超分子化学论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇超分子化学论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

“这所学校的化学研究在美国排名非常靠前。到那里后，我师从刚做助理教授的Krsiche教授从事有机化学的两个热门方向，即超分子化学和有机方法学研究。”在Krsiche教授的严格培养下，龚和贵在化学相关基础和前沿知识的认知上发生了质的变化，完全具备独立开展高水平研究的能力。2005年7月起，他开始在美国北卡罗莱纳州立大学开展博士后研究。

未来慢慢铺开，他却迎来了人生中的变数。

2008年5月，上海大学吴松副校长带队赴美国招聘，热情邀请龚和贵回国。回来，还是留下？最终，文化上的排他性、经济危机爆发出的种种问题、想要尽快独立开展自己工作的心情等等，都让他想要回来。那年12月，他正式到上海大学任职，2010年，他又当选上海高校特聘教授“东方学者”，在国内的事业逐渐风生水起。

篇2

注重对量子化学发展史和研究结构

化学的科学方法的介绍任何一门学科都有其发生和发展的过程，学习知识时若不从历史中寻找借鉴，就易把知识当成是“终极真理”而死记硬背，不求甚解。因此，在传授知识的同时，应该介绍量子化学发展史，学习科学家勇于探索的精神，由师生共同创造一种崭新的价值理念。例如普朗克(M．Planck)的“离经叛道”的假设;德布罗意(deBroglie)波的提出是类比法的成功典范，戴维逊(C．Davisson)-革末(L．H．Germer)的因祸得福;狄拉克(Dirac)、薛定谔(E．Schrdinger)的异曲同工———薛定谔用数学形式开辟出量子力学的新体系;另外，还有一个德国物理学家海森堡提出一个矩阵力学体系，薛定谔用的是微积分形式，海森堡用的是代数形式;汤姆逊(Thomson)父子的珠联壁合———父亲发现了电子，儿子又证实了电子是波，父子二人在物理学方面进行接力研究，在科学史上传为美谈。还有徐光宪的巧妙规则，唐敖庆的独辟蹊径等［2］。科学的先驱是勇敢的探索者，他们常常在黑暗中摸索前进，他们的精神值得我们敬佩。学生听到和看到这些史实，无不浮想联翩，对优化思维结构，激发科学壮志都有潜移默化的作用。在传授理论知识的同时，指导学生学会抽象思维和用数学工具处理问题，并运用类比、模拟的科学方法［3］，寓科学方法于教学内容中。类比方法是提出和建立科学假说的重要方法。例如德布罗意假设是在光的波粒二象性思想启发下，提出电子等实物微粒也具有波动性，他当时推导固然复杂些，从科学方法论的角度讲，由光的波粒二象性到实物微粒的波粒二象性是一种类比推理。类比是利用两个或两类对象之间在某些方面的相似或相同，推出它们在其他方面也可能相似或相同的思维方法，是一种由特殊到特殊、由此及彼的过程。类比可以提供重要线索，启迪思想，是发展科学知识的一种有效的试探方法。还有薛定谔受物质波假说的启发，引出了电子运动的波函数方程，他走的也是依赖类比的“近路”。许多化学问题的解决有赖于类比方法的使用，而类比方法的使用有可能形成简捷的思维路径。使学生在学习科学知识的同时，得到方法论的启迪。在教学中应引导学生追踪量子化学发展的足迹，不失时机地揭示其中的科学方法，更清楚地了解各种知识理论的相对合理性及有待完善的地方。这样使学生在学习过程中不仅可以获得化学知识，而且能学习科学家严谨求实的治学态度、高度的敬业精神和大胆创新的进取精神。

通过改进课程教学方法培养学生创新能力

篇3

一门科学的内涵和定义至少有四个属性：

整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部，它和整体必然有千丝万缕的联系。这是它的第一个属性。

学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河，那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂，可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学，化学是中游科学，生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什，他在1950年得数学博士学位，1951-1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授，后转而研究经济学，把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测经济发展趋势的博弈论，因而获得诺贝尔经济奖。

发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学(参见《自然辩证法》)，因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。到了20世纪，人们认为化学是研究分子的科学，因为在这100年中，在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种，增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交，我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。

定义的多维性一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：(1)一维定义或X-定义，X是指研究对象。(2)二维定义或XY-定义。Y是指研究的内容。(3)三维定义或XYZ-定义。Z是指研究方法。(4)四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。(5)多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。

化学的一维定义

21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下十个层次：(1)原子层次，(2)分子片层次，(3)结构单元层次，(4)分子层次，(5)超分子层次，(6)高分子层次，(7)生物分子和活分子层次，(8)纳米分子和纳米聚集体层次，(9)原子和分子的宏观聚集体层次，(10)复杂分子体系及其组装体的层次。

