-3.05 QDs to 1) after ligand exchange with DS-BDP-2 at different concentrations (0, 100, 200, and 400 μM) in toluene, and the concentration of PbS-3.05 QDs is 10 μM. The inset shows the average number of DS-BDP-2 per PbS-3.05 QD (⟨_N_DS-BDP-2⟩) after ligand exchange with DS-BDP-2 at different concentrations (0, 100, 200, and 400 μM). (c) Upconversion spectra in the presence of PbS-3.05/DS-BDP-2 (photosensitizer), rubrene (annihilator), ⟨_N_DS-BDP-2⟩ (0, 1, 4, 7), λex = 980 nm. The inset shows the ηUC′ of PbS-3.05/DS-BDP-2/rubrene with different ⟨_N_DS-BDP-2⟩. (d) Time-resolved upconversion spectrum of PbS-3.05/DS-BDP-2/rubrene under pulsed 980 nm laser excitation.

为了进一步提升配体交换量并抑制配体构象弛豫造成的能量损失，团队进一步开发了双羧酸锚定基团修饰的DS-BDP-3配体。如图2所示，飞秒瞬态吸收光谱数据证实，双齿螯合模式显著增强了配体在量子点表面的结合密度，并大幅加快了三线态激子传输速率（达到1.92×10⁹ s⁻¹）。分子动力学模拟进一步表明，这种双锚定结构有效锁定了分子构象，增长了三线态寿命。

Figure 2. (a) Normalized absorption spectra (normalized the first excitonic absorption peak of PbS-3.05 QDs to 1) of PbS-3.05 QDs after ligand exchange with DS-BDP-3 at different concentrations (0, 20, 40, 100, 200, and 400 μM) in toluene, and the concentration of PbS-3.05 QDs is 10 μM. The inset shows the average number of DS-BDP-3 per PbS-3.05 QD (⟨_N_DS-BDP-3⟩) after ligand exchange with DS-BDP-3 at different concentrations (0, 20, 40, 100, 200, and 400 μM). Femtosecond transient absorption (fs-TA) spectra of PbS-3.05 QDs (b) and PbS-3.05/DS-BDP-3 (c), λex = 750 nm. (d) Normalized exciton bleaching (XB) kinetics of PbS-3.05 and PbS-3.05/DS-BDP-3 at 930 nm.

得益于这一精确的分子工程，如方法对比图3所示，该体系即使在极低的表面覆盖度下也展现出惊人的转化效率。当使用更窄带隙的PbS量子点时，在1064 nm的NIR-II光激发下，体系实现了高达1.9%的校正上转换效率，比传统配体高出数倍。

Figure 3. Photon upconversion performance of PbS-3.05/DS-BDP-3/rubrene and PbS-3.05/5-CT/rubrene. (a) Upconversion spectra of PbS-3.05/DS-BDP-3/rubrene, the ⟨_N_DS-BDP-3⟩ is 0, 1, 2, 8, 14, and 25, respectively, λex = 980 nm. (b) The ηUC′ with the different ⟨_N_DS-BDP-3⟩. (c) Dependence of the upconversion intensity of PbS-3.05/DS-BDP-3/rubrene on the incident power density at 980 nm, _I_th = 8.4 W cm–2. (d–f) Comparison of the upconversion intensities of PbS-3.05/DS-BDP-3/rubrene and PbS-3.05/5-CT/rubrene at surface ligand average numbers of 1, 8, and 25, respectively. The insets show corresponding photographs: left, PbS-3.05/5-CT/rubrene with associated ηUC′; right, PbS-3.05/DS-BDP-3/rubrene with associated ηUC′.

随后，团队利用DS-BDP结构的可调性，开发了系列带有推拉电子基团的衍生物（DS-BDP-4至DS-BDP-7）作为湮灭剂。如图4和图5所示，在单一的1064 nm激光照射下，通过调节波长调谐实现了上转换发射在639 nm至668 nm之间的精准色彩调节。更令人振奋的是，长期光稳定性测试表明，新型DS-BDP材料在空气饱和溶液中持续辐照12天后吸光度保持率仍超过96%，而传统的红荧烯在63小时内便几乎完全降解。

Figure 4. DS-BDP-based annihilators. (a) Normalized UV–vis absorption and fluorescence spectra of DS-BDP-4 to DS-BDP-7, λex = 405 nm, with fluorescence quantum yields (Φf) indicated. (b) HOMO and LUMO orbital distributions of DS-BDP-4 to DS-BDP-7. (c) Calculated energy levels of T1 energy levels, and S1 energy levels were determined by the intersection of absorption and emission, and twice the T1 energy (2T1) for DS-BDP-4 to DS-BDP-7.

Figure 5. (a) Upconversion emission spectra of PbS-3.19/DS-BDP-3/DS-BDP-4 to PbS-3.19/DS-BDP-3/DS-BDP-7 with 6 mM annihilator (DS-BDP-4 to DS-BDP-7), λex = 1064 nm. (b) Time-resolved decay of upconversion emission from PbS-3.19/DS-BDP-3/DS-BDP-4 to PbS-3.19/DS-BDP-3/DS-BDP-7 under pulsed 1064 nm excitation. (c) Photostability comparison of rubrene and DS-BDP annihilators under ambient room light irradiation in air-saturated toluene at room temperature. (d) Photostability comparison of 5-CT and DS-BDP ligands under ambient room light irradiation in air-saturated toluene at room temperature.

总结及展望

该研究成功发展了一类兼具优异光稳定性和光谱调谐能力的多功能DS-BDP小分子材料，攻克了近红外二区光子上转换长期依赖不稳定并四苯类材料的瓶颈。通过精细的化学结构微调，不仅显著优化了量子点与配体间的界面电子耦合，还实现了上转换发射颜色的自由裁量。这一重大突破极大地推进了三线态上转换材料在太阳能转化、红外光电探测以及深层组织生物成像等前沿实用领域的产业化落地进程。

【JACS】1000倍结合力差异！可见光全反转调控DNA插层物助力光药理学新突破

Wed, 03 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】1000倍结合力差异！可见光全反转调控DNA插层物助力光药理学新突破

文章标题： Fully Reversible Photocontrol over DNA Intercalation with Visible Light

通讯作者： Matteo Calvaresi, Ben L. Feringa

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c00879

文章概要

引言

作为癌症治疗的重要手段，DNA插层剂通过引起拓扑应力、阻碍DNA相关酶甚至引发双链断裂来杀死癌细胞。然而，传统药物由于缺乏选择性，往往伴随着严重的全身毒性和耐药性问题。光药理学的发展为解决这一困境提供了新思路，即通过引入光控分子开关来赋予药物时空可控性。遗憾的是，现有的光控DNA插层剂大多面临水溶性差、依赖有害紫外光或光指数不高等缺陷。为此，研究团队设计了一系列基于重氮辛（Diazocine）支架的全新光控分子，成功实现了由可见光精准驱动的、完全可逆的DNA结合“开-关”控制，为开发高选择性、低副作用的抗癌光靶向药物奠定了坚实基础。

Figure 1. a) Schematic representation of photocontrolled reversible intercalation. b) Structures of the diazocine parent system and the derivatives used in this study. c) Representative snapshot of MD simulations of the diazocine parent systems and the derivatives 1–5 in their cis- and trans-isomers.

主要实验及结论

研究团队首先通过分子动力学模拟和结构-活性关系筛选，对重氮辛母体及其五种衍生物在顺反异构体状态下的DNA结合行为进行了系统评估。模型分析清晰地展示了不同衍生物在顺式和反式结构下与DNA双螺旋作用的代表性快照。结果表明，重氮辛在亚稳态的反式构象下呈现出扁平的平面结构，极易通过$\pi-\pi$堆积嵌入DNA碱基对之间；而在热力学稳定的顺式构象下则呈现出弯曲、极具空间位阻的结构，导致分子在模拟时间内迅速从双螺旋中被驱逐。通过计算模拟的自由能发现，母体和不带电荷的衍生物结合能并不理想，而引入带正电荷基团的衍生物则展现出优异的结合亲和力，这表明库仑相互作用与氢键网络在稳定反式插层复合物中起到了决定性作用。

Based on 1H NMR in D2O. _b_At 37 °C in PBS. _c_Ligand added after irradiation to PSS at 405 nm. _d_Adjusted to the concentration of the trans moiety in solution.

为了在实验中验证这一理论，团队在生理条件下通过圆二色性光谱（CD）定量测定了各化合物的DNA结合动力学。实验结果与计算高度吻合，所有化合物在暗适应的顺式状态下均未表现出任何DNA结合信号，而当使用405纳米光照射使溶液富集反式异构体时，化合物则表现出强烈的诱导圆二色性信号。通过拟合结合 isotherm 曲线，计算出反式状态下的解离常数在$10^{-4}$ M级别，其反式与顺式状态的结合亲和力差异超过了1000倍。此外，竞争性滴定和粘度实验进一步证实了其经典的DNA插层结合模式。更令人兴奋的是，通过交替使用405纳米和530纳米波长的可见光原位照射，该系统在经历六次光调控循环后依然保持完全可逆的结合与解离行为，且未见任何光疲劳迹象，证明了其优异的光化学稳定性。

Figure 2. a) CD spectrum of mixtures of DNA and trans-enriched G2-diazocine (4) at varying DNA concentrations. The induced circular dichroism (ICD) signals are a measure of the fraction of bound trans-diazocine. b) The binding isotherm of 4 to DNA was fitted based on measurements in triplicate and gives a dissociation constant at PSS405 of K__D,405 = (8.80 ± 2.60) × 10–4 M. c) Titration of EtBr in a solution of calf-thymus DNA (500 μM bp) containing G2-diazocine (compound 4, DiazoG) in PBS at 37 °C. d) ICD signals of a solution of 4 (500 μM) and B-DNA (1 mM bp) at 478 nm were followed for six irradiation cycles with alternating 405 and 530 nm.

在体外细胞实验中，研究团队进一步评估了这些光控开关在生物学应用中的潜力，特别是化合物3对HeLa人宫颈癌细胞的体外光毒性表现。细胞存活率曲线及半最大效应浓度对比箱线图显示，该化合物在黑暗条件下展现出极低的毒性（EC50大于100微摩尔），确保了药物在未受光照组织中的安全性。然而，在给予单次395纳米的弱光照射后，细胞存活率显著降低，EC50骤降至45.4微摩尔。这种在光照下毒性显著增强的特性，成功实现了高达2倍以上的光指数，为利用可见光在空间和时间上精准操纵细胞毒性提供了强有力的概念验证。

Figure 3. a) Cytotoxicity of 3 in the dark and under irradiation with 395 nm in HeLa cells (4.44 mW/cm2). The light control showed no phototoxicity for the applied light dose. b) Box plot comparing the EC50 between dark and light conditions. c) EC50 values of dark and light conditions and the photoindex.

总结及展望

这项研究成功将重氮辛支架发展为一种极具前景的光控B-DNA插层平台。通过理性的分子结构设计，研究不仅实现了可见光驱动下完全可逆、无疲劳的DNA结合调控，更创造了高达1000倍以上的顺反状态结合力差异记录。由于该系统在黑暗中几乎无毒，而在特定光照下能精准释放细胞毒性，这为实现癌症治疗的高局部浓度和低全身全身毒性开辟了新途径。未来，通过进一步优化取代基以提升光指数和红移激发波长，这类重氮辛开关有望在光药理学和精准医学领域大放异彩。

【Nat.Mater.】华东理工朱为宏院士、吴永真、马巍、郑伟中联手华中科大陈炜|效率突破27.2%！全新自组装单分子层设计，双重提升反式钙钛矿电池光热稳定性

Wed, 03 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Mater.】华东理工朱为宏院士、吴永真、马巍、郑伟中联手华中科大陈炜|效率突破27.2%！全新自组装单分子层设计，双重提升反式钙钛矿电池光热稳定性

文章标题：UV and thermally stable hole-selective contacts with enhanced assembly density for inverted perovskite solar cells

通讯作者：Wei Chen, Weizhong Zheng, Wei Ma, Wei-Hong Zhu & Yongzhen Wu

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02619-1

文章概要

引言

反式钙钛矿太阳能电池由于制备工艺简单、寄生吸收小及电子特性可调等优势，已成为下一代光伏技术的重要方向。其中，基于咔唑衍生物的自组装单分子层（SAM）因其卓越的空穴选择性收集能力，成为推动电池效率突破的关键核心组件。然而，咔唑基团在紫外线照射下极易发生降解，且传统的膦酸锚定基团在高温下面临热不稳定性，加之强极性溶剂对分子层吸附密度的破坏，严重制约了器件的长期稳定性与产业化进程。因此，开发兼具高光热耐受性与强界面吸附能力的全新SAM空穴传输材料是当前该领域亟待解决的瓶颈难题。

Fig. 1: Molecular design and UV stability.

a, The configuration design idea of molecular-based HSC. b–e, Time-dependent UV–Vis absorption spectral evolution of MeO-2PACz (b), MP1 (c), MP2 (d) and MP3 (e) solutions under UV ageing (λ = 365 nm, 10 mW cm−2) at t = 0, 24 and 72 h. f,g, Normalized fluorescence (solid line) and delayed spectra (dotted line) of MeO-2PACz (f) and MP1 (g) dispersed in PMMA films. h,i, Time-resolved emission spectra of MeO-2PACz (h) and MP1 (i) dispersed in PMMA films at 25 °C. j,k, The absorbance of DPBF after the addition of MeO-2PACz (j) and MP1 (k) upon UV irradiation. l, Calculated C–N bond dissociation energies of MeO-2PACz and MP1. m, Calculated frontier molecular orbitals with energy level diagram of MeO-2PACz and MP1.

主要实验及结论

研究团队揭示了空穴材料的两条降解路径：非共轭链易发生紫外光解，而共轭结构易发生高温酐化热降解。为此设计的全新分子MP3巧妙融合了共轭与非共轭骨架，并引入吸电子氰基。这不仅成功抑制了上述光热降解，还通过降低pKa值，显著增强了其在衬底表面的锚定吸附密度与膜层均匀性，攻克了极性溶剂冲刷流失的难题。

Fig. 2: Molecular thermal stability.

a–d, Evolution of 31P NMR spectra for MeO-2PACz (a), MP1 (b), MP2 (c) and MP3 (d) under thermal treatment at 150 °C (24 h, N2 atmosphere). e, TGA profiles of SAMs at 20 °C min−1 heating rate (N2 atmosphere). f, Proton conductivity of MeO-2PACz, MP1, MP2 and MP3 ethanol solutions measured at 25 °C before and after thermal treatment. Data are presented as the mean ± s.d. where n = 3 independent solutions measured for each proton conductivity. g, Calculated Gibbs free energy profiles for anhydride formation (MeO-2PACz and MP1) at 25 °C and 150 °C. h, Gibbs free energy of phosphonic anhydride formation as a function of p_K_a at 25 °C and 150 °C. Phenylphosphonic acid derivative (MP1), ethylphosphonic acid derivatives (MeO-2PACz and MP2) and cyanophosphonic acid derivative (MP3).

Fig. 3: Characterizations on molecular assembly.

a, A schematic illustration of SECCM for characterizing SAMs on ITO substrates. The two-electrode configuration comprised an ITO/SAM working electrode (WE) and an Ag wire QRCE, with 0.1 M tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) dissolved in acetonitrile (ACN) as the electrolyte solution. b, Assembly densities mapping of different SAMs obtained from SECCM. c, Molecular adsorption densities on ITO quantified by SECCM. d, Calculated p_K_a of MeO-2PACz, MP1, MP2 and MP3. e, Molecular structures and p_K_a measured in ultrapure water. Data are presented as the mean ± s.d., where n = 3 independent solutions measured for each p_K_a value. f, Influence of the evolutionary design of the spacer group on the stability of phosphonic acid anions. The more stable the dissociated phosphonic acid anion, the easier it is for the phosphonic acid molecule to dissociate hydrogen ions.

得益于更低的界面非辐射复合损失，MP3基反式钙钛矿太阳能电池获得了27.2%的冠军效率（认证效率27.1%）。该器件极具长效光热稳定性，在1000小时紫外光照后保持93.2%的效率，100℃热老化1000小时后保持91.1%，且在65℃最大功率点连续追踪2200小时后仍保留94.8%。

Fig. 4: Optoelectronic quality and stability of perovskite films.

a, A schematic of the PL experiment and chemical structure of a general carbazole-based SAM, with different spacer groups. b,c, Steady-state PL spectra (b) and TRPL decays (c) of the perovskite films deposited on different SAMs. d, QFLS measurements. e, Pseudo J–V curves obtained from intensity-dependent QFLS. f, Time-dependent PL spectra of perovskite films on different SAMs under continuous UV-light exposure (365 nm, 10 mW cm−2) from the glass side at 65 °C.

Fig. 5: Device performance.

a, A schematic diagram of the PSC structure. b–e, Statistics parameters of _V_OC (b), _J_SC (c), FF (d) and PCE (e) for MeO-2PACz-, MP1-, MP2- and MP3-based devices with an area of 0.08 cm2 (12 devices for each type). The box plot indicates the minimum (bottom line), maximum (top line), median (centre line), 75th percentile (top edge of the box) and 25th percentile (bottom edge of the box). f, Representative J–V curves for MP1-, MP2- and MP3-based champion device with an area of 0.08 cm2. Steady-state power output of MP3-based device. g, EQE and integrated _J_SC curves of MP3-based champion device. h, J–V curves of MP3-based champion device with an area of 1.00 cm2. RS, reverse scan; FS, forward scan. i, UV stability measurements of encapsulated PSCs under 365 nm UV light (10 mW cm−2) in air from the glass side. Data are presented as the mean ± s.d. Sample size n is defined as the number of devices tested: n = 4 for all cases. j, Thermal stability of unencapsulated devices under heating at 100 °C in N2. Data are presented as the mean ± s.d. Sample size n is defined as the number of devices tested: n = 4 for all cases. k, Continuous MPP tracking of encapsulated devices under continuous 1-sun illumination in ambient environment.

总结及展望

这项研究为钙钛矿太阳能电池及其他薄膜光电集成器件的界面功能分子设计提供了全面的理论指导与实践范式。通过精准的分子空间工程与极性电子基团调控，不仅成功打破了界面材料在高效光电转换与严酷光热环境耐受性之间的传统博弈，更为反式钙钛矿光伏技术的商业化量产与产业化落地奠定了稳固的基础。未来，这种强化界面吸附与稳定性的分子改性策略有望广泛应用于大面积组件及多场景光伏应用中。

【JACS】上海大学雷川虎|亮度达 255.1！八字形 BODIPY 大环实现高性能近红外圆偏振发光

Tue, 02 Jun 2026 00:00:00 GMT

【JACS】上海大学雷川虎|亮度达 255.1！八字形 BODIPY 大环实现高性能近红外圆偏振发光

文章标题：Lemniscular BODIPY Array of Expanded Porphyrinoids: A π-Conjugated Macrocycle Exhibiting Bright Near-Infrared Circularly Polarized Luminescence

通讯作者：Chuanhu Lei

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04793

文章概要

引言

圆偏振发光 (CPL) 凭借独特的光学特性，在 3D 显示、量子隐形传态、信息加密、生物探针等前沿光子技术领域拥有巨大应用潜力。行业内通常用CPL 亮度 (B_CPL) 评价 CPL 活性分子的综合性能，该指标结合了摩尔消光系数、荧光量子产率与发光不对称因子三大参数，但这几个性能之间存在固有制衡关系，想要获得高数值的 CPL 亮度一直是研究难点，在远红光与近红外区域（650–900 nm） 这一问题更加突出，非辐射衰减效应会大幅降低发光效率，目前绝大多数有机手性发光分子、镧系配合物、螺烯等材料的 CPL 亮度都低于 100 M⁻¹cm⁻¹，且发光范围大多局限在紫外 - 可见光区。扩展卟啉 是一类极具特色的大环分子，常常形成八字形 (D₂对称) 构象，能让电跃迁偶极矩与磁跃迁偶极矩平行排列，理论上容易获得高不对称因子，同时延伸的 π 共轭体系可将吸收与发射拓展至近红外波段，不过这类分子普遍存在结构柔性大、质子交换引发荧光猝灭、分子内电荷转移或光诱导电子转移导致发光微弱等问题，现阶段仅有一例扩展卟啉衍生物被证实具备 CPL 活性，且各项光学性能表现平庸。BODIPY 是经典荧光染料，拥有高摩尔消光系数与优异的荧光量子产率，但常规手性 BODIPY 的手性中心和发光中心相互分离，手光响应效果很差。考虑到 BODIPY 与扩展卟啉结构相近，将 BF₂结构引入扩展卟啉不仅能刚性化共轭骨架，还可构建大环 BODIPY 阵列，依靠激子耦合提升捕光能力，不过这类大环体系的手光性质此前一直缺乏系统探究。基于以上背景，本研究尝试将二者优势结合，设计并制备了 9,9'- 螺二芴修饰的八字形扩展卟啉基 BODIPY 阵列，重点探究其近红外圆偏振发光性能。

Figure 1. (a) Previously reported CPL-active expanded porphyrinoid. (b) Chemical structures of representative chiral BODIPYs. (c) The spirobifluorene-embedded BODIPY array developed in this work.

主要实验及结论

研究团队选择9,9'- 螺二芴作为核心骨架单元，它的 X 型空间结构能够增大相邻吡咯单元的平面二面角，破坏 pz 轨道重叠从而抑制分子内电荷转移，同时刚性的共价骨架可以牢牢锁定分子的八字形构型，赋予分子永久手性，从根源上避免手性分子发生外消旋化。该分子的合成路线依托商用原料展开，先通过钯催化铃木偶联、皂化脱羧得到螺二芴修饰的四吡咯前体，再利用麦克唐纳缩合反应结合氧化步骤，制备出游离碱型十二卟啉6，该步骤收率达到 83%；随后将6与三氟化硼乙醚、三乙胺在甲苯中回流反应，顺利得到四 BF₂配位的 BODIPY 阵列6BF₂，整体收率为 80%，合成流程简洁且产率理想。研究人员借助核磁共振、单晶 X 射线衍射开展结构表征，氢谱证明6与6BF₂均为D₂对称的刚性八字形拓扑结构，游离碱6中存在分子内 N-H…N 氢键与质子互变现象，在完成 BF₂配位后，氨基氢信号随之消失，且配位作用仅影响二吡咯亚甲基片段，中心螺二芴骨架的化学环境几乎没有变化；单晶衍射图像直观呈现了分子的空间构型，螺二芴单元处于八字形结构的交叉位置，键长数据也证实分子不存在整体芳香性，晶体内同时存在成对的对映异构体，进一步印证了分子的手性特征。

Scheme 1. Synthesis of the Lemniscular BF2 Array 6BF2 Based on the 9,9′-Spirobifluorene-Incorporated Dodecaphyrin

Figure 2. 1H NMR spectra (aromatic region) of (a) 6 and (b) 6BF2 recorded in CDCl3 at 298 K. (c) NH tautomerization of 6.

在光物理、电化学与光稳定性测试中，两种分子展现出截然不同的性能表现。游离碱6的荧光强度极弱，荧光量子产率仅为 0.09%，结合电化学与瞬态吸收测试分析，这是分子内光诱导电子转移 (PET) 引发快速非辐射衰减导致的；而完成 BF₂配位后的6BF₂成功阻断了 PET 过程，发光性能实现质的提升，该分子在二氯甲烷溶液中最大吸收峰位于 506 nm，摩尔消光系数高达 2.42×10⁵ M⁻¹cm⁻¹，远超传统单 BODIPY 染料。它的荧光发射范围覆盖 600–835 nm，发射主峰落在 704 nm，正处于远红光与近红外一区的边界位置，荧光量子产率可达 0.31，同时还具备2716 cm⁻¹ 的超大斯托克斯位移，这一特性在经典 BODIPY 体系中十分罕见，对于活体生物成像应用有着重要价值。溶剂效应实验结合 Lippert-Mataga 分析证实，6BF₂的激发态以局域激发态为主，几乎不存在分子内电荷转移。电化学测试得到的氧化还原电位结合 Rehm–Weller 公式计算可知，6的光诱导电子转移在热力学上可以自发进行，而6BF₂的 PET 过程被有效抑制，飞秒瞬态吸收测试也在6中检测到电荷分离态，6BF₂则无相关信号，明确了 BF₂配位是激活荧光的关键。除此之外，传统 BODIPY 染料在光照下容易产生活性氧而发生降解，而6BF₂经过 100 W 大功率白光 LED 持续照射 30 分钟，吸收光谱基本没有变化，外围乙基带来的空间位阻有效保护了发色团，让该材料拥有优异的光化学稳定性。

Figure 3. Single-crystal X-ray structures of 6 (front view a; side view b), 6BF2-A (c), and 6BF2-B (d). Peripheral ethyl groups, meso-hydrogen atoms, and hydrogen atoms on the 9,9′-spirobifluorene moiety have been omitted for clarity.

Figure 4. UV–vis–NIR absorption and fluorescence spectra of (a) 6 and (b) 6BF2 recorded in CH2Cl2.

研究团队继续开展手性拆分与手光性能测试，由于无法直接拆分6BF₂的外消旋体，研究人员先利用手性高效液相色谱分离前体分子6，得到两组高纯度对映异构体，再通过化学反应衍生出手性纯的6BF₂。即便将手性异构体的甲苯溶液加热至 100 ℃并保温 30 分钟，也没有检测到外消旋化现象，充分证明刚性骨架让分子拥有出色的构型稳定性与持久手性。圆二色谱结果显示，6与6BF₂的对映异构体均呈现出镜像科顿效应，其中6BF₂在 582 nm 处的最大吸收不对称因子 | g_abs | 达到 0.012，性能优于母体分子。圆偏振发光测试是本研究的核心结果，6BF₂的最大发光不对称因子 | g_lum | 为 0.007，在 693 nm 波长处测得CPL 亮度 (B_CPL) 高达 255.1 M⁻¹cm⁻¹，对比目前已报道的大环类 CPL 发光材料，这一数值在远红光、近红外一区体系中处于顶尖水平，突破了近红外发光体系难以实现高亮度 CPL 的行业瓶颈。为了阐释手光性能优异的内在机理，团队采用 TD-DFT 方法开展理论计算，提取出跃迁电偶极矩、磁偶极矩以及二者的空间夹角，6BF₂中两个偶极矩的夹角仅为 45°，相比6的 114° 更加契合手光活性的理想排布方式，同时该分子的磁偶极矩与电偶极矩比值更高，理论计算得到的不对称因子也和实验数据高度吻合。空穴 - 电子分析、跃迁偶极矩密度可视化结果进一步说明，BODIPY 单元是决定分子手光性质与光物理性质的核心结构，螺二芴仅承担空间支撑与构象锁定的作用。

Figure 5. (a) CD spectra of 6, (b) CD spectra of 6BF2, and (c) CPL spectra of 6BF2 recorded in CH2Cl2 at 298 K. (d) Summary of the BCPL values of the reported chiral π-conjugated macrocycles and 6BF2. Further details are in the SI, Table S4.

Figure 6. Spatial arrangement of the electric (μ, orange) and magnetic (m, purple) transition dipole moments (a), hole–electron analysis (isosurface = 0.001 au) (b), and transition electric and magnetic dipole moment densities (isosurface = 0.002 au) (c) for 6. (d–f) Corresponding plots for 6BF2: spatial arrangement of μ and m (d), hole–electron analysis (isosurface = 0.001 au) (e), and transition electric and magnetic dipole moment densities (isosurface = 0.002 au) (f). Calculations were performed at the M06-2_X_/6-31G(d,p) level of theory. For clarity, the lengths of the m vectors for 6 and 6BF2 are scaled by a factor of 50 relative to the corresponding μ vectors.

总结及展望

本研究创新性地构建出9,9'- 螺二芴嵌入的八字形扩展卟啉基 BODIPY 大环阵列，将扩展卟啉的天然手性优势与 BODIPY 的高发光效率完美结合，依靠精巧的分子结构设计，一次性解决了传统近红外 CPL 材料发光亮度不足、手性分子易外消旋、光稳定性差等多项难题。该新型大环分子的综合手光性能大幅超越此前报道的同类扩展卟啉衍生物，再加上合成原料常见、制备工艺简单的特点，具备良好的实际应用基础。该分子平台拥有极强的可修饰性，后续研究可以通过改变扩展卟啉的环骨架结构、调整 BODIPY 单元的数量与取代基团，定向调控分子的吸收发射波长、不对称因子以及 CPL 亮度等关键参数。这项工作不仅建立了一套设计高性能近红外 CPL 材料的全新策略，也为扩展卟啉类功能大环的发展开辟了新方向，未来这类分子有望在3D 立体显示、信息加密防伪、活体生物荧光成像等多个前沿光电领域落地应用，持续推动近红外手性光功能材料的研发与产业化进程。

【Angew.Chem.】中科大刘世勇、邓正玉、胡进明等|首次实现！自组装突破热力学限制：可见光触发“无迹交叉联结”构筑5种仿生盘状高分子囊泡

Tue, 02 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】中科大刘世勇、邓正玉、胡进明等|首次实现！自组装突破热力学限制：可见光触发“无迹交叉联结”构筑5种仿生盘状高分子囊泡

文章标题：Photoresponsive Discoidal Polymersomes With Tracelessly Crosslinkable Bilayers for Intracellular Drug Delivery

通讯作者：Jie Cen，Jinming Hu, Jiajia Tan, Zhengyu Deng, Shiyong Liu

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.9958935

文章概要

引言

受自然界中复杂生物结构的启发，科学家们一直致力于通过自下而上的方法构建非球形仿生纳米材料。其中，红细胞独特的双凹圆盘状几何结构对其在血液循环中的高稳定性和高效物质运输起到了至关重要的作用。然而，由于盘状结构比同体积的球形结构具有更高的表面积与体积比，在热力学上极不稳定，因此直接通过两亲性嵌段共聚物的溶液自组装来获得盘状高分子囊泡一直是一个巨大的挑战。此外，如何在这种非球形囊泡中引入刺激响应性，以实现对膜渗透性的动态控制和药物的按需释放，此前的研究也鲜有涉及。基于此，研究团队开发了一种全新的仿生策略，实现了这类高性能、智能响应型纳米载体的精准构筑。

Schematics of hierarchical self-assembly of amphiphilic BCPs containing photolabile thiocoumarin moieties and concurrent traceless crosslinking and permeabilizing of discocytes triggered by visible light for controlled drug delivery inside live cells. (a, b) BCP amphiphiles self-assemble into five distinct nanostructures, including uncommon PDs. (c, d) After cellular uptake of PDs by live cells, visible light irradiation leads to the efficient cleavage of thiocoumarin groups, followed by decarboxylation and cascade eliminations (m = 1) to liberate primary amines. These newly generated primary amines with suppressed p_K_a undergo extensive amidation reactions with neighboring ester linkages, resulting in traceless covalent crosslinking and permeabilization of bilayer membranes, which can be utilized to construct drug delivery nanocarriers.

主要实验及结论

研究人员首先通过可逆加成-断裂链转移聚合方法，合成了一系列含有光敏硫代香豆素基团的两亲性嵌段共聚物。实验表明，通过在共溶剂体系中精确调节水滴加速度（2 mL/h 或 36 mL/h） 以及疏水/亲水嵌段比例，可以成功控制这批两亲性高分子的自组装路径。如图1所示，该体系最终能够构筑出层状结构、交错层状结构、花状囊泡、穿孔囊泡以及罕见的盘状高分子囊泡共5种截然不同的层次纳米结构。通过对组装中间体的快速淬灭跟踪，团队揭示了盘状囊泡是由球形胶束逐步演变为不规则层状聚集体、再转化为球形囊泡，最后在快速注入水引起的渗透压驱动下发生形变而形成的动力学捕获过程。而引入自牺牲苄基氨基甲酸酯间接基团的序列则因极强的芳香堆积和氢键作用，更倾向于锁定在二维层状拓扑中。

Hierarchical nanostructures fabricated from photoresponsive BCPs. Representative (a) TEM and (b) SEM images were recorded for nanostructures formed by adding 9 mL deionized water into separate BCP solutions (1.0 g/L, 1 mL) in 1,4-dioxane, in which the water addition rate was varied (36 or 2 mL/h). (c) Microstructural changes of nanostructures with varying water contents during the formation of PDs. TEM images were recorded at varying intermediate water contents when deionized water was added into T2 solution in 1,4-dioxane (1.0 g/L) at a rate of 36 mL/h. All dispersions were subsequently diluted with water to a polymer concentration of 0.1 g/L before TEM sample preparation and imaging.