化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。

化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”：为了社会而关心环保;为了职工而关心安全、健康和福利;为了顾客而关心质量、声誉和商标;为了发展而关心创新;为了股东而关心效益。

化学的多维定义———21世纪化学研究的五大趋势

1、更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交，中国和世界各国政府都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合：1数理科学，2生命科学，3材料科学，4能源科学，5地球和生态环境科学，6信息科学，7纳米科学技术，8工程技术科学，9系统科学，10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。

2、理论和实验更加密切结合

1998年，诺贝尔化学奖授予W.Kohn和J.A.Plple。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。

3、在研究方法和手段上，更加重视尺度效应

20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度，并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。

4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物(例如药物)的组合化学方法。

5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视。分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。

篇4

1.1我国有机化学所取得的良好成果

首先，经过几十年的发展，我国有机化学领域的人才不断增多，国际有机化学领域已经留有我国有机化学研究者声誉，部分学者已经成为国际著名杂志的编委和副主编，如杨丹教授已经成为有机化学快报副主编，极大的增强了我国有机化学研究者的工作信心[1]。其次，我国很多高校和科研部门已拥有世界先进实验设备，工作条件也与世界发达国家相差无几。再者，有机合成化学与金属有机化学已经走在世界有机化学研究前列，不对称合成研究也取得了喜人成绩，在国际中，我国学者充分展露头角。最后，我国以北京大学为首的诸多高校开始重视有机化学的研究，并在化学期刊上发表了大量具有代表性的论文，其质量也在逐年上升。如北京大学仅在2010年就发表了55篇与有机化学相关的论文。

1.2其中存在的问题

在取得成绩的同时，也存在一定问题，这也是相关研究者需要重视的方面。首先，带有鲜明新颖的系统研究偏少，很多研究涉面较窄，通常以跟踪热点为主，通俗的说就是跟风现象严重，研究缺乏创新性，论文内容万变不离其中。以有机合成化学研究为例，很多论文研究的都是合成方法，并不重视是否真的具有实用性。其次，很少有针对国家建设与社会发展的研究，对于有机化学长远发展的研究更是寥寥无几。再者，有机化学的研究队伍还不够壮大，各项研究都存在研究队伍缩小的情况。最后，在研究上并不注重与其他学科的联系，只是一味在自己领域进行研究，与发达国家相比，我国关于有机化学的研究还是很少，发表的论文质量也不如发达国家，同时，相应的评价机制还有待于提高。

2我国有机化学发展趋势的展望

2.1发展趋势

现阶段，有机化学的发展异常迅猛，研究内容也在不断变化，随着时代的发展，绿色化学被提到日常研究中，受到全世界人民的关注，对其研究也就成为了有机化学的重点研究内容，同时，学科与学科之间的渗透逐渐增多，更是推动了有机化学进一步向前发展[2]。在未来有机化学研究将重视以下内容：首先，重点研究小分子活化与惰性化学键活化，绿色化学对原子提出了新型要求，尤其是不对称催化的研究更是关键，对其研究以便降低污染。其次，注重对化学生物的研究，这项研究主要是将有机化学与生命科学联系在一起，着重两者之间存在的相互作用，并研究有机超分子的设计与合成。最后，研究具备独特生理活性的各种有机分子，同时研究一切与能源开发与利用有关的各种有机化学，以及关注化学信息学的研究，进而充分发挥有机化学的作用。

2.2发展方法

首先，应遵从国家相关部门的领导，注意学科与学科之间的融合，实现优势互补。有机化学是我国重要研究内容，作为有机化学研究者应具有良好的主动性，积极融入到各领域中，尤其是能源领域与环境保护领域，通过研究真正实现绿色化学目标，不断扩宽有机化学研究领域，壮大有机化学研究队伍，有机化学并不是完全独立的学科，它需要与其他学科融合才能不断发展，只有这样才能创新有机化学研究。其次，由于有机化学的分支学科存在明显的缩水情况，作为国家基金委应看到这一点，应加大对有机化各学科的资金投入，为其提供必要的资金支持。对于有机分析等热门学科的研究应突破传统，避免研究流于形式化，创新研究内容。同时，为其创设良好的评价机制，根据研究方向与内容的不同，设定不同的资助方式。最后，要突破研究传统，进入新型研究领域最重要的就是具有创新思维与能力，根据国家现阶段所重视的内容展开课题研究，对于挑战性较大的研究要做好长期准备。在拟定研究课题时，应将推动国家经济建设、促进社会发展融入其中，尤其是重点研究怎样减少化学污染，真正发挥有机化学的作用。国家基金委应为有机化学研究创设良好的建设研究环境，提供先进的研究设备。整顿剽窃他人论文观点等不正之风，使研究人员树立良好的创新意识。