为了验证这些纳米结构的光响应行为及材料的化学变化，研究团队利用460纳米的蓝色可见光对盘状高分子囊泡进行了照射。如图2所示，紫外-可见吸收光谱中硫代香豆素特征吸收峰的减弱和新峰的出现，证实了光引发的裂解反应极为高效。Confined双层膜环境中的强$\pi-\pi$堆积作用使得其吸收峰产生了显著红移。光解反应在 hydrophobic 微环境中原位释放出具有高亲核性的伯胺基团，并自发与邻近的酯键发生主链间酰胺化反应（无迹共价交叉联结）。红外光谱和核磁共振波谱的数据明确证实了酯键向酰胺键的转化。这一独特的机理使得囊泡在流体动力学直径仅微幅增加的情况下，不仅通过共价强化锁定了盘状形貌，还同时促使双层膜发生疏水向亲水的转变，显著提升了膜的渗透性。

(a) Proposed mechanisms for concurrent amidation-actuated crosslinking and hydrophobic-to-hydrophilic transition within hydrophobic domains. Upon visible light irradiation, photoactive thiocoumarin moieties are removed, producing primary amine functionalities within the hydrophobic domains of hierarchical nanostructures. Prominent interchain amidation reactions then occur, leading to covalent stabilization of polymeric assemblies, which is associated with significant hydrophobic-to-hydrophilic transformation. (b) Irradiation time-dependent UV-Vis absorbance spectra recorded for aqueous dispersion of PDs of T2 (0.1 g/L). (c) Intensity-average hydrodynamic diameters, <_D_h>, and (d) normalized scattering intensities recorded for aqueous dispersion of PVs of T1, PDs of T2, and FVs of T3 before and after photoirradiation with 460 nm LED light for 15 min. Data are presented as mean ± SD (n = 3). (e) FTIR and (f) 1H NMR spectra recorded for PDs of T2 before and after photoirradiation with 460 nm LED light for 15 min. The irradiated PD dispersion was then subjected to dialysis and lyophilization before running FTIR and 1H NMR. (g) Representative SEM images (scale bar: 200 nm) of an aqueous dispersion of PVs of T1, PDs of T2, and FVs of T3 at a concentration of 0.1 g/L before and after photoirradiation with 460 nm LED light for 15 min.

鉴于封闭的内腔具有装载亲水和疏水货物的潜力，研究团队进一步考察了不同形貌囊泡的细胞生物学行为。如图3所示，利用近红外荧光染料Cy7标记的共聚物进行细胞共培养实验表明，盘状高分子囊泡展现出了显著优于花状和穿孔囊泡的细胞内吞效率。这种形貌依赖性的摄取优势得益于盘状结构优异的表面积与体积比以及其特有的内在可变形性。液体原子发射显微镜的纳米力学测试也印证了高弹性对细胞膜易穿透性的贡献。生物化学抑制剂实验进一步揭示，该盘状囊泡主要通过巨胞饮作用和动力蛋白依赖性内吞作用等多条途径协同进入活细胞内部。

(a) Chemical structure of fluorescent Cy7-labeled BCPs. (b) Representative time-dependent CLSM images (scale bar: 10 µm) of HepG2 cells upon incubation with PDs and PVs of T4-Cy7 as well as FVs of T5-Cy7, respectively. (c) Variations of normalized fluorescence intensities within HepG2 cells as quantified from CLSM observations. Data are presented as mean ± SD (n = 3). Statistical significance was assessed by one-way ANOVA followed by Tukey's multiple-comparison test. ****p <* 0.001.

最后，研究团队在活细胞和体内水平展示了这种光控纳米载体的空间精准递药能力。如图4和图5所示，团队利用笼状醌氰素（QCy）和四甲基罗丹明（TMR）双荧光报告系统，在 HepG2 细胞内部成功可视化了光触发的酰胺化释放过程。在将抗癌药物阿霉素（DOX）以及不同分子量的荧光染料共同包裹进盘状囊泡后，共聚焦显微镜观察表明，在无光照的暗处条件下药物几乎不发生泄漏；而一旦施加空间精确定位的可见光微区照射，囊泡膜的渗透性被瞬间打开，小分子的阿霉素和DAPI迅速释放并富集于细胞核中，而大分子量的右旋糖酐因尺寸效应仍被完美截留在囊泡内部。这种在维持囊泡结构完整性的同时实现小分子药物按需释放的特质，显著提高了对癌细胞的光控细胞毒性。小鼠体内实验也证实，这些囊泡在完成肝脏等免疫器官的靶向富集后能够被渐进式代谢清除，展现出优异的生物相容性。

(a) Schematics of photo-triggered traceless crosslinking and permeability switching of membranes of fluorescent PDs coloaded with nucleus-staining small molecule DAPI dye (277 Da) and TR-Dextran (MW ≈ 10 kDa) inside live cells. Visible light irradiation triggers DAPI release from PDs due to synchronized bilayer crosslinking and permeabilizing, whereas TR-Dextran is retained within the discocytes owing to its large size. (b) Representative CLSM images (scale bar: 10 µm) recorded for HepG2 cells upon incubation with DAPI and TR-Dextran coloaded PDs of T4-Cy7 at 37°C. Upon 12 h incubation, the DAPI and TR-Dextran coloaded PDs were removed, followed by washing and replacing with fresh culture medium. After image acquisition (upper panel), a single cell inside yellow box was exposed to irradiation using embedded 514 nm laser in CLSM for 2 min, followed by additional incubation for 30 min (lower panel).

(a) Schematics of self-assembly and drug encapsulation to prepare DOX-loaded discocytes for photo-triggered crosslinking and drug release. (b) In vitro DOX release profiles from drug-loaded PDs in the absence or presence of irradiation with 460 nm LED light for 15 min. Data are presented as mean ± SD (n = 3). (c) Representative CLSM images (scale bar: 10 µm) recorded for HepG2 cells upon incubation with DOX-encapsulated PDs of T4-Cy7 at 37°C. After 12 h incubation, DOX-loaded PDs were removed, followed by washing and replacing with fresh culture medium. Following image acquisition (upper panel), cells were exposed to irradiation using embedded 514 nm laser in CLSM for 2 min, followed by additional incubation for 10 min (middle panel) and 30 min (lower panel). (d) Relative viability of HepG2 cells after treatment with DOX-loaded PDs of T2 or free DOX. After incubation for 24 h, DOX-loaded PDs and free DOX were removed, followed by washing and replacing with fresh culture medium. For photoirradiation, HepG2 cells treated with DOX-loaded PDs were exposed to 460 nm LED light for 15 min. All samples were then incubated for an additional 48 h prior to the metabolic assay. Data are reported as mean ± SD (n = 3).

总结及展望

该研究成功构建了一个包含5种不同形貌的可见光响应型高分子组装体库，并首次实现了高度模拟红细胞几何形貌的盘状高分子囊泡的自下而上可控构筑。通过独特的可见光触发双层膜“原位酰胺化克罗斯联结”机制，完美解决了非球形囊泡在生物体内应用时结构不稳定与药物快速释放之间的矛盾。这种兼具形状优势、高内吞效率、共价强化锁定以及空间光控选择性渗透的智能纳米平台，为开发新一代具有程序化形貌和长效诊疗一体化功能的精密给药系统奠定了重要的前沿基础。

【Angew.Chem.】中国药科大学王凯波、孔令义、卞金磊联手湖南大学郑克威|突破“不可成药”靶点！科学家设计新型平行 G-四联体稳定剂，实现 20 倍抗癌活性提升

Tue, 02 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】中国药科大学王凯波、孔令义、卞金磊联手湖南大学郑克威|突破“不可成药”靶点！科学家设计新型平行 G-四联体稳定剂，实现 20 倍抗癌活性提升

文章标题： Structure-Informed Design of Distinct Parallel G-Quadruplex Stabilizers for KRAS-Driven Cancer Therapy

通讯作者： Kai-Bo Wang, Ling-Yi Kong, Kewei Zheng, Jinlei Bian

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.8271527

文章概要

引言

在人类恶性肿瘤中，KRAS 癌基因的突变和过表达是驱动癌细胞无节制增殖的核心因素。尽管针对某些特定突变如 KRAS-G12C 的抑制剂已获批临床，但它们对非 G12C 突变株无能为力，且极易产生耐药性，因此开发广谱且高效的 pan-KRAS 抑制策略迫在眉睫。位于 KRAS 启动子区域的非规范四链二级结构——G-四联体（G4），作为调控基因转录的天然“开关”，成为了极具前景的抗癌靶点。通过小分子配体稳定 folded 状态的 G4 结构能够有效下调 KRAS 的表达，然而现有的 G4 靶向配体大多缺乏足够的结构多样性与生物活性。为了打破这一瓶颈，研究团队从天然产物库中筛选出全新骨架，并基于高分辨率结构信息进行了理性的分子优化，成功开发出兼具高亲和力与强效抗肿瘤活性的新型 G4 稳定剂。

Identification of dehydroevodiamine (DEE) as a distinct KRAS-G4-binding ligand. (a) Structure of the human KRAS gene promoter (left). The guanine runs involved in forming the major KRAS-G4 are highlighted in gray. The folding topology of KRAS-G4 adopted by the Pu24m1 sequence (right). (b) Thermal stabilization (Δ_T_m) of KRAS-G4 induced by 445 compounds, measured via FRET-melting assay. The data shown are the average values from the three independent experiments. DEE is marked in orange. Conditions: 200 nM labeled DNA, 10 µM compounds, 100 mM K+, pH 7. (c) The botanical origin and chemical structure of DEE. (d) 1D 1H-NMR spectra showing the imino region of KRAS-G4 upon incremental addition of DEE. Conditions: 150 µM DNA, 50 mM K+, pH 7, 25°C. (e) Select regions of 2D-NOESY spectra of the 2:1 KRAS–G4–DEE complex showing intermolecular cross-peaks between DEE and KRAS-G4 imino protons. Conditions: 1.6 mM DNA, 10 mM K+, pH 7, 25°C. (f) Predicted binding mode of DEE to KRAS-G4 (PDB ID: 7X8O): overall binding pose (left) and detailed interaction view (right).

主要实验及结论

研究人员首先通过高通量荧光共振能量转移熔解温度分析（FRET-melting assay）对包含 445 个化合物的内部天然产物库进行了盲筛，结果表明从吴茱萸中分离得到的喹唑啉生物碱——去氢吴茱萸碱（DEE）显示出独特的 KRAS-G4 稳定潜能。在基础表征中，一维氢谱（1D 1H-NMR）滴定和圆二色谱（CD）证实了 DEE 与 KRAS-G4 形成了单一且稳定的复合物，并保持了其平行的 G4 拓扑结构。结合分子对接与分子动力学（MD）模拟，研究团队揭示了 DEE 具有“甲基向外”和“甲基向内”的双模态结合机制。鉴于游离的 DEE 细胞毒性相对较弱，团队以此结构为起点展开了理性优化，通过移除 N14 位甲基以增强膜渗透性，并在 N13 位引入柔性氨烷基侧链以利用 G4 的宽敞沟槽。最终成功合成出 15 种新型衍生物，其中化合物 7i 表现最为优异，较母体化合物实现了 9 倍的亲和力提升以及高达 20 倍的抗增殖活性改善。

Design and evaluation of DEE derivatives targeting the KRAS-G4. (a) Rational design strategy for DEE derivatives. Small substituents (e.g., fluoro, methoxy) were introduced at the two circled positions on the DEE scaffold to modulate electronic properties and steric bulk. Diverse side chains were introduced at the circled and arrowed sites on the DEE to enhance the binding affinity. (b) 1D 1H-NMR spectra showing the imino region of KRAS-G4 upon addition of 3 equivalents of DEE derivatives. Conditions: 150 µM DNA, 50 mM K+, pH 7, 25°C. (c) CD spectra (left) and CD thermal melting curves (right) of KRAS-G4 with and without compounds 7i and 7f. Conditions: 20 µM DNA, 80 µM compound, 15 mM K+, pH 7. (d) The Δ_T_m values of DEE derivatives against KRAS-G4 and antiproliferative activity of the selected derivatives. Cells were incubated with different concentrations of corresponding compounds for 3 days, with berberine as positive control. IC50 values were given as the mean ± SD (n = 3). NT means not tested.

为了阐明这种活性激增的底层结构奥秘，研究团队利用二维核磁共振波谱法（2D NMR）成功解析了 KRAS–G4–7i 结合复合物的高分辨率溶液结构（PDB ID: 22YQ）。结构分析显示，该复合物呈现出前所未见的双重结合模式：化合物 7i 的芳香核心在 5′-端和 3′-端与外层的 G-四联体平面进行强烈的 π–π 轴向堆积，与此同时，其精心设计的侧链定向投射进由回路和四联体核心构成的沟槽区域。在 5′-端，7i 的亚氨基与 G13 的磷酸基团形成了精确的氢键；在 3′-端，其甲氧基和羟基则分别与 A23 和 G11 建立了稳固的氢键网络。这种芳香核外层堆积与侧链特异性沟槽结合的协同效应，赋予了 7i 极高的靶向选择性，使其能够选择性地结合平行拓扑结构的 G4，而对其他构型的 G4 或发卡 DNA 几乎不产生作用。

Binding selectivity of compound 7i and structure-activity relationship analysis. (a) The binding affinity of the selected compounds for KRAS-G4. (b) The selectivity of compound 7i toward different G4s and hairpin DNA. ND means not determined. (c) Structure-activity relationship analysis of DEE derivatives.

The NMR spectra of the KRAS–G4–7i complex. (a) The H1−H8 (top) and H1−H1 (bottom) regions and (b) H1′−H6/H8 region of the KRAS–G4–7i complex in 10 mM K+ buffer from the 2D-NOESY spectrum with a sequential assignment pathway at 25°C. The missing connectivities are marked with asterisks. (c) 1D 1H-NMR spectra showing the imino region of the KRAS–G4–7i complex with the assignment at 15°C, 25°C, and 35°C. The G-tetrad imino proton signals at the 5′-end, middle, and 3′-end are marked in blue, black, and red, respectively. (d) Selected regions of 2D-NOESY spectra (35°C) of the 1:2 KRAS–G4–7i complex in H2O showing intermolecular cross-peaks between 7i and KRAS-G4 imino protons. Conditions: 1.6 mM DNA, 10 mM K+, pH 7. (e) Model diagram of the KRAS–G4–7i complex.

NMR solution structures of the KRAS–G4–7i complex. (a) A representative refined KRAS–G4–7i complex structure is shown in a surface view. (b) Superposition of the 10 lowest-energy NMR solution structures of the KRAS–G4–7i complex. (c) A refined KRAS–G4–7i structure is depicted in cartoon representation (PDB ID: 22YQ). (d, e) Top and side views of the 5′-end and 3′-end of the KRAS–G4–7i complex. Orange, 7i; gray, guanine; violet, adenine; tv_blue, thymine; pale yellow, cytosine. Potential hydrogen bonds are shown as dashed lines.

在细胞及生物学功能验证层面，DNA 聚合酶阻断实验（DPSA）率先证实了 7i 能够在长链基因组 DNA 序列中浓度依赖性地诱导并稳定 KRAS-G4 结构的形成。随后的定量逆转录 PCR（qRT-PCR）结果表明，7i 处理不仅显著下调了结直肠癌细胞株中 KRAS 的 mRNA 转录水平，还同步抑制了 BLM、NEIL3 和 hTERT 等多个富含 G4 启动子基因的表达。细胞免疫荧光实验进一步显示，7i 导致细胞核内 G4 特异性肽（G4P）信号大幅增强，并诱发了高密度的 γH2AX 染色质病灶，这直接证明该化合物在全基因组范围内实现了 G4 的广泛稳定，进而引发了严重的复制应激及 DNA 双链断裂。最终，在更贴近临床的患者来源结直肠癌肿瘤类器官（PDO）模型中，7i 以 4.5 µM 的半数抑制浓度（IC50）展现出强大的肿瘤生长抑制和诱导细胞死亡的能力，并再度证实了其在三维组织水平上对 KRAS 的转录抑制功效。

Effects of compound 7i on KRAS-G4-mediated biological function. (a) DNA polymerase stop assay under different concentrations of K+ and 7i (in a 5 mM K+-containing solution). (b) The KRAS mRNA levels with and without 7i treatment in HT29 and HCT116 cells for 8 h. DMSO (< 0.1%) was used as the negative control. The experiments were run in triplicate. Data are presented as mean values ± SD. (c) Representative immunofluorescence images (63×, left) of HT29 cells after treatment with 7i (10 µM) for 8 h and quantitative analysis histogram (right). (d) Representative images of colorectal cancer organoids after treatment with 7i (10 µM) for 7 days. DMSO (< 0.1%) was used as the negative control. (e) The growth area and (f) Relative organoid sizes after treatment with increasing concentrations of compound 7i. (g) The KRAS mRNA levels with 7i treatment in tumor organoids for 8 h. DMSO (< 0.1%) was used as the negative control. The experiments were run in quadruplicate. Data are presented as mean values ± SD. P values (p < 0.01, *p < 0.001, ****p < 0.0001) were determined relative to negative control using two-tailed Student's t-test.

总结及展望

该研究通过“活性筛选-结构解析-理性设计-功能验证”的完整闭环，成功将一种活性平平的天然生物碱改造成为了极具开发前景的前沿抗癌先导药物。高分辨率 NMR 溶液结构的破解，不仅为科学界提供了一种前所未知的 G-四联体小分子“平面堆积-沟槽锁定”双重结合范式，更为未来靶向平行 G4 结构的小分子药物研发构建了明确的结构框架。这一基于调控基因转录源头的全新策略，有望打破临床上 pan-KRAS 抑制剂缺乏的僵局，为攻克 KRAS 驱动的顽固性恶性肿瘤开辟了替代性的靶向化疗新途径。

【Angew.Chem.】中科院化学所于贵、王吉政|冲击26.33%效率巅峰！自由基功能化COFs赋能反式钙钛矿太阳能电池新突破

Mon, 01 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】中科院化学所于贵、王吉政|冲击26.33%效率巅峰！自由基功能化COFs赋能反式钙钛矿太阳能电池新突破

文章标题：Enhancing Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells Through Electron-Rich Covalent Organic Frameworks Radicals

通讯作者：Jizheng Wang, Gui Yu

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.3920745

文章概要

引言

在过去十年中，钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本成为光伏领域的研究焦点。然而，传统钙钛矿薄膜在制备过程中往往伴随着结晶速度难以控制、非辐射复合中心多以及晶界缺陷严重等问题，这极大地限制了器件性能的进一步提升。为了同时解决结晶动力学调控、缺陷钝化和能级对齐等核心挑战，研究人员将目光投向了具有周期性结构和可调物化特性的二维共价有机框架材料。尽管自由基材料因其独特的开壳电子结构和增强的电子离域效应在光电领域备受关注，但此前尚未有将自由基功能化共价有机框架引入钙钛矿太阳能电池的尝试。

The design, synthesis, and characterization of COFFAT and COFRad. (a) Synthetic routes of COFFAT and COFRad. (b) Schematic diagram of the interaction and charge transfer between COFs and perovskites (not to scale). (c) EPR spectra of COFFAT and COFRad powder. (d) DFT modeling of the interaction between the perovskite (100) plane with COFFAT. (e) Pb 4f XPS spectra of control and COFs-treated perovskite films. (f) I 3d XPS spectra of control and COFs-treated perovskite films.

主要实验及结论

研究团队首先通过胺醛缩合反应成功设计并合成了一种富电子的二维共价有机框架材料，随后通过简单的一步后氧化处理，在其框架和孔隙中引入了稳定离域的氮阳离子自由基，成功制备出自由基功能化的共价有机框架材料。这种新型材料由于自由基的引入，不仅大幅缩窄了光学带隙（从2.23 eV降至1.78 eV），显着增强了电荷转移能力，还优化了钙钛矿薄膜的能级排列。多项表征结果表明，该材料结构中丰富的配位位点能够与钙钛矿 precursor 溶液中的铅离子和碘离子产生强烈的路易斯酸碱相互作用及静电耦合，从而在初期加速钙钛矿的有效成核并减缓后续晶体生长，最终获得大晶粒、少晶界的优质薄膜。

The dynamics of perovskite nucleation and crystallization. (a) Schematic illustration of the formation processes for the perovskite film before and after COFs modification (not to scale). (b‒d) In situ PL spectra of the (b) control, (c) COFFAT-, and (d) COFRad-treated films during the spin-coating process. (e‒g) In situ PL spectra of the (e) control, (f) COFFAT-, and (g) COFRad-treated films during the annealing process.

为了实时监测晶体演化过程，研究人员采用了先进的原位光致发光光谱和原位广角X射线散射技术。原位测试结果直观地揭示了该共价有机框架材料在调控结晶动力学方面的卓越表现，它成功抑制了不稳定的黄相杂质，促进了黑相钙钛矿在室温下的快速形成，并显著增强了最终薄膜的结晶度。此外，高分辨透射电镜进一步证实了该二维框架材料主要均匀分布在钙钛矿的晶界处。这种结构嵌入与化学钝化的双重效应，使得薄膜内部的非辐射复合损耗被有效抑制，荧光寿命获得了大幅延长。

Characterization of the control, COFFAT- and COFRad-treated perovskite films. (a‒c) Top-view SEM images with inset showing the corresponding grain size distribution. (d‒f) The structural evolution monitored by azimuthally integrated in situ GIWAXS during heating from RT to 100 °C using the as-deposited thin films. (g) HRTEM image of COFRad-treated perovskite films, the inset is the SAED patterns. (h) The cross-sectional cryo-TEM image of the COFRad-treated perovskite films. (i) The dextral lattice fringe images collected from the corresponding regions in (h). (j) The corresponding intensity profile in (i).

Effect of COF doping on the photoelectric properties of perovskite films. (a–c) 2D TA spectra of the (a) control, (b) COFFAT, and (c) COFRad-added perovskite films. (d) Steady-state PL spectra of the control, COFFAT- and COFRad-treated perovskite films deposited on glass. (e) UPS spectra of the control and COFs-treated perovskite films. (f) The energy levels of the VBM and CBM obtained from the UPS spectra for the control and COFs-treated perovskite films.

在光电性能和器件测试方面，基于这种新型自由基共价有机框架材料制备的反式钙钛矿太阳能电池展现出了极为惊艳的性能表现。实验测得其实验室效率高达26.33%（经第三方权威机构认证的效率为25.98%），这是迄今为止报道的基于共价有机框架材料修饰的钙钛矿太阳能电池的最高效率之一。由于薄膜结晶质量的飞跃和晶界缺陷的完美钝化，器件的开路电压和填充因子获得了显著提升，且几乎不存在明显的迟滞现象。同时，电化学阻抗谱和暗电流测试也进一步证明了器件内部更低的串联电阻和更高的复合电阻，意味着载流子可以更加顺畅、高效地实现垂直提取。

Device structure and performance of the inverted PSC with COFs addition. (a) Device structure of the inverted PSC. (b) Cross-section SEM of the inverted PSC. (c) J–V curves of p–i–n PSCs at laboratory scale. (d) EQE curves of the COFRad-treated devices. (e) Efficiency statistics and (f) SPO curves of the control and COFs-treated devices. (g) Dependence of _V_oc on light intensity. (h) Nyquist plots and (i) Dark J–V curves. (j) Mott–Schottky plots. (k) Environmental stability at 20% relative humidity of controlled and COFs-treated devices. (l) Light stability of unencapsulated controlled and COFs-treated devices. m Thermal stability of controlled and COFs-treated devices.

除了效率的重大突破，自由基共价有机框架的引入还全方位巩固了器件在严苛环境下的长期稳定性。得益于该材料富含芳香环的疏水性骨架以及对晶界处离子迁移的有效阻隔，未封装的器件在85°C的高温热加速老化1000小时后，依然能够保持初始效率的88%。在20%相对湿度的大气环境以及持续的一太阳光照下长期运行，器件同样展现出了超越常规对照组的耐受力，展示出其在未来商业化大面积制造和实际应用中的巨大产业化潜力。

总结及展望

这项研究工作成功实现了自由基功能化共价有机框架材料在钙钛矿太阳能电池领域的首次集成应用。通过巧妙的结构设计与电荷状态调控，该多功能材料不仅完美解决了钙钛矿薄膜生长过程中的结晶控制与界面钝化难题，更在大幅提升电池能量转换效率的同时，为其长期运行稳定性提供了坚实的屏障。这一兼具基础科学意义与工程应用价值的创新成果，为未来开发高效、稳定的下一代新型光电器件以及光伏制造中的添加剂工程开辟了一条崭新的设计思路。

【Angew.Chem.】北化徐博伟联手首都师范安存彬|刷新纪录！通过非共价构型锁引发聚集诱导掺杂增强，有机太阳能电池效率突破 20.28%

Mon, 01 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】北化徐博伟联手首都师范安存彬|刷新纪录！通过非共价构型锁引发聚集诱导掺杂增强，有机太阳能电池效率突破 20.28%

文章标题： Aggregation-Induced Doping Enhancement Enabled by Non-Covalent Conformation Locking on Conjugated Polyelectrolyte Toward Efficient Hole Collection in Organic Solar Cells

通讯作者： Cunbin An, Bowei Xu

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.1334595

文章概要

引言

在有机太阳能电池领域，寻找一种兼具非腐蚀性且适用于大面积制备的阳极界面层材料，是推动其走向工业化应用的关键课题。长期以来，传统的 PEDOT:PSS 材料因其强酸性和吸湿性极易造成电池器件内部界面的腐蚀，从而严重损害电池的长期稳定性。共轭聚电解质因其优异的溶液可加工性和可调的光电特性，成为了极具潜力的替代者，但大多共轭聚电解质由于固有的掺杂密度低、导电性差，容易导致严重的电荷复合。为了打破这一瓶颈，研究团队创新性地提出了一种聚集诱导掺杂增强策略，利用分子间的有序聚集来大幅提升材料的固有导电性能，从而为开发高性能、厚度不敏感的阳极界面材料开辟了全新途径。

(a) Three representative strategies to enhance backbone planarization for conjugated polymers. (b) The structural formula of the designed CPEs. (c) Molecular configuration, ESP distribution and plane angle of the geometry-optimized structures for the CPEs.

主要实验及结论

研究人员设计并合成了一系列具有高度共平面主链结构的共轭聚电解质材料。在分子设计上，团队通过引入非共价的 $S\cdots O$ 和 $S\cdots F$ 相互作用作为分子内的“构型锁”，从而有效地限制了聚合物主链的扭曲。静电势分布计算与相互作用区域指示函数分析共同证实，这些强烈的非共价吸引力成功赋予了分子极为优异的共平面性，为电荷沿主链的高效传输搭建了“高速公路”。原位紫外-可见吸收光谱监测则进一步揭示了膜形成过程中的动力学行为，随着溶剂的挥发，分子间发生强烈的聚集，使得吸收峰发生显著红移，这表明溶液加工过程能够有效诱导分子聚集并增强 p 型自掺杂效应。

(a) UV–Vis absorption spectra of the four CPEs in methanol solution and as thin-film. (b, c) The time-dependent contour maps of in situ UV–Vis absorption spectra for the CPEs. (d) Energy level diagram of the CPEs. (e) Doping density of the four CPEs in different states. (f) Radar chart of property parameters for the CPEs.

为了深入探究固态膜内的微观聚集结构与掺杂密度的关联，研究团队采用了二维掠入射广角 X 射线散射技术和电子顺磁共振谱进行表征。散射结果清晰地显示，得益于非共价构型锁带来的高共平面性，这几种材料展现出了高度有序的层状排列，其中最具代表性的聚合物 PEP-2SF 展现出了低至 3.53 Å 的紧密 $\pi-\pi$ 堆积距离，并且其空间电荷限制电流法测得的空穴迁移率明显优于常规对照材料。实验表明，这种紧凑且长程有序的晶格排列不仅能够显著降低材料内部的能量畸变，还能极大地稳定解离后的极化子，从而在空间结构层面上实现了本质的电荷传输性能跨越。

(a–d) 2D GIWAXS patterns of the CPEs. (e) Corresponding 1D line profiles along the IP and OOP directions. (f) CCL values for each diffraction plane and the π–π stacking distances of the CPEs. (g) Number of repeating lattice planes (_N_unit). (h) Charge-carrier mobility of the CPEs by SCLC method.

在基础性能得到大幅优化的前提下，研究人员进一步引入多酸进行外在掺杂，并将其作为阳极界面层应用在有机太阳能电池器件中。光电子能谱和电导率测试结果表明，经过多酸掺杂后的 PEP-2SF:P 复合薄膜工作函数得到了显著提升，不仅展现出极佳的能级匹配度，其电导率更是飙升至 $4.34 \times 10^{-2}\text{ S/m}$。基于 D18:L8-BO 活性层体系制备的传统结构太阳能电池器件最终成功实现了 20.28% 的光电转换效率，这一数值名列当前有机太阳能电池光伏效率的前茅。同时，瞬态光电压与瞬态光电流等动力学测试也证实，该界面层能够提供更低缺陷密度的接触界面，显著加快空穴的提取速度并抑制双分子复合。

(a) 1D profiles out of plane and in plane of the condensed structure of the blended films. (b) UPS spectra of the blended films. (c) WF values, (d) conductivities, (e) ESR spectra of CPE and their composites. (f) AFM height images of the blended films-modified ITO.

得益于该材料独特的聚集诱导掺杂所带来的高电导率，该界面层展现出了极其优异的厚度不敏感性，即使将薄膜厚度增加至 27 纳米，器件依然能够保持 19.19% 的极高效率。这种对工艺厚度的高容忍度使其在大面积滚动制备中具有极大的应用优势。研究团队利用刮涂技术成功制备了面积为 1.2 平方厘米的大面积电池器件，并录得了 17.31% 的优异光电转换效率，且多次独立重复实验的偏差极小，展现出超越常规器件的制备可重复性。在稳定性方面，该界面层的中性环境使其免受酸性腐蚀影响，在经历长达 288 小时的高湿环境以及持续光照加热老化后，器件仍能维持绝大部分的初始效率，彻底解决了Indium元素的界面迁移与电极腐蚀问题。

(a) J–V characteristics with D18:L8-BO. (b) EQE spectra. (c) Nyquist plots of impedance spectra. (d) Light intensity dependence of VOC. (e) J_ph–V_eff curves. (f) Comparison of the corresponding TPV and TPC parameters. (g) Mott−Schottky plots (solid lines represent the linear fitting). (h) The box plots of the photovoltaic parameters for PEDOT:PSS and PEP-2SF:P.

(a–c) Two-dimensional TA color plots excited at 800 nm. (d–f) The spectra at different delay times. (g) Normalized kinetic traces of these bilayers probed at 580 and 720 nm.

总结及展望

这项工作成功展示了通过分子内非共价构型锁引发聚集诱导掺杂增强的全新机制。通过协同调控分子构型、晶体堆积和电子取代基效应，不仅打破了传统界面材料在工作函数与掺杂密度之间的权衡限制，更在实际器件中实现了效率、面积可扩展性以及长期稳定性的全面突破。这种从分子设计出发调控微观聚集态结构的策略，为下一代高效、稳定的印刷有机光电器件商业化工业生产提供了极具价值的指导方案。

【Adv.Mater.】吉林大学王晓峰等|羟基界面工程赋能钙钛矿太阳能电池实现26.6%超高效率

Mon, 01 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】吉林大学王晓峰等|羟基界面工程赋能钙钛矿太阳能电池实现26.6%超高效率

文章标题：Hydroxyl Interfacial Engineering for Self-Assemble Monolayers Anchoring on $NiO_x$ Enables Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

通讯作者：Lin Yang, Xiao-Feng Wang

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73656

文章概要

引言

反式钙钛矿太阳能电池因其卓越的能量转换效率和长期运行稳定性，已成为当前光伏领域的研究热点。然而，其性能进一步提升的关键瓶颈在于自组装单分子层（SAM） hole 传输层在氧化镍（$NiO_x$）基底上的覆盖率不足且结合力较弱，导致界面电荷复合严重。传统氧化镍表面缺乏足够的羟基锚定点，且与SAM分子间的结合能较低，在热应力下极易发生分子解吸附。为了克服这一固有缺陷，研究团队创新性地提出将羟基化碳化钒MXene（$V_2C\text{-}OH$）引入氧化镍纳米颗粒中，通过界面工程大幅增加羟基位点，构建出均匀、致密且稳定的SAM层，为开发高效稳定的反式钙钛矿电池开辟了新途径。

主要实验及结论

研究人员首先通过精细的化学改性成功合成了富含羟基的单层$V_2C\text{-}OH$ MXene nanosheets。实验表明，这种改性不仅未破坏MXene的固有晶格结构，还通过部分取代氟基团显著增加了表面的羟基含量，使得材料展现出高电导率与优异的胶体分散稳定性。

(a) Schematic diagram of the synthesis process of hydroxylated V2CTx MXene. (b) XRD patterns of V2AlC MAX, V2CTx MXene, and V2C-OH MXene. (c) Fourier transform infrared (FTIR) spectra, (d) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) survey spectra of V2CTx MXene and V2C-OH MXene (“*” represents the Na KLL Auger signal). High-resolution XPS spectra of (e) O 1s, f) C 1s, and (g) V 2p for the V2CTx MXene and V2C-OH MXene.