篇5

关键词：杯芳烃 呋喃甲基杯[4]间苯二酚芳烃 合成

杯芳烃是一类具有独特空穴结构的大环化合物，是继冠醚和环糊精之后的第三代超分子主体化合物。以其易修饰、空腔大小可调、对离子或分子客体均能识别等特性，日益受到人们的重视。功能化杯芳烃在生命科学、分离技术等领域有广阔的应用前景。近年来，国内外化学界对此研究异常活跃。

一、题目研究的目的

杯芳烃自从被发现，在长时间的研究与探索后，实现了工业上的实际应用，具体有如下情况：

1.金属离子的回收

最早的应用是Izatt等利用杯芳烃的液膜传输性能从核废料中回收金属铯[1,2]。回收装置包括三个液相：第一个液相为含大量均裂变的降解产物的强碱性水溶液，用作源相，其中有铯；第二相为一定比例的二氯甲烷和四氯化碳组成有机液膜相，1mM的杯[8]芳烃溶于其中；第三相为二次蒸馏水，用作吸收相。Cs+通过第二相从第一相进入第三相，达到回收的目的[3]。

2.相转移催化

和冠醚、环糊精一样，许多杯芳烃及其衍生物具有萃取和转移金属离子的能力，因此，其在相转移催化研究方面有潜在的应用价值。早在1977年，BurkiS等就发现，下缘连有乙氧基链的对叔丁基杯芳烃在非极性介质中具有相转移催化能力，可以解决油一水乳化问题。与常用的相转移催化剂比较，杯芳烃催化剂的用量更小，反应时间更短，活性更高，像苄溴和苯酚在碱的作用下生成苯甲基苯醚的反应[4]。

3.模拟酶

杯芳烃及其衍生物还可以作为人工酶模型模拟生物酶的催化功能。Ungaro等将冠醚杯芳烃成功的用作水解酶模型。他们发现，冠醚杯芳烃对乙酸酷的甲醇解在没有金属离子存在时反应极慢，但在加入少量的Ba2+后可以使反应加速一百万倍以上，效率己与转酰化酶相当[5]。

我国的陈淑华研究组设计并合成了一系列杯[n]芳烃――单、双卟啉多部位识别受体(n=4,6)。它们对金属离子有优良的识别配位能力[6]。

4.有机材料稳定剂

由于杯芳烃的热稳定性及非挥发性使它的衍生物可用于塑料，橡胶等的抗氧化剂以及光稳定剂。例如杯芳烃的亚磷酸酷已用作聚合物的热稳定剂，对叔丁基杯[4]芳烃也可用作聚烯烃的光稳定剂和热稳定剂[7]。

5.污染控制

未修饰的杯芳烃可用来除去一些有机化学物，特别是极性碳氢化合物如卤化烃。

从1908年以来，普遍采用氯气处理来改善饮用水及工业用水的微生物质量。然而在1974年，人们发现这种水处理法带来了氯与腐殖和灰黄霉酸的副反应。结果产生了三卤甲烷，如有溴离子存在，还可形成二氯溴甲烷，氯二溴甲烷及溴仿。它们具有致癌作用，并经常致人染毒。

Wainwright等发现对叔丁基杯[4]芳烃对三餐甲烷有显著的螯合作用，并且反应很快。产生的包结化合物有相对高的稳定性。为了获得在固相条件下更好的反应活性，必须把杯芳烃很好地运载在固体载体上。

二、实验部分

1.实验原理

间苯二酚杯环状缩合物，是由四个苯环通过一个碳桥彼此相连而成的杯环状结构，分子中存在八个游离的羟基。Resorcinarenes 的合成无需放样或高稀释技术, 常采用间苯二酚与醛在无机酸如盐酸或 Lewis 酸催化下一步法直接合成,且能得到较好的收率。

一步法催化反应机理都是以酸作媒介采用端基亲电取代法的缩合反应,本文中采用的是较为简易的一步法，合成路线如下（图2-1）：

图2-1一步法合成路线

2.实验仪器及实验药品

2.1实验仪器

2.2实验药品

3.实验方法

根据相关文献，可以得知当反应物物料比，溶液比例，反应条件与时间改变都可能导致产率的不同。而本文的重点就在于根据文献设计实验方案，再根据实验结果对条件的改进，通过实验对比进行研究，诸如反应物的比例，溶剂比例，反应条件的改变，分析结果，得到最好的实验方案。

而之前查过的文献中，在催化剂方面，据邓旭忠与杨世柱做过的论文资料，他们采用的是浓盐酸，收率高。而用其它酸作催化剂时，收率较低甚至影响产品的质量。因为相关内容已有人研究，而实验室中浓盐酸最为普遍与常用，故在本文不对催化剂的影响作讨论研究，本文中的催化剂都为浓盐酸。