在界面结构与稳定性测试中，通过循环伏安法（$C\text{–}V$）计算发现，掺杂后的混合基底上SAM分子的吸附面密度大幅提升了46.8%。第一性原理计算进一步证实，$V_2C\text{-}OH$与SAM分子间的结合能是原生氧化镍的两倍。高温接触角演变实验直观地证明了这种强化学键合的威力，在85°C持续退火48小时后，传统基底上的SAM分子严重解吸附导致疏水性骤降，而混合基底系统仅表现出微小的接触角变化，展现出超凡的热稳定性。

(a) Cyclic voltammograms of NiOx/2PACz and Mixed/2PACz under different voltage scan rates. (b) The relationship between the oxidative peak current and the voltage scan rate for NiOx/2PACz and Mixed/2PACz. (c) The calculated binding energy of 2PACz absorbed on the NiOx and V2C-OH. (d) The water contact angles of NiOx and Mixed, as well as their temporal evolution after being coated with 2PACz and subjected to annealing at 85°C.

同时，瞬态吸收光谱和电学表征显示，混合薄膜成功清除了因氧化镍复杂缺陷产生的激发态吸收信号，不仅使薄膜电导率由$9.93 \times 10^{-4}\text{ mS/cm}^2$提升至$1.41 \times 10^{-3}\text{ mS/cm}^2$，还通过更深的功函数优化了能级对齐。

(a) Femtosecond transient absorption (fs-TA) spectra at different time delays, (b) high-resolution XPS spectra of Ni 2p3/2, (c) Kelvin probe force microscopy (KPFM) images of NiOx and Mixed films. (d) Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) spectra of NiOx/2PACz and Mixed/2PACz. (e) Schematic representation of the band edge positions of HTLs based on values from UPS measurements, referenced to the vacuum level. EVAC and ECBM represent vacuum level and conduction band minimum, respectively (f) I–V curves of ITO/HTLs/Au devices.

为了进一步可视化电荷提取过程，团队设计了一种独特的双基底沉积策略，在同一块玻璃滑片上同时制备两种薄膜。利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和荧光寿命成像，在一瞥之间直接观测到同一块钙钛矿薄膜在混合基底区域展现出极速的荧光猝灭，直接证实了该系统在皮秒级时间尺度上具有更快的激子提取动力学。

(a) Schematic diagram of spin-coating NiOx and Mixed films on two halves of a single glass slide by tape masking. (b) CLSM images and (c) PL mapping of one perovskite film deposited on a film in which NiOx and Mixed coexist. (d) TRPL spectra of perovskite films deposited on glass, NiOx/2PACz, and Mixed/2PACz. (e) fs-TA spectra and (f) corresponding fs-TA spectra at different delay times of perovskite films deposited on NiOx/2PACz and Mixed/2PACz.

这种高度有序且紧密排列的SAM界面进一步诱导了钙钛矿晶体的规范化生长。扫描电镜（SEM）与广角X射线散射（GIWAXS）分析表明，钙钛矿薄膜的晶粒尺寸明显增大，呈现出有利的垂直取向以及优选的[001]晶面定向排列，近乎完全消除了残余应力导致的晶格畸变，使空间层内部的缺陷态密度骤降。

(a) Top-view and cross-sectional SEM images of NiOx/2PACz/PVK and Mixed/2PACz/PVK. (b) Schematic diagram of charge transport and the morphology of substrate, 2PACz, and perovskite layers. (c) Top-view AFM image and (d) GIWAXS patterns of perovskite films deposited on NiOx/2PACz and Mixed/2PACz. (e) Schematic diagram of randomly oriented and highly oriented perovskite films on NiOx/2PACz and Mixed/2PACz substrates.

最终的光伏性能测试结果表明，基于该复合空穴传输层的器件实现了26.6%的极限转换效率（认证效率达26.2%），并且在1平方厘米的大面积器件中也稳稳实现了24.7%的高效率。在稳定性方面，未封装的器件在85°C的高温环境下运行1800小时后仍能保持初始效率的90%以上，在常温强光连续照射1600小时后保留了91.21%的效率，表现出极其惊人的耐湿热与光照稳定性。

(a) J–V curves in reverse and forward scanning for 0.0524-cm2 PSCs based on NiOx/2PACz and Mixed/2PACz HTLs. (b) Certified J–V curves for 0.0524-cm2 PSCs based on Mixed/2PACz HTL by Tianjin Institute of Metrological Supervision and Testing (TIMST). (c) J–V curves for 0.0524-cm2 PSCs based on NiOx/2PACz and Mixed/2PACz HTLs. (d) Normalized PCE of unencapsulated devices stored in Ar atmosphere at 85°C. (e) MPP tracking of unencapsulated devices under AM 1.5 simulated solar illumination in ambient atmosphere.

总结及展望

这项工作成功展示了通过引入羟基化$V_2CT_x$ MXene来重塑氧化镍表面的宏伟蓝图。该策略不仅从根本上解决了SAM分子层在传统金属氧化物基底上锚定不牢、覆盖不均的顽疾，更通过自下而上的全链条界面调控，实现了钙钛矿晶体生长质量与界面电荷传输速率的飞跃。这种羟基界面工程展现出了极强的通用性，不仅为各种类型的自组装单分子层优化提供了普适性方案，也为推动反式钙钛矿太阳能电池走向大规模产业化应用奠定了坚实的科学基础。

【Nat.Rev.Mater.】新加坡国立刘斌|高性能有机光敏剂分子设计的3大机制与机器学习自驱动发现前沿综述

Mon, 01 Jun 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Rev.Mater.】新加坡国立刘斌|高性能有机光敏剂分子设计的3大机制与机器学习自驱动发现前沿综述

文章标题：Molecular design for high-performance organic photosensitizers

通讯作者：Bin Liu (刘斌)

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41578-026-00930-6

文章概要

引言

有机光敏剂作为一类能够吸收光能并将其转化为化学或生物效应的独特分子，在生物医药中的光动力治疗、能源转化、环境治理以及光催化合成等众多前沿领域中发挥着举足轻重的作用。其核心价值在于其高度可调的分子结构以及多样的激发态动力学行为，使得科学家能够针对特定环境精确调节其光物理和 photochemical 过程。然而，由于缺乏对分子结构与光物理性质之间复杂关系的深刻理解，传统的光敏剂开发长期依赖于繁琐的经验性筛选，这在很大程度上限制了高性能光敏剂的理性设计与突破。为了系统性解决这一痛点，将先进的机器学习技术引入光敏剂的预测性工作流，正在推动该领域从经验筛选向数据驱动的智能设计发生深刻的范式转变。

Fig. 1: Overview of the photosensitization mechanisms and the integration of machine learning to accelerate photosensitizer discovery.

The main photosensitization pathways are classified into three different groups: energy-transfer-based type II photosensitizers (PSs, top panel), electron-transfer-based type I PSs (left panel) and oxygen-independent PSs through direct substrate activation (right panel). Bottom panel: schematic machine-learning (ML) workflow for PS discovery. ISC, intersystem crossing; PS*, excited-state PS; S0, singlet ground state; S1, lowest singlet excited state; T1, lowest triplet excited state.

研究梳理与综述核心

在这篇系统性的综述中，作者首先梳理了有机光敏剂的核心光敏化机制，并将其归纳为三大主要路径。第一类是依赖氧气的II型机制，光敏剂通过能量转移将周围的基态氧转化为具有强氧化性的单线态氧。提升II型光敏化效率的关键在于优化系统间窜跃（ISC）效率，通过调控分子轨道的空间分离以降低单线态与三线态的能量差。重原子效应如碘取代，或硫代羰基取代等无重原子策略，以及引入扭曲分子构型和分子自组装工程，都是增强自旋轨道耦合、促进三线态捕获的有效分子设计手段。针对传统光敏剂在聚集态下极易发生发光剧烈猝灭的难题，聚集诱合发光（AIE）光敏剂通过分子内运动受限机制，在聚集态下仍能高效产生单线态氧，并通过供体-受体（D-A）微调、共轭桥延伸及 polymerization 反应，实现了多通道系统间窜跃的协同放大。此外，通过构建多生色团的能量转移体系，还能够实施吸收调制，显著增强其摩尔吸光系数并拓宽激发窗口。

Fig. 2: Representative structures and design strategies of type II photosensitizers.

a, Typical molecular structures of type II photosensitizers (PSs). b, Schematic illustration of highest occupied molecular orbital (HOMO)–lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) engineering for fine-tuned Δ_E_ST (singlet–triplet energy gap). c, Emerging strategies for facilitating the intersystem crossing (ISC) process: schematic illustration of ISC engineering via enhancing spin–orbit coupling (SOC) or reducing Δ_E_ST; heteroatom substitution; twisted molecular conformations; and aggregation-enhanced ISC through self-assembly of chromophores. d, Molecular engineering of aggregation-induced emission (AIE) PSs through D–A engineering, π-bridge extension and polymerization. e, Absorption modulation through the Förster resonance energy transfer (FRET) mechanism. A, acceptor; D, donor; S0, singlet ground state; S1, lowest singlet excited state; T1, lowest triplet excited state; TPE, tetraphenylethylene.

第二类是对氧气依赖性较低的I型机制，它通过激发态光敏剂与周围底物发生一系列电子转移，生成超氧阴离子自由基、羟基自由基和过氧化氢。由于I型机制需要激发态能量有效竞争过能量转移路径，其设计难度通常更高。目前主要的构筑策略包括能量转移阻断，即通过合理控制光敏剂的三线态能级，使其低于敏化氧气产生单线态氧的阈值，从而选择性地触发I型光路。同时，利用外围结构修饰进行电子转移编程，引入强吸电子或供电子基团作为“电子泵”或“电子水库”，能有效重塑激发态的电子流向。此外，通过聚集态下的同质分子自组装诱导对称性破缺电荷分离，或者在单分子内共价连接特异性电子供受体构建光诱导电荷分离体系，能够稳定生成自由基离子对，从而极大地加速I型活性氧物种的释放。

Fig. 3: Representative structures and design strategies of type I photosensitizers.

a, Typical structures of type I photosensitizers (PSs). b, Energy-transfer blocking strategy, in which synergistic intersystem crossing (ISC) enhancement and suppression of the energy-transfer pathway selectively facilitate type I reactive oxygen species (ROS) generation. c, Electron-transfer programming strategy, in which covalent incorporation of electron-donating or electron-withdrawing units directs excited-state electron flow towards type I ROS generation. d, Photoinduced charge separation strategy, in which intermolecular (top panel) or intramolecular (bottom panel) electron transfer generates radical pairs that drive type I ROS formation. D–A, donor–acceptor; ES, excited state; ET, electron transfer; GS, ground state; 1PS, singlet excited state; 3PS, triplet excited state; PS•−, photosensitizer anion radical; PS•+, photosensitizer cation radical; SOC, spin–orbit coupling; S0, ground state; S1, lowest singlet excited state; T1, lowest triplet excited state; Δ_E_ST, singlet–triplet energy gap.

第三类则是新兴的无氧激发机制，这类光敏剂能够在严重缺氧的环境中直接激活周围的底物，完美绕过了对外界分子氧的依赖，为解决生物体内肿瘤缺氧耐受性等极端环境应用提供了创新的分子解法。无氧光敏剂可细分为氧自给型和氧旁路型两种设计思路。氧自给型光敏剂主要通过模拟水氧化机制，利用光生空穴的强氧化电位将水直接氧化为氧气和氢离子，生成的氧气随即作为中间体在微环境中参与后续的活性氧转化，从而实现缺氧环境下的自循环光催化。氧旁路型光敏剂则通过精准的轨道能量匹配与空间紧密结合，将激发态的能量、电子或空穴直接输送给目标生物大分子或底物，引发特定化学键断裂或还原反应，实现高选择性的直接底物激活。此外，分子设计还可以扩展到多组分复合物体系，通过引入外部电子供体如血清白蛋白或电子受体如百里醌，动态调节电子和能量的分配格局，从而在不同活性氧路径之间实现智能的可控转换。

Fig. 4: Design strategies for oxygen-independent photosensitizers.

Typical thermodynamic (panel a) and kinetic (panel b) characteristics and reaction mechanisms of oxygen-independent photosensitizers (PSs), encompassing both oxygen self-sufficient and oxygen-bypassed PSs. Thermodynamic and kinetic design strategies of oxygen self-sufficient (panel c) and oxygen-bypassed (panel d) PSs. PS*, excited-state photosensitizer; RedPS, reduction potential of PS; RedSubstrates, reduction potential of substrates; S1, lowest singlet excited state; T1, lowest triplet excited state.

Fig. 5: Modulation of photosensitization pathways.

a–d, Schematic illustration of electron-transfer-based photosensitization pathway modulation, including electron donor-mediated photoinduced electron transfer (PET, panel a) and electron acceptor-mediated PET (panel c). Representative structures of electron donors (panel b) and electron acceptors (panel d) are presented. e,f, Schematic illustration of energy-transfer-based photosensitization modulation through FRET (panel e) and triplet–triplet energy transfer (panel f). A, acceptor; D, donor; ISC, intersystem crossing; PS, photosensitizer; TA, tertiary amine; TIPS, triisopropylsilyl.

为了彻底攻克光敏剂结构-性能关系难以捉摸的难关，机器学习（ML）正在成为加速新型分子发现的关键底座。在监督学习框架下，研究者利用分子指纹、前线轨道能量以及量子化学描述符，成功构建了能够高效预测氟硼荧（BODIPY）、卟啉和花菁等主流光敏剂家族量子产率与生物活性的分类与回归模型，并在百万级的大规模分子库中筛选出了性能优异的候选分子。进一步地，主动学习将图卷积网络代理模型与密度泛函理论计算紧密耦合，形成闭环反馈体系，通过贝叶斯优化在庞大的分子空间中迭代选择最具信息量的数据进行再训练，极大地提高了高性能分子的命中率。在此基础上，深度生成模型引入强化学习算法，能够从断裂的化学片段或SMILES字符串中从头构筑满足吸收波长与能量激发双重约束的全新分子骨架，彻底打破了传统合成库的边界限制。

Fig. 6: Machine learning for photosensitizer design.

a, Supervised learning models use molecular representations with statistical or deep-learning algorithms. b, Active learning integrates machine learning (ML) models with density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) calculations in a feedback loop, in which Bayesian optimization suggests new candidates for evaluation and retraining. c, Generative pipelines apply ML models with reinforcement learning to propose novel scaffolds. d, Representative and experimentally validated molecular structures obtained from different ML approaches. PS, photosensitizer.

总结与未来展望

综上所述，虽然有机光敏剂的理性设计与机器学习辅助发现已经取得了显著的进展，但迈向更智能的工业和临床应用仍面临诸多关键瓶颈。首先是在实验评估层面，目前整个领域仍极度缺乏针对超氧阴离子和羟基自由基等I型活性氧产率的标准化、定量化检测协议，导致不同研究之间的实验数据难以直接横向对比，这也极大限制了机器学习训练集的数据质量。其次，真实的生物或催化环境非常复杂，光敏剂往往同时处于多种竞争机制的混合状态，如何在分子标签中进行多路径的多维上下文标注，是构建高泛化性模型的核心挑战。最后，未来的机器学习模型必须摆脱传统的2D分子拓扑限制，全面拥抱能够捕获构型柔性与刚性的3D物理空间描述符，并深入融合溶剂效应、酸碱度及蛋白质相互作用等复杂的环境效应。通过将多目标帕累托优化算法与自动化多功能“自驱动实验室”闭环平台相结合，未来有望实现光敏剂从按需合成、原位表征到场景化应用驱动的完全自主智能化流水线开发。

【JACS】灵敏度提升百倍！科学家开发基于脂质纳米反应器的多巴胺11 nM超灵敏检测新方法

Sun, 31 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】灵敏度提升百倍！科学家开发基于脂质纳米反应器的多巴胺11 nM超灵敏检测新方法

文章标题： Molecular Recognition-Driven Reaction-Based Sensing of Catecholamines in a Lipid Nanoreactor

通讯作者： Andrey S. Klymchenko

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.5c23266

文章概要

引言

神经递质（如多巴胺、去甲肾上腺素） 的定量检测对于基础研究和临床诊断具有至关重要的意义，因为它们在神经系统中发挥着信使作用，且往往是多种神经系统疾病的生物标志物。然而，在复杂的生物体液中，这些分子的浓度极低且存在大量结构类似的干扰物质，设计具有高亲和力和高特异性的荧光探针一直是化学传感领域的巨大挑战。虽然传统的反应型传感在检测高活性物质方面卓有成效，但在面对分子结构复杂且活性相对较低的小分子时，往往缺乏足够的灵敏度和选择性。为了攻克这一难题，来自斯特拉斯堡大学的研究团队提出了一种全新的策略，即将分子识别过程与不可逆化学反应耦合在脂质纳米反应器中，通过这种协同效应实现了对儿茶酚胺类神经递质的超灵敏检测。

Figure 1. Combining molecular recognition with an irreversible reaction inside a lipid nanoreactor (nanoemulsion droplet, top). Chemical structures of fluorescent amine-reactive pyrylium probes (PYR4,8,10,13,15), bulky counterion (F5-TPB), and recognition ligand (RL2) used in this work and of target neurotransmitters (bottom).

主要实验及结论

研究人员首先巧妙地设计并合成了一系列具有高度亲脂性的吡喃鎓（Pyrylium）类荧光探针。这些探针在与伯胺发生反应前几乎不发光，但一旦发生不可逆反应转变为吡啶鎓衍生物后，其荧光信号会剧烈增强且伴随明显的吸收峰红移。实验证明，通过在探针分子上引入特定的长烷基链，可以有效保护其在含水环境中的化学稳定性，防止水解失效，同时这种疏水结构也使得探针能够高效地富集在脂质纳米乳液的油相核心中。脂质纳米反应器（NEs）在此处充当了极其关键的“分子过滤器”，它利用疏水性差异排斥了生物体液中大量高极性的生物胺干扰物，仅允许特定捕获的目标分子进入反应中心。

Figure 2. Reactivity of PYR4, PYR8, and PYR10 with butylamine in an organic solvent (1,4-dioxane). (a) Reaction scheme. (b) Absorption spectra of 5 μL solution of PYR4 in 1,4-dioxane without and with 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 5 min). (c) Fluorescence spectra of 5 μL solution of PYR4 in 1,4-dioxane with and without 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 5 min). (d, f) Absorption spectra of 5 μL solution of PYR8 (d) and PYR10 (f) in 1,4-dioxane without and with 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 5, 10, 15, and 20 min). (e, g) Fluorescence spectra of 5 μL solution of PYR8 (e) and PYR10 (g) in 1,4-dioxane with and without 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 20 min).

Figure 3. Reactivity of PYR10 with alkylamines of different polarity inside NEs. (a) Scheme of experiment: pyrylium probe loaded into a lipid droplet reacts with alkylamines, hydrophobic enough to penetrate to the lipid core, and transforms into the corresponding pyridinium dye. (b–d) Fluorescence spectra of NEs loaded with PYR10 (1.1 wt % vs the lipid core) in the presence of primary amines of different lipophilicity: n-butylamine (b), n-octylamine (c), and n-dodecylamine (d). 200-fold diluted NEs in PBS (pH = 7.4) were incubated with or without the amines (1, 10, 100, 1000 μM) for 1 h at room temperature.

Figure 4. Nanosensor combining reactive pyrylium dye PYR10 and boronic acid recognition ligand RL2 in a lipid nanoreactor. (a) Schematic description of the mode of action of the nanosensor: both components encapsulated in a lipid nanodroplet, the reaction between boronic acid and the catechol group of dopamine leads to capture of the dopamine, which then reacts with the pyrylium dye, transforming it to the pyridinium derivative. Aliquat 336 is added to the nanosensor as an auxiliary phase-transfer agent. (b) Fluorescence spectra (λex = 540 nm) of the nanosensor (200-fold diluted in PBS, pH = 7.4, 0.5 mM of sodium sulfite), incubated for 10 min at RT alone, with Aliquat 336 (0.5 mM), or with both Aliquat 336 (0.5 mM) and dopamine (1 mM). (c) Structures of analytes tested with the nanosensor. (d) Fluorescence response of the nanosensor to different analytes. To 200-fold-diluted (in PBS, pH = 7.4) nanosensors, analyte (5 μM) was added, followed by Aliquat 336 (0.5 mM). Fluorescence intensities (I) (λex = 550 nm, λem = 590 nm) were measured with a plate reader after 10 min of incubation at room temperature. _I_0 is the average of fluorescence intensities of blanks. Error bars correspond to the standard deviation based on 8 samples. (e) Titration of the nanosensor by dopamine. 200-fold diluted NEs were deposited on the 96-well PS plate, dopamine was added (0–5000 nM final concentration), followed by Aliquat 336 (0.5 mM), and fluorescence intensities (λex = 550 nm, λem = 590 nm) were measured after 10 min of incubation at room temperature. Error bars correspond to the standard deviation based on 8 samples. The nanosensor composition: 1.1 wt % of PYR10, 30 wt % of RL2, vs oil core.

随后，团队在纳米反应器中引入了脂溶性硼酸配体（RL2） 作为识别单元。该配体能特异性结合儿茶酚结构，在辅助相转移剂的帮助下，将原本处于水相环境中的多巴胺（Dopamine） 定向捕获至脂质液滴内部。被捕获的多巴胺随后与预留在核内的探针发生不可逆反应，实现共价标记并激发强烈的荧光信号。在对多种探针进行筛选后，研究人员发现基于苯并吲哚鎓供体结构的PYR13探针展现出了最优的反应活性与稳定性平衡。实验数据表明，该传感系统对多巴胺的检测限（LOD）低至11 nM，相较于此前基于动态共价化学的传感系统，其灵敏度足足提升了100倍，达到了生物体内细胞外液的生理浓度水平。此外，该传感器在面对15种常见的干扰代谢物以及复杂的猪尿液样本时，依然保持了极佳的选择性和线性的响应曲线。

Figure 5. Reactivity of PYR13 and PYR15 with butylamine in an organic solvent (1,4-dioxane). (a) Reaction scheme. (b, d) Absorption spectra of 5 μL solution of PYR13 (b) and PYR15 (d) in 1,4-dioxane without and with 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 5 min, 2 h, 24 h, and 48 h). (c, e) Fluorescence spectra of 5 μL solution of PYR13 (c) and PYR15 (e) in 1,4-dioxane with and without 1 mM of butylamine (reacted at room temperature, for 48 h).

Figure 6. Reactivity of PYR13 with alkylamines of different polarity inside NEs. (a) Scheme of experiment: pyrylium probe loaded into a lipid droplet reacts with alkylamines, hydrophobic enough to penetrate to the lipid core, and transforms into the corresponding pyridinium dye. (b–d) Fluorescence spectra of NEs loaded with PYR13 (1.02 wt % vs the lipid core) in the presence of primary amines of different lipophilicity: n-butylamine (b), n-octylamine (c), and n-dodecylamine (d). 200-fold diluted NEs in PBS (pH = 7.4) were incubated with or without the amines (1, 10, 100, 1000 μM) for 1 h at room temperature.

Figure 7. Nanosensor combining reactive pyrylium dye PYR13 and boronic acid recognition ligand RL2 in lipid nanoreactors. (a) Schematic description of the mode of action of the nanosensor: both components encapsulated in a lipid nanodroplet, the reaction between boronic acid and the catechol group of dopamine leads to capture of the dopamine, which then reacts with the pyrylium dye, transforming it to the pyridinium derivative. Dimethylditetradecylamine is added to the nanosensor emulsion as an auxiliary phase-transfer agent. (b) Fluorescence spectra (λex = 540 nm) of the nanosensor (200-fold diluted in PBS, pH = 7.4, 0.5 mM of sodium sulfite), incubated for 2 h at room temperature alone, with DMDTDA (0.5 mM), or with both DMDTDA (0.5 mM) and dopamine (1 mM). (c) Structures of analytes tested with the nanosensor. (d) Response of the nanosensor to different analytes. To 200-fold diluted (in PBS, pH = 7.4) NEs, analyte (1 μM) was added, followed by DMDTDA (0.5 mM), and fluorescence intensities (I) (λex = 540 nm, λem = 580 nm) were measured with a plate reader after 2 h of incubation at room temperature. The nanosensor composition: 1.02 wt % of PYR13, 30 wt % of RL2, vs oil core. _I_0 is the average of fluorescence intensities of blanks. Error bars correspond to the standard deviation based on 5 samples.

Figure 8. Titration of the PYR13-based nanosensor with dopamine in different biologically relevant media. The nanosensor was diluted 200-fold in PBS (pH = 7.4) in the presence of (1) 0.5 mM sodium sulfite, (2) 0.5 mM sodium sulfite with 1 μM of each of the other 15 analytes shown in Figure 7c (except norepinephrine), and (3) 10% of porcine urine. All media contained DMDTDA (0.5 mM) added from the DMSO stock solution. The mixtures were deposited into the 96-well plate, and dopamine was added (0–5000 nM final concentration). Fluorescence intensities (λex = 540 nm, λem = 580 nm) were measured after 2 h of incubation at room temperature. Error bars correspond to the standard deviation (n = 8). Nanosensor composition: 1.02 wt % of PYR13, 30 wt % of RL2, vs oil core.

总结及展望

这项研究成功报道了一种基于分子识别驱动的不可逆反应检测儿茶酚胺的新型纳米传感技术。通过在脂质纳米反应器内精确控制化学反应，科学家们不仅解决了传统探针在水环境中的稳定性问题，更通过物理筛选与化学识别的双重机制，极大地提高了检测的特异性。这种“乐高式”的超分子构建方法具有极强的通用性和模块化特征，未来可以通过更换不同的识别配体或反应型荧光模块，将该策略扩展到更多种类的生物活性小分子的特异性检测与共价标记中。该成果为开发用于临床诊断的高性能传感器提供了新的理论基础，特别是在神经科学研究和生物样本分析领域展现出了巨大的应用潜力和广阔的前景。

【JACS】南方科技大学权泽卫|25倍寿命提升与4个数量级导电增长：玻璃态稳定自由基新策略

Sun, 31 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】南方科技大学权泽卫|25倍寿命提升与4个数量级导电增长：玻璃态稳定自由基新策略

文章标题：Vitrification-Enabled Stabilization of Persistent Radicals in Chiral Hybrid Zinc Chloride Glass for Enhanced Luminescence Properties

通讯作者：Zewei Quan

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00675

文章概要

本文报道了一种通过熔融淬火玻璃化策略在手性零维杂化氯化锌玻璃中稳定持久性有机自由基的新方法。研究团队利用玻璃态的结构无序性和强烈的有机-无机相互作用，成功捕捉了在加热过程中原位产生的自由基，克服了其本质不稳定的难题。与对应的晶体材料相比，这种含有自由基的玻璃在光电性能上实现了全面跨越：长寿命发光增强了25倍，光致发光量子产率提升了4倍，电导率更是实现了4个数量级的飞跃。该工作为设计下一代多功能自由基基光电玻璃材料提供了一个通用的设计范式。

Figure 1. (a) Powder XRD patterns of the experimental/simulated c-R-APZn and g-R-APZn. (b) Structural models of the [ZnCl4]2– anion and [R-H2AP]2+ cation and a unit cell model of c-R-APZn. (c) 13C CPMAS-ssNMR spectra of the c-R-APZn and g-R-APZn. (d) Experimental PDFs of the c-R-APZn and g-R-APZn.

引言

有机自由基由于拥有未成对电子，在光电、磁性及催化领域展现出巨大潜力，但其极高的反应活性导致在固体材料中极难稳定存在，且极易通过非辐射跃迁淬灭发光。尽管目前已有通过多孔框架封装稳定自由基的尝试，但在杂化金属卤化物（HMH）体系中实现持久性自由基仍面临巨大挑战。锌基杂化卤化物具有优异的光学透明度和良好的成玻璃能力，是构建多功能光电材料的理想载体。研究者提出，利用玻璃态的本征结构无序性可以构建特殊的微环境，从而有效地捕获并稳定这些敏感的自由基物种。

Figure 2. (a) EPR spectra of c-R-APZn and g-R-APZn without excitation. (b) Plot of χT versus T for g-R-APZn. (c) High-resolution XPS spectra of N 1s for c-R-APZn and g-R-APZn. (d) Solid-state UV–vis absorption spectra of R-AP·2HCl, c-R-APZn and g-R-APZn. (e) Spin density distributions for [R-HAP]+ with an isosurface value of 0.004 e Å–3. The blue area represents positive values, indicating regions of unpaired electron accumulation, while the red area represents negative values, identifying spin holes.

主要实验及结论

研究人员通过将手性有机盐与氯化锌混合并进行高温熔融及快速冷至室温，制备得到了透明的棕色手性氯化锌玻璃。结构表征显示，虽然玻璃失去了长程有序性，但仍保留了由[ZnCl₄]²⁻四面体和有机阳离子构成的零维分子构型。通过电子顺磁共振（EPR） 和磁化率测量，研究团队确认了玻璃中存在持久的单自由基，而同组分的晶体则无相关信号。进一步研究揭示了自由基的产生机制：在热处理过程中，有机阳离子发生部分脱质子化，随后从氯离子到脱质子中间体的热诱导电子转移产生了自由基对，并被玻璃基质动力学锁定。

Figure 3. (a) Optical photographs of the c-R-APZn and g-R-APZn in circular form (2 cm diameter) under natural light, UV (365 nm) irradiation, and the UV lamp off. (b) Prompt and delayed PL spectra of the c-R-APZn. (c) Prompt and delayed PL spectra of the g-R-APZn. (d) Long lifetimes of the c-R-APZn and g-R-APZn. (e) Temperature-dependent intensities of the prompt emission peak at 407 nm for the c-R-APZn and g-R-APZn. (f) Temperature-dependent intensities of the delayed emission peak at 516 nm for the c-R-APZn and at 525 nm for the g-R-APZn. (g) CPL spectra of the c-R/S-APZn and g-R/S-APZn.

在发光性能方面，该玻璃展现出令人惊叹的特性。在紫外光激发下，玻璃表现出寿命长达576.2毫秒的超长余辉，相比晶体提升了25倍，且PLQY达到31.5%。更为独特的是，该玻璃在100至300 K的宽温度范围内表现出零热淬灭甚至负热淬灭行为，展示了极强的热发射稳定性。此外，得益于稳定的自由基作为持续的电子供体，玻璃的电导率达到了2.23 × 10⁻⁴ S m⁻¹，比晶体高出四个数量级。超快瞬态吸收光谱证实了自由基参与的强电荷转移过程，这一过程不仅优化了激子动力学，还与手性基质协同作用，诱导产生了明显的圆偏振发光（CPL）。

Figure 4. (a) DOS of c-R-APZn. (b) Schematic illustration of the energy diagram for the c-R-APZn. S1, singlet state; T1, triplet state. (c) Conductivity values of c-R-APZn and g-R-APZn. (d) Pseudocolor map of the fs-TA spectra of g-R-APZn under 355 nm fs-laser excitation. The irregular absorption band from 760 to 840 nm is from the frequency doubling of the pumping light. (e) Schematic illustration of the energy diagram for the g-R-APZn. CT, charge transfer.

总结及展望

这项研究成功证明了熔融淬火玻璃化是稳定持久性有机自由基并集成多种光电功能的有效途径。通过协同利用氢键介导的动力学限制和电荷转移介导的电子耦合，该玻璃材料打破了传统自由基猝灭发光的局限，实现了发光效率、余辉寿命和导电性能的同步大幅提升。这一发现不仅深化了对非晶态杂化材料中电子行为的理解，也为未来开发高性能、多功能的柔性光电探测器、手性发光器件以及防伪技术开辟了新的物质基础和设计思路。

【JACS】新加坡南洋理工大学赵彦利|突破传统！全海/纯水制氢速率狂飙：1D COF微孔局域化工程让催化效率翻数倍

Sun, 31 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】新加坡南洋理工大学赵彦利|突破传统！全海/纯水制氢速率狂飙：1D COF微孔局域化工程让催化效率翻数倍

文章标题：Microporous Confinement of One-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Surface-Regulated Photocatalytic Hydrogen Evolution

通讯作者：Yanli Zhao

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c05080

文章概要

随着清洁能源需求的日益增长，光催化分解水制氢已成为极具前景的战略技术。共价有机框架（COF）因其高度可调的骨架和有序的通道，在光催化领域展现出巨大潜力。然而，传统催化剂设计往往难以精准量化和调控催化活性位点在材料内、外表面的空间分布，导致光生激子在漫长的迁移过程中极易发生复合，从而极大地限制了其光催化氢气析出反应（HER）的整体效率。

为了解决这一科学难题，本研究创新性地构建了三种具有相同骨架结构但活性位点分布各异的一维（1D）共价有机框架材料。通过在连接体上巧妙地引入羟基官能团，研究团队成功将催化活性位点精准导向至COF通道的内表面或外表面。这种独特的微孔局域化调控策略，为深入揭示光催化过程中激子行为、前驱体吸附以及反应微环境的优化机制提供了理想的分子平台。

Scheme 1. (a) Regulation of the Outer and Inner Surfaces of 1D COFs via Hydroxyl Modification; (b) Microporous Channel and Its Section View Showing the H2O–PtCl62– Confined Microenvironment

引言

有机半导体作为一种新型光催化剂，其调控电子特性的能力使其备受瞩目。通常情况下，光生激子必须迁移并扩散到催化剂表面才能实现电荷分离。然而，有机半导体固有的激子扩散长度较短，往往导致极高的高电荷复合率，这也是制约其光催化效率的核心瓶颈。虽然二维和三维COF已在催化研究中得到广泛应用，但它们延伸的骨架导致外表面暴露的活性位点微乎其微，绝大部分被限制在内部通道中，这种结构约束极大限制了科学家对内外表面催化贡献的独立量化和机理研究。

Figure 1. (a) Synthesis and molecular structures of 1D-H–COF, 4-OH–COF (R1 = H, R2 = OH or R1 = OH, R2 = H) and 2-OH–COF. Experimental, simulated, and refined PXRD patterns of (b) 1D-H–COF, (c) 4-OH–COF, and (d) 2-OH–COF for eclipsed stacking. (e) Solid-state 13C NMR spectrum of 2-OH–COF. (f) High-resolution XPS spectrum of C 1s for 2-OH–COF. (g) N2 sorption isotherms of 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF.

相比之下，一维COF由于其单向共价延伸以及其他维度上的非共价相互作用，天然地将功能基团在内表面和外表面的暴露比例平衡为1:1。同时，其特有的微孔结构能将激子限制在极小的空间内，从而大幅缩短其运输路径。研究团队选择富有前景但此前鲜有研究的二苯并[g,p]屈（DBC）作为电子供体构建一维线性结构，其广泛的π共轭体系赋予了材料高结构刚性、强π-π堆叠和宽吸收范围。通过结合精细的拓扑学设计，不仅能打破光生激子迁移受限的局面，还能实现对微环境的精准控制。

主要实验及结论

研究团队通过将四节点DBC基单体与不同的二节点醛基连接体进行缩合反应，成功合成了一种二维Kagome结构的材料（2D-H–COF）和三种一维带状结构材料（1D-H–COF、4-OH–COF和2-OH–COF）。通过高精度的粉末X射线衍射（PXRD）分析和Pawley精修，证实了所有一维COF均采用了紧密的锯齿状交错日食（eclipsed）堆叠排列。固体核磁共振、傅里叶红外光谱和X射线光电子光谱等手段进一步证实了亚胺键（C=N）的成功构筑，且所有一维材料均展现出均匀的微孔特性，孔径约为1.1纳米。

Figure 2. (a) UV–vis DRS spectra and (b) electronic band structures of 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF. (c) Pt cocatalytic addition-dependent H2 production in liquid water containing 0.1 M AA of 2-OH–COF. (d) Sacrificial agent concentration-dependent H2 production in the liquid water of 2-OH–COF. (e) Time-dependent H2 production in liquid water of four COFs. (f) Time-dependent H2 production in artificial seawater of 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF. (g) Continuous and (h) long-term 25 h H2 production experiments of 2-OH–COF. (i) AQE of hydrogen evolution by a Pt-loaded 2-OH–COF photocatalyst.

在随后的光学与光电化学性质表征中，羟基改性的材料展现出显著的性能优势。固体紫外-可见漫反射光谱表明，羟基的引入使吸收边缘发生明显红移，成功将带隙有效变窄，从而显著增强了可见光捕获能力。光电流响应、电化学阻抗谱以及瞬态光电压光谱等实验结果一致表明，羟基修饰显著降低了电荷转移阻力，极大地促进了光生电荷的定向扩散与有效分离。飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）更是直接证实，内部带有羟基修饰的2-OH–COF拥有最长的激子寿命，意味着其激子能够更高效地解离为自由电荷。

Figure 3. (a) Normalized steady-state photoluminescence (PL), (b) photocurrent response, (c) open-circuit voltage, (d) EIS, (e) EPR, and (f) SPV and phase angle spectra (inset) of 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF. (g) Femtosecond transient absorption (fs-TA) spectra excited at 350 nm of 2-OH–COF. (h) Corresponding spectra of 2-OH–COF at selected pump–probe time delays. (i) Decay kinetic curves of 2-OH–COF probed at 600 nm.

在可见光驱动的光催化产氢测试中，羟基的分布位置表现出了决定性的影响。通过对光催化剂用量、催化剂与铂（Pt）助催化剂负载量的系统优化，内表面羟基化的2-OH–COF展现出了高达17.66毫摩尔每克每小时的纯水氢气析出速率。这一惊人的数据大幅度超越了外表面羟基化的4-OH–COF（3.25毫摩尔每克每小时）、未修饰的一维类似物1D-H–COF（1.44毫摩尔每克每小时）以及二维结构的2D-H–COF。更具应用价值的是，在模拟人工海水的复杂高盐环境中，2-OH–COF依然保持了5.54毫摩尔每克每小时的高析氢速率，并在连续25小时的长期循环测试中展现出了极为优异的结构与性能稳定性。

Figure 4. (a) UV–vis DRS and corresponding Tauc plots (inset) of 2-OH–COF and 2-OH–COF 3 wt %. (b) Adsorption energy of PtCl62– on 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF (inset: the thermodynamically favorable adsorption configuration of 2-OH–COF-PtCl62–). (c) Simulated UV–vis absorption spectra of 2-OH–COF and 2-OH–COF 3 wt %. (d) Adsorption versus time curves of the 1D COFs for PtCl62–. (e) Calculated mean square displacement (MSD) of PtCl62– as a function of the simulation time (inset: simulation snapshots at 400 ps for the 2-OH–COF simulation box). The MSD slope corresponds to a diffusion coefficient of 2.577 × 10–10 m2 s–1. (f) Free energy diagram of photodeposition reaction pathway for Pt cocatalyst. (g) Wavelet transform of _k_2-weighted EXAFS signals of 2-OH–COF 3 wt % using Morlet wavelet with κ = 10, σ = 1. (h) Steady-state and (i) time-resolved PL spectra of 2-OH–COF and 2-OH–COF 3 wt %.

为了深入阐明这一现象的内在物理化学机制，研究团队通过密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟进行了微观解构。研究发现，2-OH–COF通道内部丰富的羟基能够与氯铂酸根前驱体离子形成紧密的氢键相互作用，这种微孔局域化限制效应极大地促进了Pt前驱体的快速吸附与均匀分散。在光还原过程中，光生电子迅速转移至内部极性区域，使得Pt前驱体发生高效的二级光还原，原位转化为超细且均匀分布的金属Pt纳米团簇。同时，大正则系综蒙特卡洛（GCMC）模拟表明，这种内部羟基修饰还显著增强了微孔的毛细作用和亲水性，使水分子的吸附热和局部富集程度大幅提升。通过优化Pt与水分子的微观催化接触环境，显著降低了氢吸附的吉布斯自由能，从而达成了高效光催化产氢的目的。

Figure 5. (a) GCMC water adsorption isotherms of 1D-H–COF, 4-OH–COF, and 2-OH–COF simulated at 298 K. (b) Adsorption energy of water molecules for 2-OH–COF (inset: the H2O adsorption position on 2-OH–COF). (c) Differences in charge density of 2-OH–COF between binding H2O and the unbinding state. (d) Highest occupied molecular orbital (HOMO) and (e) lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of 2-OH–COF. (f) Free energy diagram for HER on 2-OH–COF and 2-OH–COF 3 wt %. (g) Schematic diagram of the microporous confinement in 2-OH–COF promoting two-step photoreduction.

总结及展望

本研究成功证实了活性位点的表面调控工程是决定共价有机框架（COF）光催化性能的关键因素。一维带状COF材料通过将羟基活性位点精准局域化在一维内部微孔通道中，成功实现了光生激子的加速解离、电荷的定向迁移以及反应前驱体的局域限域富集。这种“协同限域”策略不仅使催化剂在纯水和海水环境中均取得了极高的制氢催化效率，还通过促进二级光还原实现了低配位金属助催化剂的高效利用。这一重大发现为从分子和空间维度上精准调控微孔催化环境提供了全新范式，对于未来开发用于可持续能源转化、适应复杂乃至极端海洋环境的高效光催化剂具有重要的普照和指导意义。

【JACS】三光子吸收竟能由单光子“接力”实现？非线性荧光分子工程新突破

Sat, 30 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】三光子吸收竟能由单光子“接力”实现？非线性荧光分子工程新突破

文章标题： Molecular Engineering for Nonlinear Fluorescence: En Route to Three-Photon Absorption via Sequential One-Photon Excitation

通讯作者： Johan Hofkens, Uwe Pischel, Morten Grøtli, Joakim Andréasson

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c03621

文章概要

本文介绍了一种创新的分子工程策略，旨在通过连续的单光子激发（1PE） 来模拟复杂的多光子非线性荧光响应。传统的多光子激发（MPE）虽然在三维空间分辨率和信噪比方面具有巨大优势，但往往受限于极高的激发光功率需求以及长波长激发带来的分辨率下降问题。研究团队通过巧妙设计分子二元簇（Dyad）和三元簇（Triad），成功实现了分别对应于二光子和三光子吸收特征的非线性荧光发射，为在低功率连续光源下获得高阶非线性光学性能开辟了新途径。

Figure 1. Schematic illustration and corresponding chemical structures. (a) Schematic representation of the design principles for the 3for1 triad and 2for1 dyad. F: Fluorophore, PSC: Colored isomer of photoswitch, PSCL: Colorless isomer of photoswitch, PC: Photocage. (b) Photochemical and thermal isomerization pathways for the 3for1 triad (BDP/SNPC/ACD) and the 2for1 dyad (SNPC/ACD). Upon FRET-induced decaging ($k_{dc}$), the 3for1 triad releases the BDP unit to generate the 2for1 dyad, which subsequently undergoes FRET-induced isomerization ($k_{iso}$) and thermal isomerization ($k_T$). SNPCL/ACD is the only fluorescent form. BDP: BODIPY, SNP: Spironaphthopyran, ACD: Acedan.

引言

荧光显微成像技术在生物和材料科学中不可或缺，而多光子激发技术由于其仅在焦点处激发荧光的特性，能够显著降低背景噪音并提高成像对比度。然而，实现三光子甚至更高阶的激发通常需要极其昂贵的高功率脉冲激光器，且长波长激发光会导致空间分辨率受到衍射极限的制约。为了攻克这一难题，作者提出利用光开关分子和光笼分子与荧光团进行偶联，通过“阶梯式”的单光子吸收过程来逐步激活分子，使其最终的荧光强度与激发光功率呈现出平方或立方关系的非线性依赖，从而在无需复杂昂贵设备的前提下，获得类似多光子激发的成像优势。

Scheme 1. Synthesis of the 2for1 Dyad and the 3for1 Triad

主要实验及结论

在分子设计方面，研究人员选用Acedan衍生物作为荧光团（F），并将其与具有负光致变色特性的萘并螺吡喃光开关（PS） 偶联形成二元簇（2for1）。这种设计的核心在于，处于热稳定状态的光开关异构体可以通过高效的荧光共振能量转移（FRET） 淬灭荧光团，使系统处于“关闭”状态；当光开关吸收第一个光子异构化后，FRET消失，分子被“激活”，此时吸收第二个光子即可触发荧光读出。实验结果显示，该二元簇的荧光强度与激发强度呈现出近二次方的依赖关系（NLF=1.6，背景扣除后达1.9）。为了进一步提升非线性阶数，团队在二元簇的基础上引入了BODIPY光笼（PC），构建了三元簇（3for1）。在这个系统中，需要先通过第一个光子进行脱笼反应，再通过第二个光子诱导光开关异构化，最后由第三个光子激发产生荧光信号。

Figure 2. Absorption/emission spectra of the monomer, dyad and triad for 2for1 and 3for1. (a) Absorption (filled area) and emission spectra (solid line) of ACD (black) and SNPC(orange). (b) Absorption spectrum (filled area) of the SNPC/ACD dyad and emission spectrum (solid line) recorded after 405 nm irradiation of SNPC/ACD to yield a significant population of the fluorescent form SNPCL/ACD. (c) Absorption (filled area) and emission spectra (solid line) of ACD (black) and BDP/SNPC (red). (d) Absorption spectrum (filled area) of the BDP/SNPC/ACD triad and emission spectrum (solid line) recorded after 405 nm irradiation of BDP/SNPC/ACD to yield a significant population of the fluorescent form SNP**CL/ACD. The shoulder at around 525 nm in the emission spectra originates from the minor BDP fluorescence centered at 524 nm.

实验表征证实，引入光笼不仅成功增加了一个激活步骤，还将初始背景发射从7%显著降低到了1%。在连续光照射下，三元簇表现出了明显的非线性增长趋势，其非线性因子达到了2.2，这在实验上证明了通过单光子“接力”实现超越二光子性能的可能性。通过动力学模型模拟发现，实验观察到的非线性因子与理论预测高度吻合，进一步验证了这种顺序单光子激发机制的可靠性。虽然光笼的脱笼过程具有不可逆性，但这一原型证明了分子工程在调控光学非线性方面的巨大潜力。

Figure 4. Time-dependent fluorescence responses of the BDP/SNPC/ACD triad under continuous irradiation at two excitation intensities. (a) Fluorescence kinetics of BDP/SNPC/ACD upon 405 nm irradiation at Half _I_exc (80 mW/cm2, black) and Full _I_exc (160 mW/cm2, blue). (b) Ratio of fluorescence intensities (dots) and kinetic simulation (solid line) performed using parameters determined from experimental data. A maximum NLF of 2.2 was observed.

总结及展望

这项研究通过精密的分子逻辑设计，打破了实现高阶非线性光学响应对高功率激光器的依赖。研究证明，通过光开关与荧光团的协同控制，可以在极低的激发功率下模拟出昂贵三光子显微镜才能实现的非线性效应。未来的研究方向将侧重于开发完全可逆的光控开关系统，以实现分子的重复循环使用，并尝试在不依赖酸化环境的情况下优化光开关性能。这一成果不仅丰富了非线性荧光分子的理论库，也为开发新一代高灵敏度、高分辨率的生物成像探针提供了极其重要的技术参考。

【JACS】武汉大学黄卫华|微纳传感器首次实现单细胞溶酶体糖苷酶分泌的精准定量监控

Sat, 30 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】武汉大学黄卫华|微纳传感器首次实现单细胞溶酶体糖苷酶分泌的精准定量监控

文章标题：Nanosensor Quantifying Lysosomal Glycosidase Secretion from Single Living Cells

通讯作者：Wei-Hua Huang (whhuang@whu.edu.cn)

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04507

文章概要

引言

免疫系统的稳态平衡对于机体防御病原体入侵和维持内环境稳定至关重要。作为免疫细胞中的核心核心调节效应器，分泌型溶酶体能够在外源刺激下向细胞外释放其内部储存 Bioactive 酶类及蛋白质。当这种分泌过程的酶数量或机制发生异常时，往往会导致细胞废物清除障碍、炎症爆发以及细胞信号通路紊乱，进而诱发自身免疫性疾病、癌症及神经退退行性疾病。因此，实时定量监测分泌型溶酶体酶的动态过程，对于揭示免疫稳态机制和开发新型治疗策略具有深远意义。然而，传统的免疫染色或酶联免疫吸附测定等方法通常需要固定细胞，不仅破坏了细胞活性，且只能提供群体细胞的静态信息。微纳电化学生物传感器虽具备高时空分辨率，但以往的双步酶催化转化方法不仅难以匹配溶酶体分泌的快速动力学，更极易受到细胞内源性活性氧（ROS）的严重干扰。

Figure 1. Schematic representation for the quantitative monitoring of glycosidases. a) Schematic diagram illustrating the hydrolysis of artificial substrates (Glyco-PAPs) by glycosidases leading to the release of the electroactive p-aminophenol (PAP). b) Schematic diagram illustrating the use of a hybrid nanosensor (HNS) to quantitatively monitor glycosidases secreted from lysosomes at a phagocytic cup of a macrophage during the frustrated phagocytosis of a glass nanofiber. The nanopipette of the HNS is utilized to eject Glyco-PAP, while the carbon-coated nanowire electrode (SiC@C NWE) serves to quantitatively monitor the hydrolysis of PAP by glycosidases. c) Scanning electron microscope (SEM) images of a SiC@C NWE; insets: a magnified SEM image of the part marked in the dashed box and transmission electron microscope (TEM) image of a carbon-coated SiC nanowire (SiC@C NW) exhibiting a 200 nm diameter SiC core and a 50 nm thick carbon layer produced by chemical vapor deposition of butane. Scale bars, 2 μm (main image) and 500 nm (insets). d) Repetitive cyclic voltammograms (CVs) recorded at a SiC@C NWE in phosphate-buffered saline (PBS) solution (pH 7.4) either in the absence or presence of β-glucosidase (β-Glu, 10 U), 4-aminophenyl-β-d-glucopyranoside (β-Glu-PAP, 1 mM), PAP (1 mM) and a mixed solution of β-Glu (10 U) and β-Glu-PAP (1 mM) after reacting for 1 min. e) Current statistics of CV signals of the species recorded at +0.6 V in panel d (n = 5 SiC@C NWEs; mean ± s.d.; one-way ANOVA).

主要实验及结论

为了攻克这一瓶颈，研究团队创新性地开发了一种将人工合成底物与混合纳米线-纳米微吸管传感器（HNS）相结合的全新策略。他们精心设计了四种针对不同糖苷酶的人工底物，这些底物通过糖苷键将单糖结构与对氨基苯酚（PAP）相连。当这些非电活性的底物被相应的糖苷酶特异性识别并水解时，能够通过一步催化反应直接释放出具有电活性的外源小分子 PAP，随后在修饰有薄碳层的碳包覆碳化硅纳米线电极（SiC@C NWE）上产生显著的氧化电流信号。实验证实，该传感器在 $+600\text{ mV}$ 的最佳电位下具有极佳的定量检测性能和极低的检测限，且由于采用了一步转化产生外源电活性分子的机制，完美避开了细胞高氧化应激环境下内源性 ROS 的干扰。

Figure 2. SiC@C NWEs for quantitative and selective detection of glycosidases with artificial substrates. a) The schematic illustrating 4 glycosidases hydrolytic releasing PAP (indicated by the purple patch) by recognizing the glycosyl portion (shown in green) and hydrolyzing the glycosidic bond (represented by the red bond) within the chemical structure of artificial glycosidase substrates. b, c, d, e) Current calibrations detected by the SiC@C NWEs at +600 mV (vs Ag/AgCl) against a range of Glyco-PAP concentration increments following the reaction with the corresponding α-Glu (b), β-Glu (c), α-Man (d) and β-Gal (e) (1 U), respectively; insets: representative amperometric curves (n = 3 SiC@C NWEs; mean ± s.d.). f, g, h, i) Relative calibration curves showing charge increases of varying activities of α-Glu (f), β-Glu (g), α-Man (h) and β-Gal (i) after reaction with the appropriate Glyco-PAP substrates (10 mM) for 1 min. (n = 3 SiC@C NWEs; mean ± s.d.). j, k, l, m) Normalized plots of currents following the addition of 1 U α-Glu (j), β-Glu (k), α-Man (l) and β-Gal (m) to a given substrate solution (1 mM); currents were normalized to their maximum value after the relevant glycosidase reaction for comparative purposes; insets: representative amperometric curves (n = 3 SiC@C NWEs; mean ± s.d.). All in vitro assays were conducted in phosphate-buffered saline (PBS) at 37 °C and pH 7.4.

Figure 3. Electrochemical detection of simulated glycosidase release using hybrid nanosensors. a) Bright-field micrograph (left) and SEM images (right) of the HNSs; inset: a magnified SEM image of the tip of an HNS marked by the dashed white box. Scale bars, 5 μm (left), 2 μm (right, main image) and 500 nm (right, inset). b) A schematic diagram illustrating the electrochemical detection of glycosidase and the corresponding Glyco-PAP substrates ejected from a micropipette and an HNS, respectively. The micropipette loaded with glycosidases was employed to simulate the secretion of lysosomal glycosidases from a phagocytic cup; solutions α and β representing glycosidases and Glyco-PAP substrates loaded in HNS and micropipette, respectively. c) Amperometric traces for electrochemical detection of the reaction of glycosidases with corresponding Glyco-PAP substrates according to the diagram in panel b. d) Amperometric traces for electrochemical detection of the reaction of solutions α and β loaded in HNS and micropipettes as shown in the schematic diagram in panel b. The green bars in panels b and c indicate duration of each solution α and β ejected from pipettes over 3 s at a pressure of 30 hPa facilitated by a microinjector. e) Corresponding charge statistics for amperometric detection of experiments shown in panels c and d (n = 5 tests; mean ± s.d.; one-way ANOVA).

Figure 4. Characterization of the lysosomes during frustrated phagocytosis of macrophages. a) Distribution of lysosomes in macrophages after staining with CellMask, LysoTracker and Hoechst, either without (M0 type) or with phagocytosis of FITC-labeled glass nanofibers for 12 and 24 h of frustrated phagocytosis. Scale bars, 5 μm (images of M0 and 12 h and main image of 24 h) and 2 μm (enlarged image of the white dashed box of 24 h). b) Expression of LAMP2 in macrophages after staining with Hoechst either without (M0 type) or with phagocytosis of FITC-labeled glass nanofibers for 12 and 24 h of frustrated phagocytosis. Scale bar, 10 μm. c, d) Statistical analysis of the fluorescent intensity for the stained LysoTracker (c) and LAMP2 (d) in panels a and b (n = 30 cells in each 3 groups; data are shown as mean ± s.e.m.; one-way ANOVA). e) Visualization of lysosome migration in macrophages stained with LysoTracker and Hoechst over 2 h period with or without phagocytosis of FITC-labeled glass nanofibers after 12 h of culture. Scale bars, 10 μm.

随后，研究团队引入了巨噬细胞吞噬惰性玻璃纳米纤维的受挫吞噬模型（Frustrated Phagocytosis）。由于长纤维无法被完全包裹和降解，这会诱导细胞形成开放的分泌管腔，促使溶酶体沿轴向轴向迁移并与细胞膜融合，将糖苷酶释放至胞外空间。利用该模型，研究团队首次在活体单细胞水平上成功定量监测了 $\alpha$-葡萄糖苷酶（$\alpha$-Glu）、$\beta$-葡萄糖苷酶（$\beta$-Glu）、$\alpha$-甘露糖苷酶（$\alpha$-Man）以及 $\beta$-半乳糖苷酶（$\beta$-Gal）四种主要糖苷酶的分泌活性，其中 $\beta$-Glu 显示出最高的酶活性。更令人兴奋的是，研究团队还通过实时连续监测首次观察到了溶酶体糖苷酶的补充重分泌现象。在首次分泌排空后，巨噬细胞为了消灭难以维持降解的纳米纤维，会启动补偿机制，驱动胞质内的深部溶酶体继续向受挫吞噬口迁移并进行二次释放。统计显示，这种重新分泌的酶活性电荷量约为初始测量值的 $20%$。

Figure 5. Hybrid nanosensors for quantitative detection of glycosidases secretion during frustrated phagocytosis. a) Amperometric traces recorded by an HNS located near one cell/nanofiber junction point of a macrophage after Vac-1 incubation without (trace (i) and with ejection of PBS (trace (ii) and β-Glu-PAP (trace (iii) from nanopipette; inset: bright-field micrograph of an HNS positioned near one cell/nanofiber junction point, scale bar, 10 μm. b) Corresponding charge statistic for amperometric detection in panel a (n = 5 macrophages; data are shown as mean ± s.d.; one-way ANOVA). c) Bright-field micrographs of an HNS positioned at a phagocytic cup of a RAW 264.7 macrophage after 12 h of frustrated phagocytosis; scale bar, 20 μm. d) Amperometric traces recorded by HNSs with 10 mM Glyco-PAP ejected from nanopipette while leaving away from (trace (i) and close to (trace (ii) the phagocytic cups of macrophages after 12 h frustrated phagocytosis, respectively. e) Amperometric traces recorded by HNSs with 10 mM Glyco-PAP ejected from nanopipette at the phagocytic cups of macrophages after preincubation of 1-deoxynojirimycin (DNJ, inhibitor of α-Glu), conduritol B epoxide (CBE, inhibitor of β-Glu), swainsonine (Swain, inhibitor of α-Man) or D-galactose (inhibitor of β-Gal), respectively. The green bars in panels a, d and e indicate the duration of each solution ejected from nanopipettes of HNSs within 3 s at 30 hPa by a microinjector. f) Corresponding charge statistics of amperometric detection of glycosidases in panel d and e. The statistical bars for each glycosidase group reflect the charge statistics of HNSs both away from (i) and close to the phagocytic cups of macrophage without (ii) and with (iii) the preincubation of glycosidase inhibitors, respectively (n = 5 macrophages; mean ± s.d.; one-way ANOVA). g) Enzyme activity statistics of the 4 glycosidases in panels f according to the standard curves in Figure 2f–i (n = 5 macrophages; mean ± s.d.; one-way ANOVA).

Figure 6. Supplemental secretion of lysosomal glycosidase during frustrated phagocytosis. a) Amperometric traces recorded by an HNS located away from and close to phagocytic cups of macrophages after 12 h of frustrated phagocytosis with multiple ejections of 10 mM α-Glu-PAP. The cutoffs on the time axis indicate the intervals from the start of the timing of the 2nd ejection of α-Glu-PAP from the nanopipette of the HNS, with the 4th and 5th substrate ejections occurring 20 and 60 min after this timing, respectively. b) Corresponding charge statistics after each α-Glu-PAP ejected from the nanopipette in panel a. c) Localization of lysosomes labeled with LysoTracker and Hoechst for 20 min with and without α-Glu-PAP ejected toward the phagocytic cups after 12 h of frustrated phagocytosis of FITC-labeled glass nanofibers by macrophages. Scale bars, 10 μm (main image) and 1 μm (magnified image). d) A schematic diagram illustrating the electrochemical detection by an HNS of both the original glycosidase and the resecreted glycosidase triggered by the migration of lysosomes from the distal region to the phagocytic cups. e) Amperometric traces of resecretion of β-Glu, α-Man and β-Gal detected by HNSs. The green bars in panels a and e indicate the duration of each 10 mM Glyco-PAPs ejected within 3 s at 30 hPa by a microinjector. f) Corresponding charge statistics for amperometric detection of supplemental glycosidases after multiple ejections of corresponding Glyco-PAPs (n = 5 macrophages; mean ± s.d.; one-way ANOVA). g) Enzyme activity statistics of the resecreted glycosidases in panel f according to the standard curves in Figure 2f–i (n = 5 macrophages; mean ± s.d.; one-way ANOVA).

总结及展望

这项研究成功展示了混合纳米传感器配合特异性人工底物在活细胞单细胞微区进行多靶点、高动态、免受内源物质干扰的定量分析能力。这种创新的检测策略不仅加深了科研人员对巨噬细胞在免疫杀伤过程中精细调节酶活性、维持免疫稳态机制的理解，也具有极强的普适性。未来通过设计更多与目标酶特异性结合并释放电信号的底物，该技术有望拓展到更多种类的溶酶体分泌酶检测中。尽管目前该方法在多目标同时检测时仍依赖于更换不同的传感器，但未来的研究将聚焦于优化界面结构以消除信号交叉干扰，从而推动多通道集成高灵敏度检测系统的进一步发展。

【JACS】江西大学周二军、李在房联手南昌大学袁忠义、郑州大学郭青|20.22% 效率突破！通过断裂稠环结构引入 AIE 效应构筑超高效率有机太阳能电池

Sat, 30 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】江西大学周二军、李在房联手南昌大学袁忠义、郑州大学郭青|20.22% 效率突破！通过断裂稠环结构引入 AIE 效应构筑超高效率有机太阳能电池

文章标题：Cleaving Fused-Ring Conjugated Structure and Introducing Aggregation-Induced Emission Effect Enable over 20% Efficiency Organic Solar Cells

通讯作者：Qing Guo, Zhongyi Yuan, Zaifang Li, Erjun Zhou

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22943

文章概要

引言

如何有效降低能量损失以提升开路电压和能量转换效率，是当前进一步突破有机太阳能电池性能瓶颈的关键所在。通常，传统的非富勒烯受体倾向于采用平面构型以促进高效率的 $\pi-\pi$ 堆积，但这种紧密的分子排列极易引发聚集淬灭发光现象，导致非辐射能量损失显著增大。尽管利用聚集 induced 发光（AIE）效应可以抑制这种非辐射跃迁并提高光致发光量子产率，但在实际的分子设计中，如何在引入 AIE 效应的同时维持受体材料优异的电荷传输和聚集行为，依然缺乏行之有效的策略。针对这一挑战，本研究提出了一种极具创新性的分子工程策略，通过合理断裂三叶草型非富勒烯受体的中心稠环共轭结构，成功赋予了分子特定片段更高的构型自由度，实现了从聚集淬灭到聚集 induced 发光的根本性转变，为开发兼具高发光效率与优异传输特性的光伏受体材料开辟了新途径。

Scheme 1. The Jablonski Diagram Depicts Potential Radiative and Nonradiative Transitions at the Donor–Acceptor Interface

主要实验及结论

研究团队基于上述策略设计并合成了两种具有不同共轭核维度的非富勒烯受体分子，分别是具有完全稠环结构的 AQ-fNI 以及通过断裂共轭骨架引入单键连接的 AQ-NI。理论计算与构象分析表明，AQ-NI 分子中萘酰亚胺单元与分子主链之间存在较大的二面角，这种非平面结构赋予了分子出色的多角度构象适应性与规整排列能力。在光物理特性研究中，处于溶液态的 AQ-fNI 表现出经典的聚集淬灭发光特性，而 AQ-NI 则展现出显著的 AIE 效应，其薄膜状态下的光致发光量子产率大幅提升至 14.6%，远高于 AQ-fNI 的 6.16%。此外，薄膜吸收光谱显示 AQ-NI 成功实现了 H-聚集与 J-聚集的共存，这种混合聚集模式有效调控了活性层的结晶趋向，构筑起更为各向同性的电荷传输网络。

Figure 1. (a) Molecular structure. (b) Electrostatic surface potential. (c) UV–vis spectroscopy. (d) Energy level diagram. (e) 2D GIWAXS patterns.

Figure 2. (a) PL intensity of AQ-NI and AQ-fNI in CHF/n-hexane mixed solvent. (b) AIE curve. (c) PLQY value. (d) J–V curves and (e) EQE spectra of the optimal devices based on D18/AQ-fNI and D18/AQ-NI. (f) Statistical plot of PLQY versus _J_SC × FF product. (g) _J_ph versus _V_eff plots. (h) Dependence of _J_SC and _V_OC on the light intensity. (i) Electron and hole mobility.

在器件性能测试中，研究团队采用逐层（LBL）方法制备了光伏器件。得益于 AIE 效应带来的非辐射能量损失显著降低，基于 D18/AQ-NI 的二元电池器件构筑了高达 0.960 V 的开路电压，配合优化后纤维状形貌带来的卓越填充因子（78.77%），最终实现了 19.14% 的单电池高能量转换效率，而完全稠环受体 AQ-fNI 的二元器件效率仅为 16.47%。为了进一步挖掘该材料的潜力，研究人员将 AQ-NI 作为客体组分引入到 D18:L8-BO 体系中，得益于优异的受体相容性以及垂直方向上更加均匀的成分分布，三元电池器件的能量转换效率进一步跃升至 20.22%，这也是迄今为止基于 AIE 活性非富勒烯受体所报道的最高效率数值。

Figure 3. (a)–(b) TA spectra recorded at different time delays. (c) Decay profiles probed. (d) Exciton dynamics probe. (e) and (f) Pump exciton at different densities in AQ-NI and AQ-fNI in solution and film. (g) FTPS-EQE and EL spectra. (h) EQEEL curves versus _J_SC. (i) Total energy loss of the devices.

为了深层次揭示性能差异的物理机制，研究团队利用超快瞬态吸收光谱技术深入探究了活性层内部的激子动力学。实验结果表明，D18/AQ-NI 混合薄膜具有更快的激子解离与扩散速率，同时通过激子-激子湮灭方法计算出 AQ-NI 的激子扩散长度大幅延伸至 33.28 nm。结合高灵敏度电致发光光谱分析，AQ-NI 器件的 Urbach 能显著降低至 20.71 meV，清晰地证实了材料内部能量无序度的降低与缺陷态密度的抑制。这些优势共同作用，不仅极大地遏制了双分子复合与陷阱辅助复合过程，还促成了更长的极化子寿命，从而使器件在大幅缩减能量损失的同时，依然能够维持极高的短路电流密度和填充因子。

Figure 4. (a)–(b) AFM height images. (c)–(d) AFM Phase images. (e)–(f) 2D GIWAXS patterns. (g)–(h) Intensity profiles along the IP and OOP directions. (i) Statistical diagram of CCL values and d-spacing.

- Figure 5. (a)–(b) Film-depth-dependent absorption spectra of D18/AQ-fNI and D18/AQ-NI. (c)–(d) Vertical composition distribution of the active layer. (e)–(f) Exciton generation contours along with film depth direction for D18/AQ-fNI and D18/AQ-NI, as calculated from film-depth-dependent light absorption spectra (c) and (d) and the modified optical interference model.

总结及展望

这项工作成功证实了通过断裂三叶草型受体分子中心稠环结构来诱导 AIE 效应的策略具有高度的可行性与优越性。该策略巧妙地在非富勒烯受体的分子构象、发光效率与电荷传输性能之间达成了精准的微妙平衡，在从根本上抑制有害聚集、大幅降低非辐射电压损失的同时，依然维持了理想的纳米级相分离形貌与高效的激子传输通道。这一研究成果不仅成功刷新了 AIE 型光伏器件的效率纪录，更确立了 AIE 特性与有机太阳能电池整体光伏性能之间的内在核心关联，为未来设计兼具超低能量损失与卓越光电转换效率的高性能有机光伏材料提供了极具价值的理论指导与全新思路。

【Adv.Mater.】温州大学向卫东、厦门大学王树立、复旦大学田朋飞等联手|破纪录2.44×10⁸ cd m⁻²亮度！科学家制备出可稳定10000小时的超稳全色Micro-LED色转换量子点玻璃微球

Sat, 30 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】温州大学向卫东、厦门大学王树立、复旦大学田朋飞等联手|破纪录2.44×10⁸ cd m⁻²亮度！科学家制备出可稳定10000小时的超稳全色Micro-LED色转换量子点玻璃微球

文章标题：Submicron Perovskite Quantum Dot Glass Microspheres for Micro-LED Displays

通讯作者：Yue Lin, Pengfei Tian, Xiaojuan Liang, Shuli Wang, Weidong Xiang

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73397

文章概要

引言

Micro-LED显示技术凭借其高分辨率、快刷新率和宽色域等优异特性，被广泛视为下一代显示技术的有力竞争者。为了实现全彩化显示，传统的巨量转移技术面临工艺复杂、红绿芯片效率低且成本高昂等瓶颈。相比之下，利用蓝光Micro-LED芯片结合红绿两色色转换层的架构，展现出了显著的工艺简化优势和高商业化潜力。在这种架构中，钙钛矿量子点因其极窄的发光半峰宽和优异的荧光量子产率，成为构建色转换像素的理想发光材料。然而，传统的钙钛矿量子点在面对高温、强蓝光照射以及潮湿环境时，往往会表现出严重的性能劣化，极大限制了其工业化应用。尽管通过无机玻璃基质包裹钙钛矿量子点可以在一定程度上隔绝外界干扰，但其在高强度蓝光辐射下的光热稳定性依然亟待突破，且大块玻璃材料也极难兼容微米级的像素化图案化加工。

(a) Schematic illustration of PQDGMS preparation by the ball milling method and self-healing mechanism of PQDGMS. (b) Image of mass production of PQDGMS. (c) Variation of D50 particle size of PQDGMS with high-energy ball milling time. (d) TEM image of PQDGMS after milling for 60 min. (e) Images of PQDs, PQD-SiO2, and PQDGMS in harsh conditions. (f) Schematic diagram and patterned PQDGMS arrays by inkjet printing, photolithography, and through-hole glass-based filling. (g) Comparison of the PLQY, patternability, and stability of PQDGMS, PQD-SiO2, and PQDs.

主要实验及结论

为了同时攻克稳定性和图案化这两大核心难题，研究团队创新性地设计了一种自修复且超稳定的亚微米级钙钛矿量子点玻璃微球。研究人员采用熔融淬火结合二次重结晶的“自上而下”策略，通过在硅酸盐玻璃网络中引入溴化银添加剂，成功实现了亚微米级玻璃微球的公斤级规模化制备。在二次热处理过程中，大量高质量的钙钛矿纳米晶在玻璃内部均匀析出。透射电镜与X射线光电子能谱分析证实，玻璃微球中协同集成了钙钛矿量子点、溴化银纳米晶以及金属银纳米粒子。溴化银的引入赋予了材料独特的动态自修复能力，在光热刺激下释放的溴离子能够自动迁移并有效钝化钙钛矿表面的卤素空位缺陷，抑制内部卤素流失，从而极大地巩固了量子点的结构完整性。

Structural characterization and optical performance of PQDGMS. (a) TEM image of 0.25% PQDGMS. High-resolution TEM image of (b) AgBr and CsPbBr3 PQD and (c) AgNP in PQDGMS. (d) XRD patterns of pure glass, 0.25%AgBr-glass, 0% PQDGMS, and 0.25% PQDGMS. (e) High-resolution XPS spectra of Ag 3d for PQDGMS. (f) Raman spectra of samples of x% PQDGMS. (g) PLQY values of x% PQDGMS and corresponding photos under 365 nm ultraviolet light irradiation. (h) PL spectra of x% PQDGMS after secondary heat treatment at 500 C for 5 h. (i) Fluorescence lifetime decay curves of x% PQDGMS.

PL intensity of PQDs, PQD-SiO2, and PQDGMS after (a) immersed in water for 10 000 h, (b) thermal cycling between 30°C and 140°C, (c) continuous high-energy blue light irradiation for 240 h (450 nm, 800Wm−2). (d) High-resolution XPS spectra of Br 3d in PQDGMS after 10 h and 15 h of blue light illumination. (e) Relative PL intensity and photos of PQDGMS immersed in water, heated under 1,500 W m−2 and 365 nm ultraviolet light. High-resolution TEM image of (f) AgBr and (g) CsPbBr3 PQD in PQDGMS during the in situ heating process. (h) XRD patterns of PQDGMS during the in situ heating and cooling process.

得益于这种致密无机玻璃网络的严密包裹和添加剂的协同Passivation效应，该量子点玻璃微球展现出了史无前例的环境耐受力。在最长达10000小时的水中浸泡测试后，材料仍能保持初始荧光强度的百分之九十五以上；在100摄氏度的高温环境下，其光致发光强度保持率超过百分之八十二；更令人惊叹的是，在强蓝光连续照射240小时后，其荧光性能依然维持在百分之八十六以上，各项指标均远超传统的热注射法量子点及分子筛包裹材料。

Performance of PQDGMS color conversion arrays and color-converted micro-LED chips. (a) Schematic diagram of color conversion layer preparation. (b) Schematic illustration of color-converted micro-LED chips, and images of green and red PQDGMS color conversion arrays and patterns. (c) Relative PL intensity of red and green conversion layers after 10 h of insulation in 80°C waters. (d) Luminous intensity of blue micro-LED chip, color converted green and red micro-LED chips at different currents. (e) PL emission spectra of blue micro-LED chip, color-converted green and red micro-LED chips.

在应用端，研究团队将这种高性能微球粉体分散于光固化聚合物中，调制出均匀的量子点玻璃微球墨水。利用简单的毛细管填充辅助技术，墨水被精准填充至带有微孔的透过孔玻璃衬底中并进行紫外固化，成功实现了无需光刻工艺的微米级图案化色转换像素阵列。将该阵列与蓝光Micro-LED芯片精密堆叠集成的全彩器件中，绿光和红光色转换微LED芯片的外部量子效率分别达到了惊人的百分之二十四点八和百分之十六点七。在驱动电流下，绿光色转换层实现了高达每平方米二点四四亿坎德拉的峰值亮度，刷新了目前已知绿光色转换层在Micro-LED应用中的最高亮度纪录。同时，由于量子点在高固含量墨水中的超高吸收效率，色转换层对激发蓝光的吸收率高达百分之九十九点五以上，几乎彻底消除了蓝光泄漏现象。

总结及展望

这项研究成功攻克了钙钛矿量子点色转换层在商业化Micro-LED显示应用中的多项核心瓶颈。通过巧妙的材料设计与工艺优化，团队不仅实现了超高发光效率、极端环境稳定性和自修复特性的完美融合，还探索出了一条高兼容性、低成本且适于大规模量产的工业化加工路径。器件所呈现出的极高色纯度使得最终构建的全彩Micro-LED像素色域达到了惊人的百分之一百二十六NTSC标准。这一突破性成果不仅为下一代全彩超高分辨率Micro-LED显示器的商业化落地奠定了坚实的材料基石，也为钙钛矿纳米材料在更广泛的高性能光子学和光电器件领域的应用开辟了全新的想象空间。

【Adv.Mater.】郑州大学臧双全等|突破极限！近红外圆偏振发光不对称因子高达-0.4，开启夜视成像新范式

Thu, 28 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】郑州大学臧双全等|突破极限！近红外圆偏振发光不对称因子高达-0.4，开启夜视成像新范式

文章标题：Helical Photonic Confinement of Metal Clusters Enables Switching and Imaging of Near-Infrared Circularly Polarized Light

通讯作者： Xi-Yan Dong, Jia-Chen Zhang, Shuang-Quan Zang

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73316

文章概要

引言

近红外（NIR）圆偏振发光（CPL）材料在生物成像、光通信及信息加密等领域展现出巨大的应用潜力。然而，如何提升发光不对称因子（$g_{lum}$） 一直是该领域的核心痛点，现有的近红外CPL系统往往面临手性响应弱、稳定性差以及在固态环境下易发生猝灭等挑战。为了克服这些障碍，研究团队巧妙地提出了一种螺旋光子限制策略。通过将具有优异光物理性能的金纳米团簇（$Au_{13}$）嵌入到具有手性向列结构的手性介孔二氧化硅（CNMS）薄膜中，利用光子带隙（PBG）与团簇发射光谱的精确匹配，实现了近红外手性发光性能的跨越式提升。

(a) NCs with different sizes and luminescent properties (Cu3, CAu6, CAu6Ag4, Au13). (b) Schematic of NCs loaded onto CNMS films (forming NC-CNMS). (c) Schematic of PBG-induced R-CPL emission from NCs-CNMS. When the emission band of NCs overlaps with the PBG of the CNMS film, the left-handed nematic NCs-CNMS film selectively reflects L-CPL and transmits R-CPL.

主要实验及结论

研究人员首先通过优化蒸发诱导自组装工艺，制备出了具有长程有序螺旋结构的手性介孔二氧化硅薄膜，并通过调节超声处理时间精准调控其光子带隙。实验发现，当二氧化硅薄膜的光子带隙与金纳米团簇的发射峰精准重叠时，复合材料表现出极强的右圆偏振发光（R-CPL）。令人振奋的是，该系统的发光不对称因子达到了-0.4，这一数值远超传统的自由纳米团簇，创造了同类材料的新纪录。这种显著的性能提升并非源于团簇本身的分子手性，而是源于手性光子晶体架构对手性发光路径的强力调制。

(a) Representative SEM image of CNC/SiO2 film and (b) CNMS film. (c) Representative POM image of CNMS. (d,e) TEM and elemental mapping images of Au13-CNMS film. (f) Nitrogen adsorption of CNMS film, (g) XRD pattern of Au13-CNMS, (h) XPS spectrum of Au13-CNMS.

(a) CPL spectra of Au13-CNMS-n films (Au13 solution concentration 3 mg/mL). (b) CPL spectra of CNMS-750 films loaded with different concentrations of Au13 NCs. (c) CPL spectra of CNMS-n films loaded with different clusters. (d) _g_lum values of Au13-CNMS-n. (e) _g_lum values of CNMS-750 films loaded with different concentrations of Au13 NCs. (f) _g_lum values of CNMS-n films loaded with different clusters. (g) Digital images of NCs-CNMS-n under natural light and UV light. (h) Wavelength and helicity modulation of NCs-CNMS-n films. (i) _g_lum of wavelength and helicity modulation in NCs-CNMS-n films.

在深入探索其动态响应特性时，研究团队发现该材料具有独特的溶剂响应开关特性。当水分子渗透进入薄膜孔隙后，由于折射率匹配效应，薄膜的双折射现象被抑制，导致CPL信号暂时熄灭；而在水分挥发过程中，信号随之恢复。特别值得注意的是，在水分蒸发阶段，由于金纳米团簇在螺旋纳米通道内发生了由疏水作用驱动的瞬态自组装，系统甚至出现了短暂的手性反转现象。这一发现不仅通过时间分辨瞬态吸收光谱得到了验证，还为开发响应型光子器件提供了全新的思路。基于这一卓越的光学性能，团队成功构建了一套近红外手性偏振成像系统，在无需外部偏振光学元件的情况下，实现了对近红外光的高对比度直接区分与成像。

(a) Schematic illustration of CPL switching capability achieved by solution permeation and evaporation of NCs-CNMS films. (b) CPL spectra of Au13-CNMS: (light yellow) original film, (pink) film immersed in H2O, and (blue dotted line) subsequent H2O evaporation. (c) CPL intensity of Au13-CNMS after 50 cycles of H2O immersion-evaporation. (d) Dynamic CPL spectrum of Au13-CNMS during water evaporation. (e) Dynamic CPL spectrum of CAu6-CNMS during water evaporation. (f) Two-dimensional TA map recorded using left-circularly polarized (L) probe light (dry film). (g) Two-dimensional TA map recorded using right-circularly polarized (R) probe light (dry film). (h) Corresponding differential (L–R) transient absorption spectrum (dry film). (i) Two-dimensional TA map recorded with left-circularly polarized (L) probe light (wet film). (j) Two-dimensional TA map recorded with right-circularly polarized (R) probe light (wet film). (k) Corresponding differential (L–R) transient absorption spectrum (wet film, Circular dichroism TA spectra of Au13-CNMS films were recorded under 350 nm excitation).

(a) Schematic Au13-CNMS assembly during solvent evaporation. (b) shows the stacking arrangement of Au13 clusters in the single crystal as viewed along the b-axis; (c) View along the c-axis showing the spatial distribution of Au13 clusters within the single crystal and their weak intercluster interactions, together with the corresponding crystal photograph. (d) SEM image of Au13 NCs in DMF solution. (e) SEM image of Au13 cluster in DMF: H2O = 1:9 (v/v) solution. f) SEM image of Au13 NCs in DMF: H2O = 1:9 (v/v) solution after freeze-drying.

(a) Difference in near-infrared luminescence intensity of Au13-CNMS under L-CPF and R-CPF circular polarization. (b) Near-infrared imaging: Visible light imaging under natural light (left) and near-infrared camera imaging under Au13-CNMS luminescence (right). (c) Schematic of near-infrared chiral polarization imaging principle: Incident light is converted into near-infrared emission by the Au13-CNMS film after passing through the sample and is captured by the camera. (d) Comparison of near-infrared images acquired via L-CPF and R-CPF, demonstrating significant chiral selectivity and high contrast. (e) Near-infrared imaging sequence obtained by continuously rotating the circularly polarized filter angle, validating a highly sensitive and stable response to circularly polarized states.

总结及展望

该研究成功建立了一种普适性的螺旋光子限制策略，不仅在近红外波段实现了创纪录的手性放大，还将这一体系扩展至蓝、绿、橙等全可见光波段。通过揭示水诱导的团簇动态组装规律，研究进一步深化了对手性光子材料结构与性能关系的理解。这项工作为开发高性能、可调控、方向敏感的近红外手性光电材料奠定了坚实基础，并在隐蔽光通信、高安全性防伪和新一代功能化光子器件领域展现出极其广阔的应用前景。

【Adv.Mater.】华东理工大学马骧、丁兵兵|实现54.9%发光效率与2380%拉伸率：微相工程化柔性余辉材料取得突破

Thu, 28 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】华东理工大学马骧、丁兵兵|实现54.9%发光效率与2380%拉伸率：微相工程化柔性余辉材料取得突破

文章标题： Harmonizing High Phosphorescence Efficiency and Stretchability in Flexible Afterglow Materials Through Microphase Engineering

通讯作者： Bingbing Ding, Xiang Ma

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73314

文章概要

在这篇发表于《Advanced Materials》的研究论文中，研究团队针对有机超长室温磷光（OURTP）材料在柔性电子领域面临的发光效率与机械柔韧性之间的矛盾，提出了一种创新的微相工程化策略。通过将电荷转移型磷光客体冠烯（CE）引入苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）基质中，成功构建了一种既具有高效发光性能又具备超强拉伸性的复合材料。该研究不仅为解决聚合物基质中三线态激子稳定与分子链运动性之间的冲突提供了新思路，也展示了该材料在智能穿戴、防伪监测及生物抗菌等领域的广泛应用潜力。

Organic amorphous flexible ultralong afterglow materials developed via microphase engineering (a) and exciton recombination (b). ISC: intersystem crossing; RISC: reverse ISC; ET: energy transfer.

引言

有机超长室温磷光材料因其独特的光物理性质，在防伪、成像和显示等领域展现出巨大的应用前景。然而，实现高性能的柔性余辉材料一直是一个巨大挑战。三线态激子的稳定通常需要极端刚性的环境以抑制非辐射跃迁，但这往往会导致材料脆性大、缺乏弹性；而为了追求高拉伸性，材料往往需要具备较强的分子链流动性，这又会严重削弱磷光效率。传统的物理掺杂或简单的化学改性往往难以平衡这两者，且容易出现相分离和发光不均的问题。为了突破这一瓶颈，研究人员利用嵌段共聚物的微相分离特性，试图在同一纳米结构中同时实现“刚性限域”与“柔性支撑”。

(a) Photographic image series of SIS@CE under continuous 365 nm UV light irradiation with the power density of 18.5 mW/cm2 (top) and after ceasing irradiation (bottom); (b) Mechanism of photoactivated OURTP: oxygen consumption and photo-induced exciton accumulation (EA) in the film, CR: charge recombination; 3LE: triplet locally excited state.; The photoluminescence spectra of SIS@CE under (c) sustaining UV light irradiation (inset: Commission Internationale de l'Éclairage (CIE)-1931 coordinate) and (d) after ceasing irradiation (λex = 360 nm); (e) Time-dependent normalized phosphorescence intensity of SIS@CE under UV irradiation with different power densities; (f) The RTP decay curves at 560 nm of SIS@CE under sustaining UV light irradiation; (g) The phosphorescence intensity at 560 nm of SIS@CE upon alternating UV light irradiation for 10 s and ceasing UV irradiation for 30 s; (h) RTP Quantum yield and lifetimes of SIS@CE films with different doping mass ratios after UV irradiation.

主要实验及结论

研究团队首先通过溶剂挥发法制备了不同比例的SIS@CE薄膜。实验发现，在365 nm紫外光照射下，该材料表现出显著的光活化OURTP行为。随着照射时间的增加，溶解氧被消耗且激子不断积聚，使得磷光强度和寿命大幅提升。其中，0.1 wt.%掺杂浓度的薄膜表现最为优异，光活化后的磷光量子产率高达54.9%，寿命达到6.26秒，即便在停止照射60秒后，肉眼仍可清晰观察到绿色的长余辉。

(a) Jablonski diagram for SIS@CE film, CT: charge transfer; CS: charge separation; CR: charge recombination; 1LE: singlet locally excited state; 3LE: triplet locally excited state; ISC: intersystem crossing; 1CT&3CT: charge transfer state; (b) Time-resolved µs transient absorption spectrum of SIS@CE; (c) Kinetic decay curves of 1LED (445 nm), 3LED (500 nm) and 1CT&3CT (525 nm); Transient absorption spectrum of 0.1 wt.% SIS@CE at different time scales from 2.9 to 3.6 ps (d) and from 3.8 ps to 2.9 µs (e); (f) SAXS of 0.1 wt.% SIS@CE film, inset image of TEM images stained with osmium tetroxide (g) and grayscale analysis (h).

(a) Comparison of elongation, RTP lifetime and RTP QY between SIS@CE and the other reported materials; (b) Weight lifting and afterglow images of the SIS@CE film; (c) Cyclic strain-stress curves of SIS@CE at 600% strain over 40 cycles, inset: images of SIS@CE film after 40 stretched cycles; (d) SIS@CE images subjected to external tension for 2300% strain and the afterglow of different stress regions; (e) The relationship between afterglow intensity and strain of SIS@CE with afterglow attenuation images under different strains.

在机理研究方面，结构表征证明了SIS基质中存在高度有序的微相分离结构。刚性的聚苯乙烯（PS）微区作为“限域空间”，有效地固定了发光客体，并通过电荷转移效应稳定了三线态激子，从而保证了高效率的磷光发射；而柔性的聚异戊二烯（PI）相则充当了“缓冲骨架”，赋予了材料宏观上的超强韧性。瞬态吸收光谱进一步证实了长寿命电荷转移态的存在，这种状态作为能量缓冲阶梯，显著提高了系间窜越效率。

(a,b) Melt-molded SIS@CE filaments with photoactive weaving exhibit UV-triggered green OURTP under 365 nm irradiation; (c) Ultra-thin luminous SIS@CE yarns; (d) Schematic illustration of the inactivation of E. coli; (e) E. coli colony growth images and coculture of blank control group and SIS@CE under 405 nm blue light irradiation; (f) Solar-activated OURTP with high visible-light transmittance; (g) Solar-activated luminescent warning films for automobiles; (h) Luminescent photograph of SIS@CE taken after UV light irradiation after soaking in different solution environments over a month.

机械性能测试结果令人惊叹，该材料的断裂伸长率高达2380.5%，并展现出优异的疲劳抗性，在600%应变下循环40次后仍能保持结构完整。更有趣的是，研究发现该材料具有应力响应发光特性：随着拉伸倍数的增加，基质的局部刚性受到扰动，导致余辉强度和寿命出现可量化的衰减。此外，由于三线态激子介导的单线态氧产生能力，该材料还表现出极佳的光动力抗菌效果，对大肠杆菌的杀灭率超过99.98%。

总结及展望

本研究通过微相工程化策略，成功开发出一种兼具高量子产率、超长余辉寿命和极限拉伸性能的柔性有机磷光材料。通过精准调控嵌段共聚物的纳米相区，实现了发光功能与机械柔韧性的完美解耦。这种材料不仅可以通过熔融加工制备成超细发光纤维（直径仅50微米），应用于智能纺织品和可穿戴设备，还能作为环境友好的太阳光驱动警示贴片用于汽车安全。该策略具有普适性，为未来开发多功能、高性能的柔性光电材料开辟了全新的设计路径，有望在人体健康监测、智能感知及柔性显示等前沿领域发挥重要作用。

【Angew.Chem.】海南大学秦天依、王亚龙|14种衍生物实现传感器模式精准调控，新型AIE分子设计新策略让白蛋白检测迈向新高度

Thu, 28 May 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】海南大学秦天依、王亚龙|14种衍生物实现传感器模式精准调控，新型AIE分子设计新策略让白蛋白检测迈向新高度

文章标题： N-Alkyl Extension in Ionic Molecular Rotors: Facile Tuning of Sensing Modes for Albumin-Based Host-Guest Fluorescent Sensors

通讯作者： Ya-Long Wang, Tianyi Qin

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.1330357

文章概要

本文提出了一种通过改变离子型分子转子（TPA-Ps）吡啶环上N-烷基链长度来精准调控荧光传感模式的新策略。研究发现，简单的烷基链延伸不仅能改变分子的聚集行为，还能影响其在人血清白蛋白（HSA）内部的结合位置，从而实现“开启型”与“比率型”传感模式的自由切换。该策略在尿微量白蛋白检测、兽药残留监测及多组分传感器阵列等领域展现了巨大的应用潜力。

(a) The principle of HSA-dye-based fluorescent sensing systems. (b) Two sensing modes exhibiting distinctive merits for different applications and the development of a tuning strategy for the regulation of sensing modes.

引言

在临床诊断和生物成像中，荧光传感器因其高灵敏度而备受关注。然而，如何通过简单的结构微调来精准控制传感器的信号模式（如从单信号开启转变为双波长比率型信号）一直是化学传感领域的难点。人血清白蛋白（HSA）作为一种重要的生物标记物，其含量的异常与慢性肾病等多种疾病密切相关。虽然目前已有多种针对HSA的荧光探针，但大多缺乏系统性的设计规律。本文作者聚焦于三苯胺-吡啶盐（TPA-P） 这一经典的离子型分子转子骨架，通过系统研究非共轭烷基链对荧光性能的贡献，试图建立一套普适性的结构-性能关系，为高性能荧光传感器的设计提供新思路。

The fluorescence spectra of TPA-Ps (C2–C18) derived based on the N-alkyl extension strategy in response to HSA and the potential applications of sensors with controllable sensing modes between off–on and ratiometric. _λ_ex = 470 nm. Inset photos were captured under a 365 nm UV lamp.

主要实验及结论

研究人员首先合成了14种具有不同N-烷基链长度（C2至C18）的TPA-Ps分子。实验结果显示，当烷基链较短（C2-C7）时，分子在水中以单分子状态存在，受溶剂极性影响荧光几乎完全猝灭，但在遇到HSA时会表现出强烈的“由暗到亮”的开启式响应。有趣的是，当烷基链延伸至C8及以上时，分子开始发生自组装形成纳米聚集体，使其在纯水环境下就具备初始荧光。这种初始荧光的产生，配合与HSA结合后的光谱蓝移，使得长链分子表现出优异的比率型传感特性。

(a) The log p value of each TPA-Ps based on tests in n-octanol/water binary mixtures. (b) The volume of hydrophobic moiety (V, gray symbols) and optimal surface area of hydrophilic head (_a_0, blue symbols) of each TPA-Ps. (c) The ratio of V/_a_0 (gray symbols), critical length of the hydrophobic chain (blue symbols), and CPP (orange symbols) of each TPA-Ps. (d) The critical aggregation concentrations of each compound. (e) The fluorescence anisotropy of each compound in testing samples and sucrose glass. (f) The fluorescent lifetime (_τ_f) and rotational correlation time (ϴ) of each compound. (g) The absolute quantum yield of each TPA-Ps. (h) The schematic diagram of N-alkyl chain strategy for modulation of the initial fluorescence of TPA-Ps. Raw data were recorded from three parallel tests. Error bars represented the standard deviations.

(a) Time-dependent RMSD (root mean square deviation) of C8-C18 in DS1 given by protein-ligand molecular dynamics simulation. (b) The amino acid residues surrounding DS1: blue for the entrance, yellow for the chamber bottom, and gray for the opposite wall against the entrance. The amino acid residues without superscripts were based on previous studies [40, 41], and those with superscripts were based on molecular dynamic results in this study. (c–j) The final conformations of C8–C18 in DS1 given by molecular dynamic simulations. (k–r) The amino acid residues with top 10 contribution factors for binding.

为了深入探讨这一现象的本质，团队结合分子动力学模拟（MD）和计算化学发现，烷基链的长度决定了分子的临界装箱参数（CPP）和脂水分配系数。更重要的是，烷基链的延伸会产生位阻效应，导致探针在HSA疏水腔内的结合位置发生由内向外的偏移。短链探针能深入腔体核心，受到极强的构象限制；而长链探针则倾向于留在腔口甚至外部界面，这种位置的改变直接决定了最终荧光发射波长的差异。基于此规律，作者选择了C5和C10作为代表性探针，分别实现了对尿白蛋白（u-ALB）的超灵敏检测以及对兽药硝碘酚腈（NIT）的比率型成像监测。此外，利用不同链长分子对生物分子的响应差异，团队还构建了传感器阵列，成功实现了对多种维生素B亚型以及不同阶段蛋白尿样本的100%准确识别和分类。

(a) The standard curve for quantification of u-ALB based on the fluorescent titration in urine. Probe: C5 (10 µM). (b) The standard curve for quantification of u-ALB based on tests in six volunteers’ morning urine samples with a 95% confidence interval and 95% predictive interval. Probe: C10 (10 µM). Blue and yellow dash lines represent two thresholds for albuminuria. (c) The data plots from urine samples donated by health individuals under different conditions. u-ALB was spiked in the collected urine samples. (d) correlation of ΔF with several urinary components (ALB, VC, GLC, BIL, TP) at randomly spiked abnormal concentrations. (e) The recovery degrees of our probe (C10) and the commercial indicator BCG. (f) The detection results of u-ALB concentrations of three CKD patients and the recovery degrees compared with hospital data. (g) The construction of a 3D-printed POCT device inserted with a light filter (510 nm). (h) The POCT device-assisted on-site detection of u-ALB based on fluorescence colorimetric signals. (i) A comparison between test paper used in this study and commercial products for naked-eye observation and semi-quantitative analysis based on color difference.

(a) The schematic diagram of the detection process of an albumin-based host-guest ensemble. (b) The detection ranges from LODs to maximum testing concentrations of C10@HSA at three concentrations toward NIT and at 5 µM in two real food samples. (c) The recovery rates of our probe and LC-MS for analysis spiked NIT in pork and mutton. (d) fluorocolorimetric sensing in solution and on test paper. (e) The detection of NIT in cell cultures via a dual-channel imaging mode and ratio images. Yellow channel: λex = 488 nm, λem = 585–615 nm. Red channel: λex = 488 nm, λem = 635–675 nm. (f) The mean fluorescent intensities of cells in each channel upon increasing NIT concentrations. (g) The ratios of mean fluorescent intensity (channel 1/channel 2) in response to NIT. (h) The in situ imaging of NIT in mice with previous hypodermic injection of C10@HSA. (i) The mean fluorescent intensities in the red oval region at two channels in response to additional NIT (50 µM). [C10@HSA] = 10 µM, Channel 1: λex = 530–570 nm, λem = 575–640 nm. Channel 2: λex = 620–650 nm, λem = 690–740 nm.

(a–c) Canonical score plot for the two factors given by LDA from the sensor array (C5, C10) with three states of microalbuminuria. The concentrations of C2 and C5 were 10 µM. The spiking u-ALB concentrations for A2 and A3 samples were 1 and 10 µM, respectively. (d) Three-channel fluorescent intensity response pattern of the sensor array (C2@HSA, C10@HSA, C16@HSA) against five VBs. The concentrations of three ensembles were 10 µM. [VB1] = [VB3] = [VB5] = [VB6] = 1 mM. [VB2] = 50 µM. Error bars indicate the standard deviation of five replicates. (e) The heat map of the fluorescent intensity response of VBs. (f) qualitative assay for five VBs using LDA based on three-channel fluorescent intensity response pattern. (g) HCA plot of the 25 independent samples. (h) nine-channel fluorescent color response pattern of the sensor array (C2@HSA, C10@HSA, C16@HSA) against five VBs. (i) The heat map of the fluorescent color response of VBs. (j) qualitative assay for five VBs using LDA based on nine-channel fluorescent color response pattern. (k) HCA plot of the 25 independent samples.

The fluorescence spectra of six TPA-P derivatives in response to HSA. (a–f) refer to the three ones that follow our design strategy, and (g–l) refer to the other three that do not follow our strategy. The excitation wavelengths for the first five compounds were 470 nm, and for the last one was 420 nm.

总结及展望

这项研究有力地证明了非共轭结构片段在调节AIE分子功能方面具有不可忽视的作用。通过简单的N-烷基链延伸策略，研究者成功揭示了分子自组装行为与蛋白质结合模式之间的内在联系，为定制化开发特定传感模式的荧光探针提供了科学依据。该策略不仅适用于TPA-P系列，还展现出向其他离子型分子转子骨架迁移的普适性潜力。未来，这一发现有望进一步推动高性能荧光传感器在即时检验（POCT）、居家健康监测以及复杂生物过程实时成像等领域的工业化与临床应用。

【Nat.Chem.】刷新Cr基MOF孔隙率巅峰：单晶到单晶策略实现3.7 cm³/g超高容量

Wed, 27 May 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Chem.】刷新Cr基MOF孔隙率巅峰：单晶到单晶策略实现3.7 cm³/g超高容量

文章标题： Single-crystal to single-crystal editing of metal–organic frameworks via ligand removal

通讯作者： Vincent Guillerm & Mohamed Eddaoudi

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41557-026-02135-4

文章概要

引言

在网格化学领域，构建具有超大介孔或特定拓扑结构的金属有机框架（MOFs）一直是研究的热点与难点。为了引导特定框架结构的形成，研究人员往往需要引入一种被称为中心结构定向剂（cSDA） 的额外配体。这些配体就像建筑施工中的临时木质支架，在支撑起拱门或穹顶等复杂结构后，其存在反而会占据大量内部空间，限制了材料潜在孔隙率的充分释放。长期以来，如何在不破坏MOF骨架完整性的前提下，高效、完整地去除这些“支架”配体，一直是极具挑战性的课题。本研究提出了一种通用的后合成策略，通过单晶到单晶（SCSC） 的编辑方式，成功实现了cSDA的定向移除，不仅完成了拓扑结构的转变，更实现了孔隙率的显著飞跃。

Fig. 1: Schematic representation of sod-ZMOF containing cSDAs and two possibilities of the further removal treatment with acidic solution or substitution by imidazole moieties.

主要实验及结论

研究团队针对不同稳定性的MOF材料设计了两条互补的去除路径。第一条路径是基于硬软酸碱（HSAB）原理的酸处理法。对于具有较强化学稳定性的Cr基MOF（如Cr-sod-ZMOF-307），由于铬离子与羧酸配体形成的Cr-O键极其坚固，而与含氮配体形成的Cr-N键相对较弱，通过简单的稀盐酸处理即可选择性地使cSDA质子化并脱离骨架。实验结果显示，去除cSDAs后的Cr-sod-ZMOF-300表现出惊人的性能，其实验孔容达到了3.6 cm³/g，成为了目前报道中孔隙率最高的Cr基MOF材料，打破了先前由Cr-PCN-333保持的纪录。

Fig. 2: Removal of cSDA from Fe-sod-ZMOF-204 and Cr-sod-ZMOF-307.

Fig. 3: Comparison of adsorption characteristics of previously known Cr-MOFs with the ones obtained in the presented study.

Fig. 4: Imidazole substitution of cSDAs in sod-ZMOFs.

第二条路径则是更为温和、快速的咪唑取代法。对于稳定性稍逊的铟（In）或铁（Fe）基材料，研究人员利用咪唑较强的碱性和较小的分子尺寸，在短短几分钟内即可完成配体交换。这种方法在sod、nia-d和pop等多种拓扑结构中均得到了验证。例如，在Fe-sod-ZMOF-320中，通过咪唑取代移除大型卟啉配体后，材料的总孔容提升至3.7 cm³/g，并展现出极其优异的甲烷（CH₄）储运能力。此外，这种策略还成功诱导了骨架拓扑的转变，使材料从复杂的混合网络转化为更开放的soc或sed拓扑结构，且咪唑的留存有效地保护了金属中心，防止了材料在活化或重吸湿过程中的结构坍塌。

Fig. 5: Relative comparison of different physical characteristics of In-sod-ZMOFs based on TATB carboxylate before and after cSDA removal.

Fig. 6: Imidazole substitution of cSDAs in MOFs.

总结及展望

这项工作重新定义了cSDA在网格化学中的角色，将其从永久性的结构组件转变为动态、可设计的拆卸元素。研究证明，通过精确控制配体与金属中心的配位竞争，可以在分子水平上对固态晶体进行精确编辑。这种单晶到单晶的编辑技术不仅为制备超高孔隙率材料开辟了新途径，也为开发具有定制化功能和极高稳定性的新型多孔材料提供了理论支撑。未来，这种“先搭建支架、后释放空间”的设计理念有望在气体存储、分离、催化及传感等多个工业应用领域发挥重要作用，推动网格化学向更高层级的模块化设计迈进。

【Adv.Mater.】苏州大学彭军、张晓宏等|26.77%效率突破！分子极化诱导协同界面工程助力高性能钙钛矿太阳电池

Wed, 27 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】苏州大学彭军、张晓宏等|26.77%效率突破！分子极化诱导协同界面工程助力高性能钙钛矿太阳电池

文章标题： Molecular Polarization-Driven Synergistic Interface Engineering for High-Performance Perovskite Solar Cells

通讯作者： Yi Ji, Xiao-Hong Zhang, Jun Peng

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73306

文章概要

引言

金属卤化物钙钛矿太阳电池凭借其优异的光电特性和低成本制备优势，已成为最具潜力的下一代光伏技术之一。在反式结构器件中，自组装单分子层（SAM） 因其能级匹配和高效空穴提取能力而备受青睐，但其在透明导电氧化物衬底上容易发生随机聚集，导致覆盖不均。此外，SAM末端基团的疏水性会降低钙钛矿前驱液的润湿性，进而引发界面空洞和严重的非辐射复合。尽管此前研究尝试过共同吸附或分子桥接等手段，但如何同时实现均匀的SAM分布和强力的界面化学键合，依然是提升器件效率与稳定性的核心难题。

Mechanistic insights into synergistic interface engineering driven by m-APCA. (a) Chemical structure and ESP distribution of the p-APCA and m-APCA molecules (red: positive potential; blue: negative potential). (b) The interaction configurations of p-APCA and m-APCA with Me-4PACz, respectively. The atomic configurations of (c) p-APCA and d) m-APCA interacting with the perovskite, along with (e) the corresponding calculated binding energy. (f) The XPS C 1s spectra of the Me-4PACz film with and without m-APCA treatment. (g) The UV–vis absorption spectra of Me-4PACz, p-APCA, and the mixture of p-APCA and Me-4PACz in methanol solutions. (h) The UV–vis absorption spectra of Me-4PACz, m-APCA, and the mixture of m-APCA and Me-4PACz in methanol solutions. The XPS (i) Pb 4f and (j) I 3d spectra of peeled-off buried perovskite films, with and without p-APCA or m-APCA treatment. (k) The 1H NMR spectra of FAI with and without m-APCA.

主要实验及结论

研究团队提出了一种分子极化驱动的协同界面工程策略，通过引入一种具有不对称双官能团的间位取代分子2-氨基嘧啶-4-羧酸（m-APCA） 来优化界面。理论计算和实验结果共同表明，m-APCA独特的不对称结构诱导了显著的电荷极化，其偶极矩高达5.04 D，远超对称结构的异构体。这种强极化效应不仅通过增强的π-π堆积作用抑制了SAM分子的聚集，确保了衬底的均匀覆盖，还通过其羧基锚定在FTO衬底上，有效填补了SAM层的物理缺陷。

Impact of synergistic interface engineering on the FTO/Me-4PACz Substrate. (a) KPFM and (b) C-AFM images of different FTO/Me-4PACz substrates, with and without p-APCA or m-APCA treatment. The relationship between the oxidative peak current and the voltage scan rate for (c) FTO/Me-4PACz, (d) FTO/Me-4PACz/p-APCA, and (e) FTO/Me-4PACz/m-APCA substrates; insets show the corresponding cyclic voltammograms in o-DCB solution at various scan rates. The (f) conductivity and (g) hole mobility comparison of different FTO/Me-4PACz substrates, with and without p-APCA or m-APCA treatment. (h) Energy level diagram of the Control, p-APCA and m-APCA-modified FTO/Me-4PACz substrates, and perovskite.

Impact of synergistic interface engineering on the perovskite thin film. (a) SEM images of the buried interfaces of perovskite films deposited on FTO/Me-4PACz w/wo p-APCA or m-APCA substrates. (b) PL mapping of the buried perovskite films peeled off from different FTO/Me-4PACz substrates, with and without p-APCA or m-APCA treatment. (c–e) The GIXRD patterns as a function of ω value from 0.3° to 1.5° for perovskite buried interface films grown on FTO/Me-4PACz substrates, with and without p-APCA or m-APCA treatment. (f) Linear fitting of 2_θ_-ω from GIXRD patterns with different instrumental ω values. (g) PL and (h) TRPL spectra of perovskite films deposited on FTO/Me-4PACz substrates, with and without p-APCA or m-APCA treatment, obtained under excitation from the perovskite surface.

在光电性能方面，m-APCA经过改性的衬底表现出更加显著的p型特征和更高的表面电势均匀性，极大地降低了界面处的空穴传输阻挡。通过非破坏性剥离技术观察发现，改性后的钙钛矿薄膜晶粒尺寸明显增大，且彻底消除了埋底界面处的空隙，形成了紧密的界面接触。瞬态荧光光谱和光致发光成像证实，该策略有效抑制了深能级缺陷引发的非辐射复合，使载流子寿命从148 ns显著延长至481 ns。

Influence of synergistic interface engineering on device stability. (a) Contact angles of the perovskite precursor on FTO/Me-4PACz and FTO/Me-4PACz/m-APCA substrates, measured after 10 s of wetting. XRD patterns of buried interface of (b) Control and (c) m-APCA-modified perovskite films aging in N2 under annealing at 85°C and corresponding (d) SEM images. (e) The long-term storage stability for the Control and m-APCA-modified devices. (f) MPP tracking of unencapsulated devices with and without m-APCA modification under continuous one-sun illumination in N2 environment.

基于此策略，研究团队在不同体系下均取得了突破性进展。小面积反式钙钛矿电池实现了26.77%（认证效率26.71%） 的极高能量转换效率，且器件滞后效应极低。在1.01平方厘米的大面积器件上，效率依然保持在26.08%，充分展示了该策略在工业化放大生产中的潜力。此外，该方法在1.65 eV的宽带隙器件中也获得了24.17%的高效率。

Influence of synergistic interface engineering on device stability. (a) Contact angles of the perovskite precursor on FTO/Me-4PACz and FTO/Me-4PACz/m-APCA substrates, measured after 10 s of wetting. XRD patterns of buried interface of (b) Control and (c) m-APCA-modified perovskite films aging in N2 under annealing at 85°C and corresponding (d) SEM images. (e) The long-term storage stability for the Control and m-APCA-modified devices. (f) MPP tracking of unencapsulated devices with and without m-APCA modification under continuous one-sun illumination in N2 environment.

总结及展望

该项研究不仅通过分子设计解决了反式钙钛矿电池长期存在的界面复合问题，更证明了分子极化在调控薄膜生长和电荷动力学中的关键作用。实验数据表明，未封装的器件在连续光照1200小时后，仍能保持96%的初始效率，展现出卓越的运行稳定性。这种通用的界面调控范式为实现高效、稳定的钙钛矿光伏组件提供了全新的思路，对推动钙钛矿太阳电池的商业化进程具有重要的指导意义。

【Adv.Mater.】中科院化学所白春礼院士联合北大口腔医学院张学慧|2合1靶向策略！全盛富勒烯智能凝胶双管齐下，攻克糖尿病骨再生医学难题

Wed, 27 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】中科院化学所白春礼院士联合北大口腔医学院张学慧|2合1靶向策略！全盛富勒烯智能凝胶双管齐下，攻克糖尿病骨再生医学难题

文章标题：A Dual‐Targeting Strategy Against ROS and GSK‐3β With a PEGylated Fullerene/Smart Hydrogel Synergistic System for Diabetic Bone Regeneration

通讯作者：Jie Li, Xuehui Zhang, Chunru Wang, Chunli Bai

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202600033

文章概要

引言

在临床医学中，糖尿病环境下的骨再生一直是一项巨大的挑战。由于长期处于高血糖状态，患处往往伴随着严重的局部氧化 stress 和持续性炎症，这种恶劣的微环境会导致巨噬细胞异常极化为促炎的 M1 型，从而破坏骨愈合级联反应并抑制间充质干细胞的成骨分化。虽然传统的生物材料或局部释放抗炎分子的疗法被广泛应用，但由于无法精准调控这种复杂的免疫微环境，修复效果往往不尽人意。富勒烯纳米材料因其卓越的活性氧（ROS）清除能力而在抗炎领域展现出巨大的应用潜力，但市面上大多数水溶性富勒烯衍生物多为结构复杂的异构体混合物，难以明确其结构与活性之间的关系，从而阻碍了其临床转化。为了打破这一瓶颈，研究团队成功开发出一种结构明确的五聚乙二醇化富勒烯衍生物（FPEG₅），并将其融入具有智能响应性的水凝胶中，旨在通过双靶向策略同时解决氧化应激与病理性免疫极化两大难题，为糖尿病骨修复开辟了全新的途径。

Schematic diagram illustrating the glucose/ROS-responsive release strategy of FPEG5-PVA-TSPBA hydrogel and the mechanism of FPEG5-induced diabetic bone regeneration through dual ROS scavenging and GSK-3β-targeted immune-osteo cascade reprogramming.

主要实验及结论

研究人员首先通过精心设计的一步反应成功合成了高纯度且结构明确的富勒烯衍生物 FPEG₃、FPEG₄ 和 FPEG₅。实验结果表明，FPEG₅ 在各种 pH 环境下均能保持优异的水溶性和单分散状态，具备良好的药物样潜能。在随后的活性氧清除能力测试中，电子顺磁共振波谱明确证实了 FPEG₅ 能够高效清除羟基自由基和超氧阴离子。在体外糖尿病巨噬细胞模型中，FPEG₅ 不仅显著降低了细胞内的 ROS 水平，还展现出强大的免疫调节功能。它能够以浓度依赖的方式将促炎的 M1 型巨噬细胞重新编程为促再生的 M2 型巨噬细胞，大幅下调了白介素-1β、诱导型一氧化氮合酶以及白介素-6等促炎基因的表达，同时显著提升了抗炎基因 Ym-1 的水平。在与其他几种传统水溶性富勒烯衍生物的对比中，FPEG₅ 在清除活性氧和驱动巨噬细胞抗炎极化两方面均表现出了最强劲的综合性能。

Synthesis of PEGylated fullerene derivatives and their antioxidant and immunomodulatory capability. (A) Schematic illustration of the synthetic route to FPEG3/4/5. (B) Hydrodynamic diameter distribution of FPEG5 under varying pH conditions. (C) Zeta potential measurements of FPEG3/4/5 (n = 3). (D) Electron paramagnetic resonance (EPR) spectra showing the concentration-dependent scavenging of •OH and (O2•−) by 50 µM FPEG5. (E) Viability of BMDMs after 48 h treatment with FPEG3/4/5 (n = 3). (F) Flow cytometry of intracellular ROS levels in BMDMs. (G) Flow cytometry analysis of the M2 marker CD206 and the M1 marker CD86 in BMDMs. (H) Representative immunofluorescence images of BMDMs stained for CD86 and CD206 (green), F-actin (red), and Dapi (blue). Scale bars: 25 µm. (I) RT-qPCR analysis of pro-inflammatory (IL-1β, iNOS, IL-6) and anti-inflammatory (Ym-1) gene expression in BMDMs (n = 3). Data are presented as mean ± SD. Statistical significance was determined by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test; Significance is indicated relative to the DM group (# indicated): ***p < 0.001.

PEGylated fullerene drives macrophage repolarization through direct targeting of GSK-3β. (A) Schematic workflow of the PELSA. (B) Local stability profiles identifying ligand-binding regions. The gray-shaded area represents a log2 fold-change (FC) window between +0.3 and −0.3. The x-axis corresponds to the protein sequence from the N- to C-terminus. (C) Microscale thermophoresis (MST) dose–response curves showing the binding of FPEG5 to purified GSK-3β (n = 3). (D) Thermal shift binding assay (CETSA) evaluating the interaction between FPEG5 (50 µM) and GSK-3β. (E) Left: The optimal docking model of FPEG5 in GSK-3β. FPEG5 and amino acid residues are shown in yellow and blue, respectively. Key hydrogen bonds (blue solid lines) and hydrophobic interactions (magenta dashed lines) are indicated. Right: The binding mode of FPEG5 in GSK-3β. The active-site pocket is displayed as an electrostatic surface. (F) Western blot analysis of inflammatory signaling following FPEG5 treatment through the GSK-3β pathway. (G) Co-immunoprecipitation (Co-IP) /Western blot analysis of assessing the interaction between GSK-3β and β-catenin in lysates from DM and DM + FPEG5 groups. (H) Western blot analysis of GSK-3β pathway activity following pharmacological activation and FPEG5 intervention. (I) Flow cytometry analysis of the M2 marker CD206 and the M1 marker CD86 in BMDMs after treatment with an agonist and FPEG5. (J) Flow cytometry analysis of the M2 marker CD206 and the M1 marker CD86 after siCtrl and siGSK-3β conditions and FPEG5 treatments. (K) Western blot evaluation of NF-κB pathway modulation by FPEG5 under DM conditions. (L) The proposed mechanism that FPEG5 inhibits the NF-κB pathways to promote macrophage repolarization via dual-targeting GSK-3β and ROS.

为了深入探究 FPEG₅ 驱动巨噬细胞重编程的内在分子机制，研究团队采用了基于肽段的局部稳定性分析（PELSA）技术来进行全蛋白质组尺度的靶点筛选。令人惊喜的是，除了传统的活性氧清除通路外，GSK-3β 被成功鉴定为 FPEG₅ 的直接结合靶点。微尺度热泳动实验和细胞热移位分析一致证实了 FPEG₅ 与 GSK-3β 之间存在高亲和力的直接相互作用，并且其结合位点与分子对接模拟预测的激酶结构域口袋高度吻合。在功能层面上，FPEG₅ 的结合选择性地阻断了 GSK-3β 与 β-catenin 的相互作用，从而抑制了 β-catenin 的磷酸化降解，促使其在细胞内稳定积累。这种稳定的 β-catenin 能够与高效率清除 ROS 的过程产生协同效应，共同增强 IκBα 的稳定性，强力抑制 NF-κB 炎症信号通路的激活，进而从根本上逆转了高血糖微环境带来的病理性炎症。

PEGylated fullerene-induced macrophage reprogramming enhances osteogenic differentiation in vitro. (A) Schematic of the Transwell coculture system used to evaluate the osteoinductive potential of FPEG5-mediated macrophage reprogramming. (B,C) Quantitative RT-qPCR analysis of osteogenic marker genes (BMP-2, RUNX-2, COL1, OPN, and SP7) in mBMSCs under the indicated conditions at day 4 (B) and day 7 (C) (n = 3). (D) Representative immunofluorescence images of mBMSCs stained for OPN (green), F-actin (red), and Dapi (blue) after different treatments at day 4. (E) Representative immunofluorescence images of mBMSCs stained for BMP-2 (green), F-actin (red) and Dapi (blue) at day 4. (F) Alkaline phosphatase (ALP) activity staining (day 7) and Alizarin red (ARS) staining for mineralized matrix deposition (day 14) in mBMSCs. Scale bars: 25 µm (D, E); 400 µm (F). Data are presented as mean ± SD. Statistical significance was determined by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test; Significance is indicated relative to the DM group (# indicated). ns, not significant; p < 0.05, p < 0.01, p < 0.001.

Fabrication and characterization of a glucose/ROS-responsive hydrogel system loaded with PEGylated fullerene. (A) Schematic illustration of the degradation and drug release mechanism of the FPEG5-PVA-TSPBA hydrogel in response to elevated ROS and glucose. (B) Gelation kinetics measured for PVA solutions at varying concentrations mixed with 2.5% (w/v) TSPBA cross-linker (n = 3). (C) Schematic demonstrating the injectability of the pre-gel solution using a dual-barrel syringe, where one barrel contains FPEG5-loaded PVA and the other contains TSPBA. (D) Photographs showing the macroscopic degradation of FPEG5-PVA-TSPBA hydrogels incubated for 14 days in PBS, high-glucose (25 mM), high-H2O2 (1 mM), or combined diabetic-mimicking (DM) medium. (E) Cumulative release profile of FPEG5 from the hydrogel under the different conditions over 14 days, measured by UV–vis spectroscopy. (F) Representative SEM images of the internal microstructure of PVA-TSPBA and FPEG5-PVA-TSPBA hydrogels. Scale bars: 2 µm. (G) Compression strength (Left) and Elastic modulus (Right) for PVA-TSPBA and FPEG5-PVA-TSPBA hydrogels (n = 3). Data are presented as mean ± SD. Statistical significance was determined by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test; Significance is indicated relative to the PVA-TSPBA group (# indicated). ***p < 0.001.

在成骨分化及体内修复实验中，该系统同样交出了优异的答卷。通过透气小室共培养系统证明，经 FPEG₅ 调控后的促再生型巨噬细胞能够显著上调骨髓间充质干细胞中成骨标记物基因的表达，矿化结节及钙沉积的形成量明显增加。为了实现药物在体内的时空可控释放，研究人员利用聚乙烯醇与苯硼酸类交联剂混合，构建了一种兼具高注射性与优秀机械强度的智能双响应水凝胶（FPEG₅-PVA-TSPBA）。该水凝胶在病理性的高血糖和高活性氧环境下能够发生选择性降解，实现对 FPEG₅ 的按需释放。在糖尿病大鼠颅骨临界尺寸缺陷模型中，微颅骨 CT 成像以及组织学染色结果表明，该智能水凝胶在植入后迅速响应局部环境，在早期炎症窗口期精准释放药物并成功重构局部免疫微环境。在术后八周时，治疗组大鼠展现出极为稳固的骨缺损桥接修复效果，新生骨组织与周围天然骨完美融合，同时展现出卓越的体内生物安全性。

FPEG5-PVA-TSPBA drives diabetic bone regeneration. (A) Schematic of the surgical procedure for creating a critical-sized calvarial defect in a diabetic rat or db/db mice, followed by hydrogel implantation. (B) Representative three-dimensional micro-CT reconstructions of the defect sites at 4 and 8 weeks post-implantation. (C) Histological sections of the defect area stained with H&E and Masson's trichrome staining at 4 and 8 weeks. (D) Flow cytometric analysis of M2 (CD206+) and M1 (CD86+) macrophage populations isolated from the defect site at 1 week post-surgery. (E) Representative immunofluorescence staining for CD86 and CD206 in the defect region at 1 week. Scale bars: 100 µm (C); 10 µm (E).

总结及展望

这项研究成功构建了集成了创新型靶点明确的富勒烯药效团与疾病适应性智能递送系统。FPEG₅ 不仅可以通过清除活性氧来缓解氧化应激，更能够作为精准的免疫调节剂直接靶向 GSK-3β 激酶，双管齐下地阻断了糖尿病微环境下的恶性炎症循环。这种将生物活性纳米材料与病理响应性智能水凝胶相结合的综合治疗策略，不仅大幅加速了糖尿病高难度骨缺损的组织修复进程，也为未来开发更多针对复杂慢性炎症疾病的智能化、靶向性组织工程工程化平台提供了极具临床转化价值的新思路。

【Angew.Chem.】双通道微电极芯片30分钟内快速搞定复杂生物体液中小分子检测！

Tue, 26 May 2026 00:00:00 GMT

【Angew.Chem.】双通道微电极芯片30分钟内快速搞定复杂生物体液中小分子检测！

文章标题：Dual-Channel Interdigitated Aptamer-Based Sensors for Rapid Small-Molecule Detection in Biofluids

通讯作者：Berna Özkale, Nako Nakatsuka, Bernhard Wolfrum

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.8361141

文章概要

引言

在临床即时检验领域，对生物体液中神经递质和激素等小分子生物标志物进行快速且去中心化的定量分析至关重要。然而，小分子不仅在生理样本中浓度极低、结构高度相似，还缺乏足够的抗原表位，这使得传统的免疫分析法往往面临灵敏度不足、操作繁琐或洗涤步骤冗长等瓶颈。虽然基于核酸适配体的电化学传感器展示出巨大潜力，但在面对血清或唾液等复杂基质时，生物污损引起的信号衰减和非特异性吸附极易导致检测失真。为此，研究团队另辟蹊径，开发了一种新型双通道交错微电极适配体传感平台。该平台通过在微米级级间距的交错电极上构建独特的“释放-捕获”机制，利用内部参考通道对抗基质干扰，实现了在生物体液中对小分子的快速、精准、低耗量定量检测。

Electrochemical dual-channel aptamer sensing platform for small-molecule detection on an interdigitated electrode (IDE) array chip. (a) Schematic illustration of the sensor platform featuring two interdigitated working electrodes (WE1 and WE2), designed to yield opposite electrochemical responses upon target recognition. (b) Sensing mechanism: WE1 functions in a signal-off mode, where target binding triggers the release of methylene blue-labeled complementary DNA (MB-cDNA). The released MB-cDNA is subsequently recaptured by an immobilized capture probe (CAP) on WE2, generating a signal-on response. The 6-mercapto-1-hexanol (MCH) serves as the backfill molecule to optimize the density of surface-tethered DNA. (c) Photograph of the IDE chip on a glass substrate. (d, e) Time-dependent current responses from WE1 (d) and WE2 (e) in the absence (−Target, buffer only) and presence (+Target, 100 nM dopamine) of analyte in artificial cerebrospinal fluid (aCSF). Current data were measured by square wave voltammetry, with peak values extracted using PSTrace software. Data are presented as mean ± SD. For (d), n = 4–5 independent working electrodes; for (e), n = 3 independent working electrodes.

主要实验及结论

研究人员首先通过精心设计的荧光淬灭与恢复实验，对互补DNA和捕获探针的序列进行了系统优化。他们在多组变体中筛选出了兼顾双链稳定性和靶标触发置换效率的最佳序列组合，确保小分子一经结合即可瞬时释放信号探针。随后，团队采用铬金溅射与紫外激光消融技术，在玻璃基底上成功制备了间距仅为100微米的交错微电极芯片。为了在一个芯片上同时实现相反的信号响应，实验巧妙地利用负电位电化学解吸技术，精准且局部地移除了第二工作电极表面的自组装单层，从而完成了异质化功能修饰。第一工作电极表面修饰有杂交了氧化还原标记探针的适配体，负责在目标分子存在时进行信号释放，表现为信号关闭模式；而第二工作电极则修饰有捕获探针，用于协同回收释放出来的标记探针，表现为信号开启模式。这种双通道互补逻辑能够极大地抵消基线漂移和非特异性背景噪音。

Fluorescence assay for the optimization of cDNA and CAP sequences. (a) Schematic illustration: the quencher-labeled aptamer (Q-aptamer) hybridizes with fluorophore-labeled cDNA (F-cDNA) to form a quenched complex (off-state). Upon target binding, the aptamer undergoes a conformational change that displaces the F-cDNA, restoring fluorescence (on-state). (b) Summary table of sequences used in the optimization experiments, including the Q-aptamer, F-cDNA variants, and CAP. In the aptamer sequence, the blue region denotes the original aptamer domain, while the orange region indicates the extended sequence. Identically colored regions are complementary. (c) Screening of F-cDNA candidates based on fluorescence intensity in the presence and absence of the target (top), and corresponding signal gain (bottom) to identify optimal displacement dynamics. Fluorescence values were recorded at 520 nm after 2 min of incubation with 500 µM dopamine as the model analyte. (d) Kinetics of F-cDNA displacement from the duplex by different CAP sequences over a 20-min period, with fluorescence intensity measured at 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, and 20 min. Data in (c) and (d) are presented as mean ± SD from three independent measurements (n = 3).

Functionalization and selective self-assembled monolayer (SAM) removal on the IDE chip for dual-channel sensing. (a) Schematic illustration of the sensing strategy: On WE1, thiol-anchored aptamers hybridized with MB-cDNA are immobilized. Upon target binding, cDNA is released and subsequently recaptured by the capture probe on WE2, enabling a dual-signal output. (b) CV characterization of the working electrode after sequential functionalization steps. (c) Optimization of aptamer concentration (1–5 µM) based on the SWV peak current following hybridization with 1 µM MB-cDNA. Based on the maximal current response, 2 µM was selected for subsequent experiments. (d) Left: Comparison of CV peak currents between bare and functionalized electrodes, showing a decreased current due to SAM formation. Right: Optimization of electrochemical SAM removal on WE2 at −1.1 V for varying durations. Peak current increases with extended removal time, saturating at ∼250 s. (e) Fluorescence images before and after SAM removal using SYBR Gold staining, a cyanine dye that exhibits strong fluorescence enhancement upon binding to DNA, demonstrating selective removal of the DNA-functionalized SAM from WE2. (f) SWV responses of WE1 (top) and WE2 (bottom) in the absence and presence of 100 nM dopamine, exhibiting a signal-off response at WE1 and a signal-on behavior at WE2 due to target-induced cDNA displacement and recapture (see inset schematics). Data in (c) and (d) are presented as mean ± SD, with n = 5 for (c) and n = 5 (left) and n = 3 (right) for (d). Statistical analysis was performed using an unpaired two-sample t-test; significant differences in CV peak currents between bare and functionalized WEs were observed (***p < 0.0001). CV measurements in (b) and (d) were conducted in PBS supplemented with 100 mM KCl and 5 mM [Fe(CN)6]4−/[Fe(CN)6]3− (1:1).

在多巴胺的检测应用中，该平台在人工脑脊液中表现出优异的浓度依赖性，其检测限在信号开启通道下可低至3纳摩尔。针对结构高度相似的尿酸、抗坏血酸和左旋多巴等干扰物，传感器均展现出卓越的选择性。为了进一步攻克传统扩散过程耗时漫长、不满足即时检验要求的难题，研究团队创新性地引入了电场辅助扩散策略。通过在初始阶段施加短暂的微弱正偏压，有效利用电渗流等机制加速带负电荷的核酸探针向捕获电极迁移。实验结果表明，在电场辅助下，检测时间被大幅缩短至30分钟甚至5分钟以内，同时在更广的浓度范围内保持了良好的线性和高灵敏度。不仅如此，该平台还成功拓展到了压力生物标志物皮质醇的检测中，在经过微调识别序列后，传感器在未经繁琐预处理的稀释人体血清和唾液样本中均成功实现了稳健的浓度响应，验证了该机制在多种复杂生物介质中的通用性。

Detection of dopamine in aCSF using the IDE chip with an electric field-assisted strategy for rapid sensing. (a) SWV curves from WE1 in aCSF upon exposure to increasing concentrations of dopamine (0–500 nM). (b) Calibration curve based on SWV peak current at WE1, showing a concentration-dependent signal decrease. (c) Selectivity test of WE1 against electroactive and structurally similar interferents (uric acid, ascorbic acid, norepinephrine, levodopa) and blank buffer. (d) SWV curves of WE2 in aCSF with dopamine concentrations from 0 to 500 nM. (e) Corresponding calibration curve at WE2, exhibiting a signal-on response with increasing dopamine concentrations. (f) Selectivity test of WE2 under the same conditions as (c), showing specificity for dopamine versus nonspecific molecules. (g) Schematic illustration of the electric field-assisted diffusion strategy: a +0.5 V bias was applied for 1 min to enhance MB-cDNA migration toward WE2 prior to incubation. (h) Time-dependent signal enhancement at WE2 with 500 nM dopamine, with and without electric field application. (i) Concentration–response curves for dopamine detection following 45 min (left) and 5 min (right) incubation, demonstrating improved sensitivity and accelerated detection under biased conditions. All target incubations in (a–f) were performed for 2 h at room temperature. In (c) and (f), dopamine and all other analytes were tested at 100 nM. Data are presented as mean ± SD. For (b), (c), (e), and (f), n = 5 independent measurements; for (h) and (i), n = 3. Statistical analysis was performed using an unpaired two-sample t-test; significant differences between dopamine and other nonspecific molecules were observed (**p < 0.01).

Cortisol specificity and validation of the dual-channel sensing platform in different biofluids. (a) Selectivity evaluation of WE1 and WE2 against structurally related steroids (corticosterone, testosterone, and progesterone) and blank buffer. Negligible responses to nontarget confirm the specificity of the platform. Molecule concentrations were chosen based on their relevant physiological levels. (b) Detection of cortisol using the dual-channel platform, showing current responses at WE1 and WE2 in buffer, serum, and saliva with different increasing cortisol concentrations (0, 10, 50, and 100 nM). Data are presented as mean ± SD (n = 3–5). All measurements were performed using electric field-assisted diffusion and a 30-min incubation. Statistical analysis was performed using an unpaired two-sample t-test; significant differences between cortisol and other groups were observed (*p < 0.05, ***p < 0.001).

总结及展望

这项研究成功提出了一种基于空间分离型交错微电极的电化学适配体传感新范式，通过巧妙的信号转换策略有效克服了传统单电极设计的局限性。结合紧凑的微电极几何构型与电场辅助调控，平台不仅显著提升了探针的传输动力学，更实现了复杂体液中小分子的高灵敏、超快速现场定量。尽管目前面对完全不稀释的超高污损基质时仍面临宏观生物大分子干扰的挑战，但未来通过引入新型电荷介导的多聚物防污涂层、优化电极表面微纳形貌或开发模块化可逆置换探针结构，该双通道传感架构有望迈向连续、实时的活体动态监测，为下一代转化医学即时检测设备的开发奠定坚实的技术基础。

【JACS】超越1500nm：非共价构象锁助力不对称荧光分子突破近红外IIb成像极限

Mon, 25 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】超越1500nm：非共价构象锁助力不对称荧光分子突破近红外IIb成像极限

文章标题： Asymmetric Xanthene with Noncovalent Conformation Locks to Attain High Fluorescence >1500 nm

通讯作者： Chao-Ping Hsu, Yang-Hsiang Chan

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.5c23313

文章概要

在这篇发表于《美国化学会志》（JACS）的研究中，台湾国立阳明交通大学的詹扬翔教授团队联合中央研究院化学研究所许昭萍针对有机荧光团在近红外IIb窗口（1500-1700 nm） 发射效率极低的难题，提出了一种创新的不对称分子设计策略。研究人员通过将具有高吸收能力的平面ACQ单元与能够抑制猝灭的扭曲AIE转子集成在单一分子骨架中，并结合聚合物非共价构象锁（NoCLs） 技术，成功研发出目前已知发射波长最长且亮度最高的不对称有机近红外IIb荧光探针。这一突破为实现高对比度、深层组织的体内血管影像监测提供了强有力的工具。

Scheme 1. Emission Wavelengths and Quantum Yields of the Existing Asymmetric AIEgens with Emission <1200 nm and the Asymmetric AIEgens in This Work with Emission >1300 nm, Measured in Solid State or H2O (e.g., Pdots Assembled with Polymer Matrix)a

引言

近红外二区荧光影像由于具有更深的组织穿透力和更低的背景自荧光干扰，已成为生物医学影像的前沿领域。其中，NIR-IIb（1500-1700 nm） 子窗口被公认为实现深层组织高分辨率影像的最佳区间。然而，现有的NIR-IIb荧光材料多为金属基纳米颗粒，存在潜在的生物毒性风险。相比之下，有机荧光分子虽然生物兼容性好，但在长波段下却面临着发光效率与波长的相互权衡（trade-off）难题。传统的对称性分子设计往往只能在亮度或波长之间二选一。为了打破这一僵局，团队尝试通过构建不对称的给体-受体-给体（D-A-D）结构，并引入外部构象限制机制，来同步提升分子的光学表现。

Scheme 2. Representation of the Asymmetric Design Strategy

主要实验及结论

研究人员首先设计了一系列以氧或硅原子取代的氧杂蒽（Xanthene） 为受体核心的新型分子，并巧妙地连接了柔性三苯胺衍生物（T单元）和刚性的朱罗尼定衍生物（J或BJ单元）。实验发现，这种不对称结构能够让分子在聚集状态下同时保留AIE（聚集诱导发光）和抗ACQ（聚集引起猝灭） 的特性。在合成路径上，团队利用钯催化的Heck反应分步精准构建了这些不对称分子。特别值得注意的是，当使用硅原子取代核心（Si-Xanthene）时，由于硅原子的σ*-π*共轭效应降低了分子的LUMO能级，使得分子的发射光谱大幅红移至1500 nm以上。

Scheme 3. Reaction Scheme for the Synthetic Routes for Symmetric and Asymmetric Xanthenes Synthesized in This Study

Figure 1. (A) Chemical structures of symmetric and asymmetric NIR-II xanthenes synthesized in this work. (B) Their corresponding absorption/emission wavelengths and relative ϕ measured in CH2Cl2 without polymer (Reference, IR-1061; ϕ = 0.59% in CH2Cl2).

Figure 2. (A) Molecular orbital energy diagram of oxygen and silicon substituted xanthenes T-X-T, J-X-J, BJ-Si-BJ, T-X-BJ, T-X-J, T-Si-T, BJ-Si-BJ, and T-Si-BJ, calculated at the HF (CPCM, CH2Cl2)/DZV level. (B) Isocontour surfaces for HOMO and LUMO of T-X-T, T-X-BJ, BJ-X-BJ, T-Si-T, T-Si-BJ, and BJ-Si-BJ at the HF (CPCM, CH2Cl2)/DZV level.

为了进一步锁定分子的发光构象，研究团队开发了一种富含杂原子的共聚物基质Pttc-TTQ。通过理论计算和二维核磁共振（ROESY）实验证明，聚合物中的TTQ单元能与染料分子的T单元之间形成牢固的C-H···π和C-H···O非共价键相互作用。这种“构象锁”效应能有效抑制T单元在激发态下的低频转动，显著降低了非辐射跃迁带来的能量损耗。在纳米颗粒（Pdots）状态下，不对称染料T-Si-BJ表现出了极其卓越的光学性能，其在水溶液中的亮度达到14.1 M⁻¹ cm⁻¹，且发射尾带延伸至NIR-IIb区域，彻底解决了传统染料“长波长即低效率”的痛点。

Figure 3. Theoretical and experimental calculations to evaluate the aggregation behaviors of (A) T-X-T, (B) J-X-J, (C) BJ-X-BJ, (D) T-X-J, and (E) T-X-BJ dyes. The left column depicts the dihedral angles of the optimized geometry at the ground state (S0) of symmetric and asymmetric O-xanthenes and shows the optimized structures, Zero-point energy corrections, and BSSE-corrected binding energy of low-energy Xanthene dimers at the M06-2_X_/6-31+G//B3LYP-D3/6-31G level. Brown, light blue, red, and white represent carbon, nitrogen, oxygen, and hydrogen atoms, respectively. The blue dashed line represents the C–H···π force. The right column describes fluorescence variation with % toluene (v/v) in DMSO/toluene mixture (standard deviation n = 3).

Figure 4. (A) Chemical structures of polymers used for PI-NoCL interactions with T-X-T, T-X-J, T-X-BJ, and J-X-J. (B-E) Change of fluorescence intensity with the increase in toluene fraction in DMSO for T-X-T, T-X-J, T-X-BJ, and J-X-J with and without polymer interaction. (F) Optimized structures and BSSE-corrected binding energy of low-energy Xanthene·TTQ complexes at the M06-2_X_/6-31G(0 K)/6-31G level. (G) Illustration of partial structures of low-energy Xanthene·TTQ complexes. Brown, light blue, red, yellow, and white are carbon, nitrogen, oxygen, sulfur, and hydrogen atoms, respectively. The values in the G are the distances of two C–H(of T)···O(TTQ) and C–H(TTQ)···π(of T) with units in Å.

在体内应用实验中，团队将T-Si-BJ纳米颗粒注射入小鼠模型。得益于其在1500 nm窗口极高的信噪比，研究人员实现了高对比度的全身体循环血管影像。实验结果显示，通过使用1500 nm长通滤光片，可以观察到极深层且清晰的血管网络。研究团队还引入了基于扩散模型的AI增强算法对原始影像进行去噪和对比度提升，成功获取了亚毫米级分辨率的小鼠后肢微血管图谱，证明了该探针在精准医疗影像诊断中的巨大潜力。

Figure 5. (A) Schematic of preparation of polymer dots (Pdots) by the miniemulsion method. (B) Absorption and emission profiles of symmetric and asymmetric T-X-T, T-X-BJ, and BJ-X-BJ as Pdots in aqueous medium. (C) Absorption and emission profiles of T-Si-T, T-Si-BJ, and BJ-Si-BJ as Pdots in aqueous medium.

Figure 6. Comparison of (A) T-X-T, BJ-X-BJ, T-X-BJ, T-Si-T, BJ-Si-BJ, and T-Si-BJ Pdots assembled with Pttc-TTQ/mPEG-DSPE in water at the same concentration of 5 mg/mL under irradiation of a 1064 nm laser (100 mW cm–2) with different LPFs. (B) Mean fluorescence intensities of T-X-T, BJ-X-BJ, T-X-BJ, T-Si-T, BJ-Si-BJ, and T-Si-BJ Pdots in (A). (C-E) Whole-body fluorescence imaging of vascular structures in mice at the supine position injected by T-Si-BJ Pdots with 1300, 1400, and 1500 nm LPFs, respectively (upper panels) and their corresponding cross-sectional intensities along the red lines (bottom panel). (F–H) AI-enhanced NIR-II images based on the original images in (C-E) and their corresponding cross-sectional intensities along the red lines in (F–H) at various LPFs (bottom panel). The scale bars are 5 mm. Note that the images were obtained from the same mouse under identical acquisition settings and comparable time points, except for the use of different long-pass filters.

总结及展望

这项研究通过不对称分子工程与聚合物构象控制的有机结合，开辟了设计高性能有机NIR-IIb荧光材料的新路径。研究证明了不对称D-A-D结构在平衡分子吸收截面与量子产率方面的独到优势，而非共价构象锁概念的引入，则为调节有机纳米材料在凝聚态下的光物理行为提供了普适性的策略。展望未来，这种设计思路有望拓展至更长波长的NIR-III窗口，助力科学家在无需电离辐射的情况下，实现对活体生物更深、更清晰的“透明化”观察，推动光学影像技术在临床转化中的深度应用。

【JACS】清华大学朱永法等环保新突破！单光子可见光降解，3天实现100%永久性毒物PFAS全脱氟

Mon, 25 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】清华大学朱永法等环保新突破！单光子可见光降解，3天实现100%永久性毒物PFAS全脱氟

文章标题：Photocatalytic Defluorination of Perfluorooctanoic Acid by Twisted Linear Polymer Radicals

通讯作者：Yan Guo, Bin Liu, Yongfa Zhu

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c17497

文章概要

引言

被誉为“永久性化学物质”的全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其卓越的化学稳定性和生物蓄积毒性，已对全球生态环境和人类健康构成了长期的严重威胁。其中作为典型代表的全氟辛酸（PFOA）近期已被国际癌症研究机构列为一类致癌物。这类物质极难降解的根源在于其分子中存在键能极高的碳-氟（C–F）键，常规的物化手段只能对其进行吸附富集，而无法真正破坏其分子结构。现有的破坏性脱氟技术往往高度依赖高温、等离子体或外加牺牲试剂等高能耗、高成本方式，且在面对实际水体中微量级别的污染时效率大打折扣。光催化技术虽然展现出绿色低碳的潜力，但传统催化剂受限于光生载流子极其迅速的复合过程，很难提供足够且持久的还原驱动力。为了攻克这一瓶颈，本研究成功开发出一种新型扭曲线性聚合物光催化剂，利用独特的分子构型在单光子激发下延长还原态寿命，实现了温和条件下PFAS的彻底无害化全脱氟。

Scheme 1. Schematic Illustration Showing the Photoreductive Defluorination of PFOA by Twisted Linear Polymer

主要实验及结论

研究团队通过苏木吉偶联反应精准合成了由双噻吩-芴-吡啶构成的线性共聚物（BT–Fl–Py）。利用固体核磁共振、红外光谱以及X射线光电子能谱等表征手段，证实了该聚合物催化剂独特的供体-π-受体（D–π–A）非对称骨架结构。令人惊群的是，原位光照X射线衍射和红外光谱测试表明，该聚合物在受到光照时，其分子骨架内部的芴单元会发生显著的光诱导构型扭曲弛豫，从而切断了电子的无辐射复合路径。飞秒瞬态吸收光谱和微秒级瞬态荧光光谱进一步证实，这种构型扭曲能有效产生一种长寿命的扭曲内电荷转移态（TICT 1）。该状态不仅将光生还原电子稳定锁定了长达1.04微米，还使其具备了高达负1.6伏的强还原电位，为后续高效的界面电子转移与C–F键活化断裂提供了坚实的能量基础。

Figure 1. Structure of the BT–Fl–Py polymer. (a) Chemical structures of the conjugated polymer photocatalysts. (b) Solid-state 13C NMR spectra of Fl, BT–Fl, and BT–Fl–Py polymers. (c) Pawley refinement with the residual difference plot and the XRD pattern of the BT–Fl–Py polymer before and after irradiation. The schematic diagram shows the formation of light-triggered torsional distortion. (d) Refined crystal lattice structure of the BT–Fl–Py polymer. (e) FTIR spectra of the BT–Fl–Py polymer recorded in the dark and under light irradiation. (f) Calculated infrared vibration of the distorted fluorene.

Figure 2. Formation and characterization of the long-lived TICT1 state. (a) Normalized steady-state absorption spectra of BT–Fl–Py before and after irradiation (upper part). Light-induced normalized absorption difference spectrum (lower part). GSB: ground-state bleaching; ESA: excited-state absorption. (b) TD-DFT simulated spectra of BT–Fl–Py. Blue: ground-state (S0) absorption, dominated by the lowest-energy S0 → S1 transition. Red: calculated light-induced absorption features associated with the optimized net-charged TICT1-related model, used to approximate the oxidized/hole-accumulated photoinduced species. Spectra were convoluted with Gaussian broadening (see Supporting Information for computational details). Inset: schematic of single-photon excitation, followed by torsional relaxation from S0 → S1 to the twisted charge-separated configuration (TICT1). (c) Delay kinetics of TICT1-associated and S1-associated ESA signals of BT–Fl–Py in THF (λex = 420 nm). (d) Transient photoluminescence (TRPL) decay curve of the BT–Fl–Py polymer, focusing on the long-lived component (λex = 405 nm). Measurement conditions: ambient air atmosphere, room temperature, time window = 0–3 μs. Fitting parameters (biexponential): τ1 = 0.22 ± 0.06 μs (normalized relative amplitude A1′ = 0.72), τ2 = 1.04 ± 0.07 μs (normalized relative amplitude A2′ = 0.28). A1′ and A2′ sum to 1, representing the relative contribution of each decay component. (e) Ratio of double-integral area of the in situ EPR signal of BT–Fl–Py powder to the Mn-marker signal in the dark and under light irradiation. (f) Dependence of F– concentration on applied potential (vs Ag/AgCl) during PFOA degradation. Inset: energy band structure of BT–Fl–Py.

Figure 3. Photocatalytic reductive defluorination performance for PFAS. (a) Reaction mode of PFOA in the photocatalytic defluorination process. (b) Comparative wavelength-dependent activity: full-spectrum vs visible-light irradiation (0.05 ppm PFOA). (c) Substrate scope analysis of polyfluoroalkyl substances ([PFAS] = 0.1 ppm, catalyst loading = 0.2 g L–1) (d) Concentration-dependent defluorination efficiency under visible-light irradiation (PFOA: 0.05–2.5 ppm). (e) Long-term operational stability over 3 consecutive cycles (72 h total duration). (f) Custom-designed outdoor photoreactor and experimental setup for photocatalytic PFOA defluorination (reactor scale: 36 × 30 × 5 cm3). (g) Defluorination performance of BT–Fl–Py over 3 days of natural sunlight irradiation (6 h/day).

在实际的催化降解实验中，研究人员将催化剂投入不含任何外加牺牲剂的微量PFOA水溶液中。得益于非极性芳香骨架和芴单元甲基侧链构建的疏水环境，该催化剂展现出惊人的选择性吸附动力学，在短短5分钟内便能将水中的PFOA完全抽提至催化剂表面，从而有效规避了水分子和溶解氧对光生电子的竞争性消耗。固体氟谱测试明显捕捉到了吸附诱导的振动红移以及终端氟原子受到的强电子屏蔽效应，表明C–F键在吸附界面已被显著活化。在波长大于420纳米的可见光连续照射下，界面电子转移顺利启动，系统在30小时内即达到了理论最大氟离子释放量，实现了近乎100%的定量全脱氟降解。随后，研究团队将底物拓展至其他四种结构各异的PFAS及其替代品，均取得了远超传统催化材料的降解表现。更具工业化前景的是，在放大规模的户外中试实验中，利用定制的太阳能反应器，该系统仅凭天然太阳光照射3天即可完成100%的脱氟转化，且催化剂在经历多次循环后仍保持了完美的形貌与催化活性。通过质谱对降解中间体的动态追踪，文章揭示了一条由电子进攻主导脱氟、空穴协助氧化脱羧的双基团协同链剪切降解路径，证实碳骨架最终被安全转化为无害的无机碳和短链非氟羧酸。

Figure 4. Preferential adsorption and activation of PFOA. (a) Water contact angle of BT–Fl–Py. (b) O2-TPD curves of BT–Fl–Py. (c) Independent gradient model based on the Hirshfeld partition (IGMH) analysis of the intermolecular interactions between PFOA– and BT–Fl–Py. (d) Solid-state 19F NMR spectra showing adsorption-induced vibrational shifts. (e) Femtosecond transient absorption spectra of BT–Fl–Py and BT–Fl–Py with PFOA in THF. (λex = 420 nm). (f) Extraction of the kinetics curves of the TICT1 ESA signal.

Figure 5. Possible defluorination and degradation mechanism for PFOA. (a) Defluorination kinetics of 0.25 ppm PFOA with different scavengers using BT–Fl–Py under full-spectrum irradiation during 24 h. (b) Negative-ion TOF-SIMS spectra of BT–Fl–Py before and after 24 h of photocatalytic reaction of 0.05 ppm PFOA under visible-light irradiation. (c) Proposed possible PFOA degradation pathway.

总结及展望

该项工作成功构建了一种极具创新性的扭曲线性聚合物光催化体系，为在全球范围内安全、低碳、彻底清除环境微量PFAS污染开辟了切实可行的新途径。研究巧妙利用分子内的非 adiabatic 扭曲弛豫机制，攻克了单光子催化剂高还原电位与长载流子寿命不可兼得的世纪难题，为低能耗自由基光催化剂的理性设计提供了极具价值的分子构筑范式。鉴于该催化材料完全不含贵金属、生产稳定性高、无需依赖化学添加剂且能直接驱动规模化的太阳光室外作业，该技术有望在不久的将来真正走向工业水处理前线，为绿色可持续的环境生态修复贡献核心材料与技术方案。

【Nat.Chem.】14.03 nM高亲和力，揭示从零构建光遗传学工具的新范式

Sun, 24 May 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Chem.】14.03 nM高亲和力，揭示从零构建光遗传学工具的新范式

文章标题： De novo chemo-optogenetics through the rational design of photoresponsive molecules and selection of their artificial protein binding pairs

通讯作者： Hiroshi Murakami & Shinya Tsukiji

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41557-026-02121-w

文章概要

引言

在现代生物医学研究中，光遗传学技术因其高时空分辨率和非侵入性，成为操纵细胞功能的关键手段。然而，现有的化学光遗传学工具大多依赖于对天然配体或受体的改造，这种“自上而下”的方法往往受到现有分子结构的局限，难以精准调控化学性质和结合亲和力。为了突破这一瓶颈，名古屋大学与名古屋工业大学的研究团队在《Nature Chemistry》上发表了最新研究成果。他们提出了一种从零开始（De novo） 的构建策略，不再受限于天然蛋白质，而是通过理性设计合成光控分子并结合体外筛选人工蛋白，成功开发出一套具有理想光控特性的新型化学光遗传学系统。

Fig. 1: Approaches for the development of chemo-optogenetic tools.

主要实验及结论

研究团队首先将核心聚焦于邻位四氟偶氮苯（o-F4-azobenzene） 分子的理性设计。这种分子在可见光照射下表现出极佳的热稳定性和双向光异构化特性，其顺式（cis）异构体在黑暗中几乎不发生热回复。随后，团队利用先进的TRAP显示技术（TRAP display），从含有超过$10^{13}$种变体的人工蛋白库中，筛选出了能够特异性识别该分子顺式结构的抗体模拟蛋白——AzoTag。实验证明，其中表现最优秀的AzoTag16与配体的顺式结构结合亲和力高达14.03 nM，而与反式结构几乎不产生相互作用，这种“全或无”的开关特性为高对比度的光控操作奠定了坚实基础。

Fig. 2: De novo creation of cis-azobenzene ligand/artificial protein binder pairs.

Fig. 3: Intracellular applications of the Et-FAzo/AzoTag1 and Ca-FAzo/AzoTag16 pairs.

Fig. 4: Reversible dual-light control of cRaf/ERK signalling.

在活细胞应用实验中，该系统展现了极强的普适性和灵活性。研究人员将该光控模块应用于cRaf激酶和PI3K脂质信号通路，实现了对细胞信号传导的快速、可逆调控。通过单次蓝光脉冲，即可诱导蛋白长时间移位并维持信号激活，而随后照射紫光则能令其在秒级时间内迅速解离。此外，该技术还成功用于CRISPR-dCas9基因激活系统，仅需极短的光照即可开启目标基因的表达。更令人振奋的是，团队进一步开发了合成光敏细胞表面受体，实现了光控GPCR激活以及诱导PC12细胞的神经元分化，证明了该系统在复杂生物过程调控中的巨大潜力。

Fig. 5: Reversible spatially localized PI3K activation and lamellipodia formation.

Fig. 6: Optical control of gene expression by the CRISPR–dCas system.

总结及展望

该研究成功构建了一套完全人工设计的光控蛋白质二聚化平台，彻底摆脱了对自然界已知感光蛋白的依赖。这种从零开始的开发范式不仅实现了纳摩尔级别的超高亲和力和完全可逆的光控性能，还为未来设计针对不同波长、不同功能的合成生物学元件提供了通用模板。研究团队指出，这一平台不仅能在基础生物学研究中用于精确拆解细胞信号网络，更有望在精准医疗和人造细胞构建等前沿领域发挥重要作用。随着更多光响应支架和人工结合蛋白的开发，化学光遗传学将进入一个高度自定义的新时代。

【Nat.Methods】北京大学邓伍兰|提升300倍数据密度！SMLDM显微术实现活细胞分子动力学高精度制图

Sun, 24 May 2026 00:00:00 GMT

【Nat.Methods】北京大学邓伍兰|提升300倍数据密度！SMLDM显微术实现活细胞分子动力学高精度制图

文章标题： Single-molecule localization and diffusivity microscopy reveals dynamic biomolecular organization in living cells

通讯作者： Wulan Deng

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41592-026-03078-x

文章概要

引言

在活细胞成像领域，理解生物分子的空间组织与其扩散动力学之间的联系至关重要。然而，传统的单分子追踪（SPT）技术长期面临着一个两难境地：为了准确关联分子轨迹，必须保持极低的成像密度，这导致无法获取高密度的空间动力学图谱。为了克服这一限制，研究团队开发了SMLDM技术。该技术的核心突破在于利用深度学习直接从单帧曝光产生的“运动模糊”快照中提取分子的扩散系数和精确位置。这种方法彻底抛弃了复杂的轨迹连接过程，在保持单分子分辨率的同时，将扩散动力学的数据密度提升了50至300倍，为观察细胞内转瞬即逝的动态过程提供了全新的有力工具。

Fig. 1: Development of Deep-SnapTrack.

a, Schematic of the simulation pipeline. Single-molecule trajectories are synthesized into experimental-like snapshots by convolving with the microscope’s PSF, Gi,j,r, and adding noise. The ground-truth track image has a pixel size of 2 nm, whereas the snapshot is pixelated at 110 nm. b, Examples of simulated molecule trajectories, track images, probability distributions of trajectory signal intensity (Traji,j), pixelated Traj__i,j and snapshots with integrated noise at different values of D. c, Architecture and training workflow of Deep-SnapTrack. Simulated snapshots are upscaled tenfold via nearest-neighbor interpolation to create inputs, which are paired with ground-truth track images for training. Training is supervised by a loss function combining L1 loss and mean squared error (MSE) between the output pseudotrack and ground-truth track images. d, Representative molecule snapshots at different ground-truth D values, resolved by Deep-SnapTrack. e, SSIM between ground-truth (GT) tracks and different image sources for the molecules in d. Blue indicates snapshot images (solid) and background (dashed) versus ground-truth tracks. Orange indicates pseudotracks (solid) and processed backgrounds (dashed) versus ground-truth tracks. f, Representative molecule snapshots at different SNRs and ground-truth D values, resolved by Deep-SnapTrack. g, SSIM (mean ± s.d.) between ground-truth tracks and either snapshots (circles) or pseudotracks (squares) across various SNRs (n = 100 molecule snapshots per SNR); scale bars, 500 nm.

主要实验及结论

研究人员首先构建了名为Deep-SnapTrack的卷积神经网络，通过海量的模拟数据训练，使模型能够从带有噪声的单分子快照中重建出分子的伪轨迹（pseudotrack）。实验证明，基于扩散理论开发的TrackD算法可以根据这些伪轨迹的面积精确计算出扩散系数。在定位精度方面，团队引入了自适应的TrackL算法，它能根据分子的运动状态自动切换拟合方式，显著提升了快速扩散分子的定位精度。为了将该技术应用于复杂的细胞环境，研究者进一步开发了基于U-Net的分割网络，实现了在高密度成像条件下对单分子快照的自动提取。

Fig. 2: Estimation of molecule localization and D using a Deep-SnapTrack-resolved pseudotrack.

a, Schematic of the SMLDM concept. A molecule snapshot is processed by the Deep-SnapTrack network to generate a pseudotrack. The TrackD algorithm calculates D from the pseudotrack area using equation (8). Depending on the D value from TrackD, the TrackL algorithm calculates the molecule’s centroid using either Gaussian fitting or the weighted centroid of the pseudotrack. b, Plot of pseudotrack area (_PT_area; mean ± s.d.) versus ground-truth diffusion coefficients (_D_ground-truth), fitted with equation (8). Data points represent 100 molecules simulated at each of 27 logarithmically spaced D values (exposure time: 30 ms, pixel size: 110 nm, SNR: 56 (Ipeak / σnoise)). Their pseudotrack images were generated using Deep-SnapTrack, and _PT_area was subsequently calculated for each molecule to plot against its _D_ground-truth. c–e, Comparison of diffusion coefficients: D from pseudotrack (_D_pseudotrack; mean ± s.d.) versus _D_ground-truth (c), D from MSD analysis (_D_MSD; mean ± s.d.) versus _D_ground-truth (d) and _D_pseudotrack versus _D_MSD (e). Data are from 100 molecules at each of 27 D values. Pearson correlation coefficients were calculated for log-transformed D values. f,g, Scatter plots of _D_pseudotrack versus _D_MSD for datasets simulated with varying pixel sizes (at a constant 30-ms exposure; f) and varying exposure times (with a constant 110-nm pixel size; g). h, From left to right, a ground-truth 30-ms track overlaid with its geometric center, a molecule snapshot overlaid with the localization from elliptical Gaussian fitting, the corresponding pseudotrack overlaid with the localization from the TrackL algorithm and a comparison of all three localizations. i, Average localization precision from elliptical Gaussian fitting of snapshots or from the weighted centroid of pseudotrack images across different values of D. Deviation from the geometric center of the molecule trajectory was used to calculate localization precision. Precision was calculated as the deviation from the trajectory’s geometric center. For each value of D, 100 snapshots at an SNR of 17 (_I_peak / _σ_noise) were analyzed.

Fig. 3: Development of U-Net-based molecule segmentation and MPALM pipeline.

a, U-Net training. The network was trained on paired simulated snapshots (four molecules per 32 × 32-pixel image) and ground-truth mask images. A loss weight map was applied to enforce learning of intermolecule borders. b, Dice coefficient (mean ± s.d.) of U-Net segmentation performance on simulated snapshots of identical trajectories across varying SNRs (n = 100 snapshots per SNR level). c, Overview of the MPALM pipeline with exemplary data; scale bars, 500 nm. d, Probability distribution of log10 (D) measured by MPALM for benchmark Halo-tagged molecules exogenously expressed in U2OS cells and 0.1-μm TetraSpeck microspheres immobilized on coverslips. Dashed lines represent the two-component GMM fit. e,f, Quantification of the bound fraction, free fraction and D of the free component (_D_free; all shown as mean ± s.d.) derived from the GMM fits for MPALM (e) and saSPT (f). For d and e, the following were the numbers of biologically independent cells: 1×NLS (n = 9), 2×NLS (n = 9), 3×NLS (n = 10), 6×NLS (n = 10), FOXA2 (n = 10) and H2B (n = 12); fields of view of beads sample (n = 8). For f, the following were the numbers of biologically independent cells: 1×NLS (n = 8), 2×NLS (n = 12), 3×NLS (n = 8), 6×NLS (n = 12), FOXA2 (n = 20) and H2B (n = 16); fields of view of beads sample (n = 8). Significance was determined by one-way analysis of variance (ANOVA) with a Tukey’s post hoc test; P < 0.1, P < 0.01 and P < 0.001; NS, not significant.

在活细胞应用中，这项被称为Mobility-PALM (MPALM) 的系统展示了惊人的解析能力。在染色质组织研究中，MPALM揭示了核小体在活细胞内聚集形成的微米级染色质域，并发现高密度区域的分子运动明显受限。在药物研发相关的GPCR研究中，研究人员观察到μ-阿片受体在激动剂刺激下会形成特定的信号微域，而偏向性激动剂则表现出不同的动力学特征。此外，该技术还成功记录了局灶粘附（FA）在移动过程中的分子组装与拆解，以及生物分子凝聚体在相分离早期的非均匀扩散特性。这些实验结果一致表明，SMLDM能够在纳米尺度上同时绘制分子的空间分布与动力学异质性图谱。

Fig. 4: Visualizing the diffusivity distribution of nuclear proteins in living cells using high-density MPALM.

a, Representative images of the indicated Halo-tagged molecules in living U2OS cells: PALM (molecule density), diffusivity map and MPALM. The MPALM image uses the HSV color model (hue: diffusivity; saturation: density; value: 1 for signal and 0 for background). The color bar indicates D values; scale bar, 5 μm. b, H2B MPALM analysis: full-cell H2B MPALM image (i); scale bar, 5 μm. Zoomed-in views of the yellow square in i (ii–vi) show PALM density (ii), diffusivity map (iii), MPALM (iv), single-molecule localizations color coded by diffusivity (v) and seven chromatin density classes identified by the HMRF model (vi; class 1 = lowest density, class 7 = highest density). White arrows indicate a dense CD, and yellow arrows indicate the peripheral region outside of the dense CD; scale bars, 500 nm. Also shown are zoomed-in views of the white dashed square in vii (vii–ix), showing chromatin classes (vii); a diffusivity map overlaid with borders of the IC, PC and CD (viii) and an MPALM image overlaid with the same borders (ix); scale bars, 200 nm. For a and b, we imaged six biologically independent cells for each sample and obtained similar results. c, Heat map showing the probability of H2B–Halo localization densities across different D ranges within the seven chromatin classes (grouped as IC, PC or CD).

Fig. 5: MPALM of the μOR in response to agonist and antagonist treatment.

Halo-tagged μOR was imaged in living U2OS cells treated with DMSO, 10 μM DAMGO, 1 μM PZM21 or 10 μM naloxone using TIRF illumination and a 100-ms exposure per frame. a, MPALM image of membrane μOR; scale bar, 5 μm. For a, we imaged eight biologically independent cells for each treatment and obtained similar results. b–d, Zoomed-in views of the yellow square in a, showing PALM (molecule density; b), a diffusivity map (c) and MPALM (d); scale bar, 1 μm. e, Model of μOR dynamics under the indicated treatments; HT, HaloTag. f, Probability distribution of log10 (D) for Halo–μOR under each treatment. Dashed lines represent the two-component GMM fit; PDF, probability distribution function. g–j, Quantification of μOR populations (mean ± s.d.) from the GMM fits in f: fraction of molecules in the ‘immobile’ (g) and ‘mobile’ (h) states and their corresponding mean diffusion coefficients (i and j). Error bars represent s.d. (n = 6 biologically independent cells per sample). Significance was determined by one-way ANOVA with a Tukey’s post hoc test; *P < 0.1 and ***P < 0.001.

Fig. 6: MPALM reveals the dynamic biomolecular organization of FAs and optoDroplets.

a–d, Representative images of Halo-tagged paxillin in a living U2OS cell: widefield (a), PALM (density; b), diffusivity map (c) and MPALM (d); scale bar, 5 μm. For a to d, we imaged 16 biologically independent cells and obtained similar results. e,f, A five-frame time-lapse sequence showing the downward movement of an FA, displayed as PALM (e) and MPALM (f) images. Zoomed-in views from the yellow boxes highlight FA disassembly over time. Time labels indicate the midpoint of the merged frames; main scale bar, 500 nm; zoom scale bar, 200 nm. g, Widefield images of TMR-stained HaloTag-modified optoDroplets captured in each imaging cycle; scale bar, 5 μm. h–l, Zoomed-in views of the condensate boxed in g, showing bulk TMR signal (h), PALM density (i), MPALM (j), single-molecule localizations color coded by diffusivity (k) and diffusivity map (l). Time labels indicate the midpoint of merged frames; scale bars, 500 nm.

总结及展望

SMLDM框架的成功开发，标志着超分辨成像从单纯的“结构制图”向“动态制图”的重大跨越。它不仅解决了传统追踪技术在数据密度上的瓶颈，还通过深度学习与物理模型的结合，实现了对细胞内复杂动力学过程的高灵敏度监测。该方法具有极强的通用性，可以轻松集成到现有的多种单分子成像系统中。未来，随着荧光探针性能的进一步提升和算法的优化，SMLDM有望在多靶点交互作用、药物机理筛选以及疾病病理诊断等领域发挥核心作用，为生命科学研究提供更深层次的分子景观。

【Adv.Mater.】吉林大学宋宏伟团队|3.06%效率创纪录！首例电驱动手性红外发光器件

Sun, 24 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】吉林大学宋宏伟团队|3.06%效率创纪录！首例电驱动手性红外发光器件

文章标题：Circularly Polarized 1540 nm Short-Wave Infrared Electroluminescence from Er‐Based Halide LEDs with 3.06% Record Efficiency

通讯作者：Donglei Zhou, Tingting Zhou, Xue Bai, Hongwei Song

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73399

Figure 1 (a) Schematic diagram of the LEDs device architecture. (b) Schematic diagram illustrating the emission of circularly polarized light from camphor-modified NCs. (c) Schematic of the Stark splitting in Er3+ energy levels and the corresponding SWIR spectra.

文章概要

引言

三价铒离子由于其独特的1540纳米近红外发射峰正好处在光纤通信的低损耗C波段，因此在光通信、生物成像以及传感器等前沿领域扮演着举足轻重的角色。虽然这种材料在传统的激光放大器中已经得到了广泛的光学应用，但是要实现高效率的电注入发光一直是个巨大的国际科学难题。这主要是因为传统的绝缘基质导电性差，且铒离子的能级跃迁具有禁阻特性，导致以往制备的铒基发光二极管效率极其低下。此外，在现代光通信中，光的偏振态是一个能够大幅提升通信容量的关键维度，然而直接在短波红外波段实现高效且具有圆偏振特性的电致发光器件此前几乎处于空白状态。为了打破这一效率瓶颈并赋予器件手性发光特征，研究团队开发出了一种极具创新的协同调控策略。

Figure 2 (a) TEM, HR-TEM, SAED images of Cs3ErCl6, Cs3ErxY1-xCl6, and Cs3ErxY1-xCl6: Sb3+ NCs. (b) EDX mapping of Cs3ErxY1-xCl6: Sb3+ NCs. (c) XRD patterns of Cs3ErCl6, Cs3ErxY1-xCl6, and Cs3ErxY1-xCl6: Sb3+ NCs. (d) High-resolution XPS analysis of Er3+ and Y3+. (r) Raman spectra of Cs3ErCl6, Cs3Er0.7Y0.3Cl6 and Cs3Er0.7Y0.3Cl6: Sb3+ NCs.

主要实验及结论

研究人员在实验中巧妙地采用了热注射法，首次成功制备出了具有高度均匀性和单分散性的锑、钇共掺杂氯化铒铯纳米晶。在晶体结构的设计上，由于钇离子和铒离子的离子半径非常接近，钇的成功取代引入引发了微小的晶格畸变，这种局部对称性的降低成功打破了宇称禁阻，进而引发了铒离子能级的斯塔克分裂。变温光谱实验和理论计算共同证实，这种晶格对称性的软化显著提升了材料的辐射复合速率，并有效拉大了铒离子之间的距离，从而极大地抑制了浓度淬灭。

Figure 3 (a) The crystal structure of [ErCl6]3− octahedra. (b) Bond length and bond angle of Cl-Y-Cl and Cl-Er-Cl, (c) PLE and PL spectra, (d) Visible and SWIR intensity of Cs3ErxY1-xCl6 NCs. (e) Er3+ Stark splitting diagram. (f) SWIR spectra of Cs3ErxY1-xCl6 NCs at 70 and 310 K. (g) SWIR spectra of Cs3ErxY1-xCl6 NCs. (h) The luminescence ratio (I1/I2) of Cs3ErxY1-xCl6 NCs. (i) The radiative decay rates (Kr) of 1540 nm of Cs3ErxY1-xCl6 NCs.

为了更进一步强化红外发光效率，团队引入了具有特殊电子构型的锑离子作为共掺杂剂。实验表明，锑离子的加入在纳米晶中触发了位于530纳米的高效自陷激子绿色发射。非常关键的是，这个绿光发射能级与铒离子的吸收能级实现了近乎完美的偏振匹配，从而构筑了一条极其高效的能量传递通道。光谱分析和瞬态荧光寿命测试表明，能量传递效率随着掺杂比例优化最高可达到百分之六十四以上，使得材料的短波红外荧光产率大幅飙升。

Figure 4 Electronic band structures and PDOS of (a) Cs3Er0.7Y0.3Cl6 and (b) Cs3Er0.7Y0.3Cl6: Sb3+ NCs. (c) The PLE (dash line) and PL spectra, (d) SWIR spectra, (e) PLQY of Cs3Er0.7Y0.3Cl6 and Cs3Er0.7Y0.3Cl6: Sb3+ NCs. (f) The luminescence mechanism of Cs3Er0.7Y0.3Cl6: Sb3+ NCs. (g) Pseudo colormap of temperature-dependent (20–300 K) PL spectra, (h) Temperature-dependence of integral intensity and fitted curves, (i) Temperature-dependence of the FWHM of PL peak with the corresponding fitting result of Cs3Er0.7Y0.3Cl6: Sb3+ NCs.

在此基础上，研究团队进一步引入了具有天然手性结构的樟脑分子作为表面钝化配体进行配体交换。红外光谱与高分辨X射线光电子能谱分析证实，樟脑分子中的羰基与纳米晶表面配位不足的铒离子进行了直接配位，同时其疏水基团与氯离子形成了紧密的静电相互作用。这种完美的表面钝化不仅将缺陷态密度削减了将近一半，让电子和空穴的迁移率更加平衡，更重要的是，樟脑分子独特的手性空间构型成功将手性传递给了无机晶格。通过扰动铒离子的电子云分布，纳米晶展现出了明显的圆偏振发光特征，其不对称因子达到了负的千分之三十六点七。

Figure 5 (a) Schematic of CAMP addition generating CPL. (b) PL spectra (visible and SWIR) (c) PLQY of pristine NCs and CAMP-modified NCs. (d) FTIR tests of CAMP and the CAMP modified NCs. (e,f) XPS of pristine NCs and CAMP-modified NCs. (g) Measurement of CD spectra on R- and S-CAMP modified NCs. (h) Right and left CPL spectra of R-CAMP modified NCs. (i) Right and (j) left circularly polarized emission polar distribution diagrams.

最终，通过精细的器件工程优化，研究团队成功将这种樟脑改性的纳米晶作为发光层，制备出了结构完整的发光二极管器件。得益于能级的优化对齐以及空穴注入势垒的降低，该器件在电驱动下展现出了惊人的红外性能。器件在9.5伏的偏压下，1540纳米处的外量子效率达到了创纪录的3.06%，相比于未改性的传统器件实现了跨越式的提升。同时，在连续通电工作下器件的半寿期延长到了210分钟，展现出极为优异的运行稳定性。更为震撼的是，该器件在国际上首次实现了电驱动的短波红外圆偏振电致发光，电驱动下的偏振不对称因子高达负的千分之三十点八，成功做到了高发光效率与高偏振度的兼顾，甚至在两厘米大面积的柔性基底上也实现了极佳的发光均匀性。

Figure 6 (a) Device structure of LEDs. (b) Band alignment of each functional layer in the LEDs. (c) Current density against voltage, (d) Visible EL spectra, (e) SWIR EL spectra, (f) Power density against voltage, (g) EQE against voltage, (h) Statistic EQEs, (i) T50 lifetime measurements of pristine and CAMP-modified LEDs. (j) EL CPL spectra of CAMP-modified LEDs. (k) Visible and SWIR images, (l) EQE of large-area LEDs.

总结及展望

这项工作通过极其精妙的钇銻共掺杂辅以手性樟脑配体钝化的多步协同策略，彻底激活了氯化铒铯纳米晶的红外发光潜力。研究不仅打破了铒基短波红外发光二极管长期以来的效率天花板，更开创性地赋予了器件电驱动的圆偏振特性。这一重大技术突破为未来的高集成度光电芯片、大容量保密光通信系统以及下一代先进生物医学成像技术的发展铺平了道路，展现出了巨大的产业化应用前景。

【JACS】光固化也能修复裂纹？一种可实现40次以上循环修复的光控柔性晶体

Sat, 23 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】光固化也能修复裂纹？一种可实现40次以上循环修复的光控柔性晶体

文章标题： Photoswitchable Flexible-Brittle Transition with Reversible Cracking and Healing in a Photochromic Crystal

通讯作者： Ryo Nishimura (Department of Chemistry and Research Center for Smart Molecules, Rikkyo University)

文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.6c01187

文章概要

引言

在传统认知中，有机单晶通常是极度脆弱且易碎的，由于缺乏有效的能量耗散机制，一旦受到机械应力往往会发生灾难性的断裂。近年来，虽然科研人员开发出了一些具备弹性或塑性变形能力的柔性晶体，但能够像生物组织那样在受损后实现自修复，尤其是通过非接触式光触发方式进行重复修复的晶体依然极其罕见。这项研究开发出了一种基于二芳基乙烯（DAE） 衍生物的光响应有机晶体，不仅实现了晶体在“柔性”与“脆性”之间的光控切换，还首次展示了光诱导下的晶体原位裂纹愈合现象，为开发高耐用性的微纳光电器件提供了全新的设计思路。

Scheme 1. Photoisomerization of DAEs Bearing n-Alkyl Groups

主要实验及结论

研究团队设计并合成了一系列带有正烷基链的二芳基乙烯分子，发现其晶体结构在特定条件下表现出显著的机械适应性。实验显示，这种晶体在受到针尖挤压时，能够根据施力平面的不同，分别展现出一维弹性弯曲、塑性变形甚至螺旋扭曲。通过单晶X射线衍射分析发现，晶体内部形成的层状堆积结构和弱的范德华力相互作用是其具备柔性的关键，这些烷基链充当了分子间的“润滑层”，允许晶体在受力时发生微小的分子位移而不至于崩溃。

Figure 1. Mechanically induced (a) elastic, (b) plastic, and (c) plastic twisting deformation of a 2aβ crystal. The images are taken from the front of the (a) and (c) (100) plane and (b) (001) plane.

Figure 2. Crystal structure of 2aβ crystal. (a) Schematic illustration of a plastically bending crystal, (b) expanded image of slidable region, (c) molecular packing viewed from (001) plane, (d) intermolecular interactions involving terminal alkyl chains, (e) crystal model and schematic illustration of layer sliding upon mechanical force, (f) 1D chain structure formed through intermolecular F···F and C–H···F contacts, (g) columnar structure formed via intermolecular π–π stacking, (h) a model illustrating compression and expansion of molecular packing on inner and outer arcs during bending, and (i) short contacts of F···F, C–H···F, and C–H···H–C.

Figure 3. Photocontrolled ON-OFF switching of elastic and plastic deformation in the 2aβ crystal. Loss and recovery of (a) elastic and (b) plastic deformability upon UV and visible light irradiation.

最为独特的是晶体在光照下的性能演变。当使用紫外光（UV） 照射晶体时，分子发生光致异构化，晶体由无色变为蓝色，由于分子构型的改变导致内部应力积累，晶体会自发产生沿长轴方向的可见裂纹，并从柔性状态转变为极易碎的脆性状态。然而，一旦切换为可见光照射，晶体不仅恢复了原本的柔性，之前产生的裂纹竟然神奇地完全消失。研究人员利用荧光渗透实验和同步辐射微束X射线衍射证实，这种修复并非简单的表面遮盖，而是涉及到了光诱导局部熔融并重新结晶的过程。通过纳米压入测试进一步量化了这一过程，结果表明晶体的硬度和杨氏模量在光照循环中可以精准回复到初始水平，且这种裂纹愈合过程可稳定循环重复40次以上。

Figure 4. Photoinduced self-healing in 2aβ crystal. (a) Schematic illustration of photoinduced cracking and healing; micrographs during cracking and healing in (b) a straight and (c) plastically bent 2aβ crystal.

Figure 5. Schematic illustration of a mechanism of healing.

Figure 6. Representative P–h curves obtained from nanoindentation tests before and after light irradiation and corresponding schematic models for the (a) (001) and (b) (100) planes of the 2aβ crystal. The inset optical images show indents produced by a Berkovich tip (scale bars: 10 μm).

总结及展望

该研究成功构建了一种集光控柔性切换与自修复能力于一体的智能分子晶体材料。烷基链的引入不仅赋予了晶体结构上的滑动可能，还通过降低局部熔点促进了光致修复的发生。这种能够通过光远程控制、无需直接接触即可修复机械损伤的特性，在柔性电子器件、自修复光学波导以及微型驱动器等领域具有巨大的应用潜力。未来，如何进一步提高这种光控修复的效率，并将其推广至更多种类的功能晶体体系，将是该领域迈向产业化应用的重要方向。

【Adv.Mater.】香港中文大学李、手南方医科大学谢登辉等|仿生单原子纳米酶助力骨再生：骨体积分数提升177%的代谢重编程新策略

Fri, 22 May 2026 00:00:00 GMT

【Adv.Mater.】香港中文大学李、手南方医科大学谢登辉等|仿生单原子纳米酶助力骨再生：骨体积分数提升177%的代谢重编程新策略

文章标题： Bioinspired, Mitochondria-Targeted Single-Atom Nanozyme Enhances Bone Regeneration by Reprogramming Stem Cell Energy Metabolism

通讯作者： Rocky S. Tuan, Denghui Xie, Zhong Alan Li

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.202522108

文章概要

在这项发表于《Advanced Materials》的研究中，科研团队针对骨缺损修复中线粒体功能障碍这一核心痛点，开发了一种仿生细胞色素c氧化酶（CcO）的单原子纳米酶。该纳米酶通过负载铁、铜单原子模拟天然酶的催化中心，并结合TPP分子实现线粒体靶向，成功诱导干细胞从糖酵解向氧化磷酸化和脂肪酸氧化的代谢转变。实验结果显示，该策略显著提升了干细胞的成骨分化能力，并在大鼠大面积骨缺损模型中实现了骨体积分数177%的惊人增长，为组织再生提供了基于能量代谢调控的新思路。

Schematic diagram illustrating the ability of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes to improve mitochondrial function, regulate cellular energy metabolism, and promote osteogenic differentiation of stem cells.

引言

骨组织的有效再生高度依赖于干细胞线粒体提供的高能量输出，尤其是在基质合成的初始阶段，充足的ATP供应是成骨分化的前提。然而，在临床常见的大尺寸骨缺损（CSBD） 环境中，氧化应激和氧化还原失衡往往导致线粒体呼吸链中的复合体IV（CcO） 受损，造成能量代谢枯竭并抑制骨修复。传统的生物材料多聚焦于清除活性氧（ROS），却难以从根本上修复受损的电子传递链。受生物体内高效酶催化机制的启发，研究人员致力于开发一种既能精准靶向线粒体，又能模拟CcO催化功能的人造纳米酶，以期通过重启干细胞的能量工厂来加速骨再生进程。

主要实验及结论

研究团队首先通过一步法合成了具有放射状孔道的树突状介孔二氧化硅纳米颗粒（DMSN），并精细地将铁和铜原子以单原子形式分散嵌入其中。这种结构完美模拟了天然CcO的活性中心，紫外光谱分析证实其具有优异的细胞色素c氧化酶样活性。为了实现精准打击，研究者在纳米颗粒表面修饰了亲脂性阳离子TPP。共聚焦成像和生物电镜结果清晰地展示了该纳米酶能够高效进入干细胞并精准定位于线粒体表面。生物安全性评估表明，在治疗浓度下，该材料对C3H/10T1/2干细胞表现出良好的生物相容性，为后续的功能研究奠定了基础。

Synthesis and characterization of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes. (a) Schematic of the synthesis process of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozyme. (b, c) TEM images of the synthesized nanozyme. Scale bar = 50 nm and 10 nm. (d) AC-HAADF-STEM image of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozyme, with single iron atoms marked by red circles. Scale bar = 2 nm. (e) HAADF-STEM image showing the dendritic mesoporous structure of the synthesized nanozyme. Scale bar = 50 nm. (f) EDS elemental mapping confirming homogeneous distribution of Cu, Fe, Si, and O in TPP-DMSN-Fe/Cu nanozyme. Scale bars = 50 nm. (g) UV–vis absorbance spectra of Cyt c after reacting with different nanoparticles for 60 min. (h) TPP-DMSN-Fe/Cu nanozyme upregulated the expression of Fam36a (Cytochrome c Oxidase Assembly Factor COX20) gene. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey’s post hoc test. The P value is noted. (i) Bio-TEM images showing the mitochondria-targeting ability of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes after treating C3H/10T1/2 cells for 4 h (red arrows indicate mitochondria). Scale bar = 500 nm (left image) and 100 nm (magnified views on the right). (j) Representative confocal images showing that the TPP-modified nanozymes had a higher level of colocalization with C3H/10T1/2 cells compared to nanozymes without TPP modification (blue, nucleus; red, RBITC-nanoparticles; green, Mito-tracker). Scale bar = 10 µm. (k) Quantitative analysis of fluorescence intensity along the white dotted lines in j. P = Pearson's correlation coefficient.

TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes improved mitochondrial function and regulated energy metabolism in stem cells. (a) Schematic diagram of TPP-DMSN-Fe/Cu nanozyme-induced enhancement of OXPHOS, FAO, and TCA cycle and the changes in related target metabolites. (b–e) TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes treatment resulted in the highest levels of b NAD+/NADH, (c) Sdha and (d) Atp5a mRNA, and (e) ATP production in stem cells. (f) Real-time OCRs during stem cell mitochondrial stress tests and semi-quantitative analysis of basal respiration, maximal respiration, and ATP production. (g) Real-time ECARs of stem cells during the glycolytic stress test and semi-quantitative analysis of glycolysis, glycolytic capacity, and glycolytic reserve. (h) Real-time OCRs of stem cells during the substrate oxidation test and semi-quantitative analysis of maximal respiration, spare respiratory capacity, and basal respiration. (i) Representative image of JC-1 aggregates and monomers and j corresponding quantitative analysis indicating the highest mitochondrial membrane potential in cells treated by TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes for 7 days in osteogenic medium. Scale bar = 25 µm. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p-value is noted.

在代谢调控机制探索中，Seahorse能量代谢分析揭示了令人兴奋的发现。与对照组相比，经靶向纳米酶处理的干细胞，其基础呼吸、最大呼吸以及ATP产量分别提升了44%、89%和45%，而糖酵解水平显著下降。这表明纳米酶成功触发了能量代谢重编程，使细胞能源从低效的糖酵解转向高效的氧化磷酸化。进一步的转录组学测序（RNA-seq）深入解析了这一过程，结果显示Bmp4、Sox9以及与线粒体生物发生相关的Pgc-1α等关键基因显著上调。此外，纳米酶还激活了CAMKK-AMPK信号通路和自噬过程，这种多维度的调节共同营造了一个有利于成骨分化的能量富集型微环境。

Transcriptome analysis revealed that TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes reprogramed stem cell metabolism to enhance osteogenesis. (a) Schematic of TPP-DMSN-Fe/Cu-modulated mitochondrial and osteogenic pathways based on RNA sequencing results. (b) Number of differentially expressed genes in TPP-DMSN-Fe/Cu-treated stem cells versus other groups. (c) Heatmap showing upregulated osteogenesis-, chondrogenesis-, calcium influx-, and mitochondrial function-related genes for DMSN-Fe/Cu-treated stem cells. n = 3 biologically independent samples. (d–f) Gene Ontology enrichment analysis of biological process (d), cellular component (e), and molecular function (f) for up-regulated genes in TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes. (g) KEGG enrichment analysis showing genes upregulated by TPP-DMSN-Fe/Cu treatment. (h, i) GSEA plot showing the enrichment of the gene set of “Proton motive force driven mitochondrial ATP synthesis” and “Mitochondrial respiratory chain complex iv”. The top panels of the figures show the enrichment score (green line). The middle panels show the presence of the target gene in the gene set. The bottom panels show the drop in the ranked gene list for the ranked metric value.

TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes enhanced osteogenic differentiation and mitochondrial function in stem cells. (a) mRNA levels of osteogenic gene expression: Runx2, Opn, Ocn, and Alp. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p-value is noted. (b) Western blot bands for COL1A1, RUNX2, ALP, and OCN (the numbers above each band represent normalized mean band intensity ± s.d., n = 3 biologically independent samples). (c) Immunofluorescence staining of OCN and d quantification of fluorescent intensity. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p value is noted. Scale bar = 100 µm. (e) ARS staining of stem cells and f corresponding quantitative analysis after 14 days of nanoparticle treatment. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p value is noted. Scale bar = 2 mm and 100 µm. (g) mRNA levels of mitochondrial gene expression: Pgc-1α, Cpt1a, Drp1, and Opa1. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p-value is noted. (h) Western blot bands for PGC-1α, p-AMPK, AMPK, Beclin-1 and LC3-II (the numbers above each band represent normalized mean band intensity ± s.d., n = 3 biologically independent samples). (i) Quantitative analysis of p-AMPK/ AMPK, Beclin-1 and LC3-II protein expression. (j) Intracellular calcium ion levels and k corresponding quantification. Data are presented as mean ± s.d., n = 4 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p-value is noted.

为了验证临床转化潜力，研究者将纳米酶复合在GelMA水凝胶支架中，植入大鼠股骨缺损部位。在植入4周和8周后的Micro-CT扫描中，靶向纳米酶组展现了最为卓越的修复效果。定量分析显示，其骨体积分数（BV/TV）比对照组高出177%，且骨矿物质密度明显提升。组织学染色进一步证实了缺损区形成了大量成熟且致密的骨组织。免疫组化结果清晰地标示出OCN、COL1A1和ATP5A等成骨与代谢标志物的高表达，从体内实验层面证实了该纳米酶通过优化线粒体健康和能量供应，确实有效地加速了临界尺寸骨缺损的愈合过程。

TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes accelerated bone regeneration in a rat model of CSBD. (a) Schematic of the experimental timeline. (b) 3D reconstructed micro-CT scan images after 4 and 8 weeks of scaffold implantation. (c, d) Quantitative micro-CT analysis of BV/TV and BMD. Data are presented as mean ± s.d., n = 3 biologically independent samples, by one-way ANOVA with Tukey's post hoc test. The p-value is noted. (e) H&E staining and f Masson's trichrome staining images of the bone defect sites at 4 and 8 weeks after the surgery. Scale bar = 100 µm. HB = host bone; NB = newly formed bone.

TPP-DMSN-Fe/Cu nanozymes upregulated the expression of markers related to osteogenesis and energy metabolism in vivo. (a) OCN IHC staining images for the femoral bone defect at 4 and 8 weeks. Immunofluorescence staining images for b COL1A1, c ATP5A, and d PGC-1α in the femoral bone defect area at 4 and 8 weeks. Scale bar = 100 µm.

总结及展望

本研究成功构建了一款具备线粒体靶向能力的仿生单原子纳米酶，通过修复电子传递链功能，不仅高效清除了有害的超氧自由基，更关键的是实现了对干细胞能量代谢的精准重塑。这种从“被动抗氧化”到“主动代谢调节”的策略转变，为解决骨再生难题提供了全新的范式。展望未来，这种单原子纳米酶的设计理念有望延伸至骨质疏松、神经损伤等其他与线粒体功能障碍相关的退行性疾病治疗中。虽然目前在小型动物模型上取得了理想效果，但未来的研究仍需在大型动物模型中验证其长效生物安全性及免疫反应，以期早日为临床骨缺失患者带来福音。

【JACS】激发波长如何颠覆传统认知？时间分辨瞬态吸收光谱揭示光聚合的隐藏法则：超越吸光度的辐射秘密

Fri, 22 May 2026 00:00:00 GMT

【JACS】激发波长如何颠覆传统认知？时间分辨瞬态吸收光谱揭示光聚合的隐藏法则：超越吸光度的辐射秘密

文章标题：Understanding Wavelength-Dependent Photopolymerizations via Nano-Second Resolved Transient Spectroscopy

通讯作者：Joshua A. Carroll, Andreas-Neil Unterreiner, Christopher Barner-Kowollik

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c05591

文章概要

在传统的材料化学与光聚合反应中，人们普遍遵循一个近乎金科玉律的假设，即光反应的效率直接正比于光敏剂或光引发剂在特定波长下的吸光度。然而，来自昆士兰科技大学和卡尔斯鲁厄理工学院的联合研究团队打破了这一固有认知。他们利用先进的纳秒级时间分辨瞬态吸收光谱技术，深入解构了经典德裔锗基引发剂Ivocerin在不同单色光照射下的激发态动力学行为。研究表明，引发剂的摩尔消光系数并不能完全决定宏观的单体转化率，在引发剂吸收光谱的红移边缘（弱吸收尾部），光聚合反而展现出异常高效的特性。这一现象的核心奥秘并不在于吸收了多少光子，而在于激发的波长直接调控了自由基在溶剂笼中的生存寿命与逃逸概率。该成果不仅填补了波长相关光化学机制的空白，更指明了超越传统光谱重叠理论的全新光控合成路线。

Figure 1. (a) Photopolymerization action plot for the conversion of bulk methyl methacrylate (MMA) to poly (methyl metharcrylate) (PMMA) at ambient temperature, using Ivocerin (bis(4-methoxybenzoyl)diethylgermanium) as the photoinitiator, alongside the molar absorption spectrum of Ivocerin in MMA. The Ivocerin concentration was approximately 25 mM, and polymerization was performed with a fixed number of deposited photons (1.27 × 1019 photons) at each monochromatic wavelength. (b) Chemical structure of Ivocerin and the formation of primary radicals upon irradiation, triggering free radical polymerization alongside the polymerization mechanism. Note that PMMA-based radicals terminate primarily via disproportionation as shown here. (15)

引言

长期以来，工业界和学术界在评估一种光引发剂的性能时，主要依赖于光源发射光谱与引发剂摩尔吸光系数的重叠程度。这种粗放的筛选方式根植于光化学第一定律（Grotthuss-Draper定律）和Kasha规则，即默认光子吸收概率等同于化学转化生产力，每个被吸收的光子贡献均等。然而，近年来一系列波长相关的光聚合实验逐渐露出了反常的蛛丝马迹：当激发波长滑向引发剂吸收带的深红区边缘时，尽管其摩尔吸光度出现了几个数量级的骤降，最终的单体转化效率却高得令人咋舌。这种化学活性与吸光能力的严重背离表明，激发后的内部松弛、自由基生成概率以及后期扩散动力学才是主导宏观反应的隐形之手。为了定量剥离并阐明这一谜题，研究人员以具有代表性的化合物Ivocerin作为模型系统，试图通过时间分辨光谱和动力学模拟，彻底厘清微观瞬态自由基动力学是如何反向塑造宏观宏伟聚合版图的。

Figure 2. Transient absorption spectra of Ivocerin in MIB after excitation at 425 nm (_E_pump = 2.75 mJ, c = 5 mM) and probing between 350 to 700 nm, in 10 nm increments. (a) Transient absorption spectra at shorter relative delay times (<100 ns). (b) Transient absorption spectra at longer delay times (>100 ns). The gray highlighted area shows the region where the transient response is overlaid by the intense scattering of the pump pulse.

主要实验及结论

研究团队首先绘制了Ivocerin引发甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合的光化学作用图谱（Action Plot）。在固定入射光子总数的前提下，系统考察了350纳米至515纳米区间内单体转化率随激发波长的变动趋势。实验结果清晰地证实了活性的反常匹配：Ivocerin在可见光区的n→π吸收带以及紫外区的π→π吸收带的红移边缘，均爆发出了极高的聚合效率，特别是在近紫外到蓝光过渡区域，转化率曲线与平缓的吸光度曲线形成了鲜明对比。

为了捕捉这背后的微观机理，由于MMA单体自身会极快地淬灭中间体，研究者精妙地选取了结构高度相似但不含双键的异丁酸甲酯（MIB）作为等效溶剂环境，搭建了定制的纳秒脉冲激光闪光光解系统。在425纳米的激光激发下，瞬态光谱在最初的10纳秒内主要呈现出基态漂白和强烈的荧光/磷光发射。令人振奋的是，随着时间推移，在480纳米附近涌现出了一个显著的瞬态正吸收峰。结合密度泛函理论（TD-DFT）的高精度量子化学计算，该团队成功将这个480纳米的特征吸收峰指认为酰基锗自由基（acylgermyl radical），而其对应的4-甲氧基苯甲酰基自由基由于振子强度极低，在可见光区几乎不贡献吸收。

Figure 3. Calculated absorption spectra of transient species obtained by TD-DFT calculation. (a) Ivocerin in the triplet state. (b) Acylgermyl radical. (c) 4-Methoxybenzoyl radical. The calculation of Ivocerin in the triplet state was performed at the CAM-B3LYP def2-SVP (def2/J auxiliary basis) level of theory, whereas for the primary radicals the calculation was conducted with the MPW1PW functional with the same basis set. An absorption spectrum was simulated by convolution of the calculated vertical electronic transition with a Gaussian function using a fwhm of 50 nm. Vibrational progression was not considered in the simulated absorption spectra. Additional details are provided in Section 1.3 of the Supporting Information.

通过并行全局演化分析（Global Analysis）提取衰减相关差异光谱（DADS），研究人员发现了惊人的规律：代表引发剂整体发光寿命的特征时间基本恒定在4.5纳秒左右，而酰基锗自由基的生存寿命（τ₂）则表现出强烈的激发波长依赖性。在350纳米激发时自由基寿命较长，随后随波长红移先下降，但在跨越到455纳米的长波长激发时，自由基寿命再度戏剧性地大幅拉升。当把这条微观自由基寿命随波长变化的曲线与宏观的聚合作用图谱进行重叠对比时，两条曲线展现出了完美的高度相关性，这意味着引发剂激发后的自由基存活时间直接锁定了最终的聚合输出。

Figure 4. Normalized decay-associated difference spectra (DADS) of Ivocerin in MIB, along with the associated decay times upon excitation at 425 nm (_E_pump = 2.75 mJ, c = 5 mM). The spectral region where the transient response was overlaid by intense scattering of the pump pulse was excluded in the global analysis. The long-lived component persists beyond the experimental time window and was treated as effectively constant within the fitting range.

为了进一步排除是由于第一步链增长速率差异导致的波长效应，研究者通过测定不同单体浓度下的自由基淬灭速率，计算出自由基向第一步单体加成的速率常数高达1.7×10⁸ M⁻¹s⁻¹。在纯单体环境中，这意味着最初的链增长在几纳秒内就已完成，根本不是限速步骤。真正的决定性力量在于溶剂笼内部的竞争动力学：不同波长的光子注入了不同的过剩能量，直接微妙地改变了引发剂体系从单线态到三线态的系统交叉比例，进而调控了溶剂笼内自由基发生笼内复合、化学钝化与成功逃逸的相对概率。波长更长的光子使得自由基具有更低的复合倾向和更高的笼外逃逸分量。团队将这一源自光谱实验的波长依赖性自由基逃逸流作为修正因子，代入简约的光学动力学反应模型中进行数值模拟，最终成功在理论层面上复现了实验观察到的单体转化趋势，有力地夯实了微观动力学决定宏观效率的因果链条。

Figure 5. (a) Molar absorption spectrum of Ivocerin in MIB alongside the time constants τ1(green) and τ2(red) obtained from parallel global analysis of nanosecond transient absorption spectra recorded at various excitation wavelengths at ambient temperature. The Ivocerin concentration was 5 mM in all transient absorption experiments. (b) Overlay of the photopolymerization action plot in bulk MMA (blue) with the radical lifetime (τ2) action plot in MIB, highlighting the wavelength-dependent correlation between polymerization efficiency and primary radical lifetime.

Figure 6. (a) Simulated monomer conversion for the scaled (geminate) recombination rate coefficient at the indicated excitation wavelength. (b) Overlay of photopolymerization action plot in bulk MMA (blue) with simulated monomer conversion at 650 s for the scaled (geminate) termination rate coefficient (orange), highlighting the correlation between (geminate) termination and macroscopic monomer conversion. Experimental error bars represent the standard deviation of triplicate measurements of the photopolymerization action plot. Simulation error bars represent the propagated uncertainty of the radical lifetime used in the kinetic model.

总结及展望

本研究通过极其严密的瞬态光谱实验与动力学动力学模拟，完美破解了锗基引发剂Ivocerin在光聚合中吸光度与化学反应活性不匹配的世纪悬案。研究明确指出，长波长激发下异常飙升的聚合效率，本质上是由波长调控的瞬态自由基长寿命和更高的溶剂笼逃逸概率共同驱动的。然而，笼内复合与扩散逃逸这一分水岭究竟如何在激发的最初瞬间被精确引流，其超快阶段的演化细节受限于纳秒光谱的时间分辨率仍处于迷雾之中。未来，研究团队计划引入飞秒瞬态吸收光谱技术，旨在从更微观的飞秒到皮秒时域，直接凝视激发态的系间窜跃、初期自由基对的能量耗散与空间切割过程。这一跨越时空的动力学解码，不仅能够让我们重新审视光化学基本定律在凝聚态反应中的边界，更将指导科学家们彻底摆脱对引发剂传统光谱性质的依赖，为精准定制超深层光固化材料、3D生物打印以及高效光绿合成开辟出一条全新的理性设计通途。