3.1物料比对比实验

将11.01 g间苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分别按1.3、1.2、1.1、1.0的比例称量出来。先将间苯二酚加入到150mL锥形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、盐酸10：9：1配方要求,总体积为100mL），磁力搅拌溶解。在冷水浴冷却下滴加呋喃甲醛，慢慢升温至所需温度（70℃），反应一定时间后（约4小时）冷却抽滤，水洗。将滤饼经稀醇洗涤，充分搅拌过滤（重复两次），80℃干燥得黑色粉末晶体。

3.2反应溶剂比对比实验

反应溶剂比对比实验时进行五组实验对比。将11.01 g间苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例称量出来，乙醇、水、盐酸按15：0：5、16：0：4、16：2：2、7：10：3和10：9：1的比例加入，总体积为100mL，磁力搅拌溶解。在冷水浴冷却下滴加呋喃甲醛，慢慢升温至温度（70℃），反应一定时间后（约4小时）冷却抽滤，水洗。将滤饼经稀醇洗涤，充分搅拌过滤（重复两次），80℃干燥得黑色粉末晶体，计算产率。

3.3反应温度对比实验

反应温度对比实验时进行四组实验对比。将11.01 g间苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例称量出来，先将间苯二酚加入到150mL锥形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、盐酸10：9：1配方要求,总体积为100mL），磁力搅拌溶解。在冷水浴冷却下滴加呋喃甲醛，四组实验在升温时改变温度，分别设定为60℃、65℃、70℃和75℃，反应一定时间后（约4小时）冷却抽滤，水洗。将滤饼经稀醇洗涤，充分搅拌过滤（重复两次），80℃干燥得黑色粉末晶体，计算产率。

3.4反应时间对比实验

反应时间对比实验需四组实验。将11.01 g间苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛按1：1的比例称量出来，先将间苯二酚加入到150mL锥形瓶中，加入乙醇、水（按乙醇、水、盐酸10：9：1配方要求,总体积为100mL），磁力搅拌溶解。在冷水浴冷却下滴加呋喃甲醛，四组实验的反应时间分别为2小时、3小时、4小时、5小时，反应后冷却抽滤，水洗。将滤饼经稀醇洗涤，充分搅拌过滤（重复两次），80℃干燥得黑色粉末晶体，计算产率。

3.5滴加速度对比实验

将11.01 g间苯二酚（0.1mol）和呋喃甲醛分别按1：1的比例称量出来，准备三组实验。实验步骤如上，只是在冷水浴冷却下滴加呋喃甲醛时分别以3秒／滴、2秒／滴和0.5秒／滴，观察现象。第一组和第二组实验都可以得到产品，且产率相差不大，只是第三组实验在反应过程中反应物颜色会急剧变黑，并最终产生高聚物，使反应失败。

三、结果与讨论

本文对反应时间及其它反应条件进行了讨论,根据实验部分得到的结果进行讨论总结，主要讨论了物料比、反应溶剂比、反应温度、反应时间、滴加速度对合成杯芳烃母体收率的影响。

1.物料比

应条件：催化剂为浓HCl，反应时间4h，温度70℃。

由上表可以看出，当酚醛的物料比为1：1时，收率最佳,达到了53.6%；当物料比超过1：1时，产率会逐渐降低，甚至形成高聚物，与相关的文献资料报导一致。（见表1）

2.反应溶剂比

经过多次实验结果发现，反应溶剂配比对缩合反应影响甚大，在无水乙醇中加浓盐酸作为反应液易聚合成高聚物，而且酸浓度越高越容易聚合。酸浓度太低或乙醇含量过小则产率会减小，当乙醇、水和浓盐酸的比例为10：9：1时的产率最高，达到了53.6%。

3.反应温度

经过合成实验，发现以70℃时析出的产品产率最高，见表2。

反应条件：催化剂为浓HCl，反应时间4h。

上述实验结果表明：实验从60℃开始进行反应，直至75℃，随着反应时间的延长，产率会有所增加，在70℃时产率最好，为53.6%。此后产率不再随温度增加，反而有所减少。

4.反应时间

从表中可以看出，反应的时间从2小时到4小时，得到的产率是各不相同的。刚开始随着反应时间的增长，反应收率会有收增大，但在反应4h后，收率趋向于稳定。

5.滴加速度

查了相关文献，滴加速度控制在2秒/滴为好，均匀滴入半小时，实验中没有出现异常情况。

四、总 结

本文主要应用了间苯二酚与呋喃甲醛采用一步合成法，合成杯[4]芳烃化合物，分析结果如下：

虽然合成实验较为简单，不过实验中物料比、反应溶剂比、反应温度、反应时间、滴加速度对实验结果的影响甚大，因此要对实验进行较为仔细的对比，才可得出最佳的实验方案。

1.物料比对产物收率影响很大，当物料比为1：1时，反应的产率最高。

2.反应温度要控制好，如果温度过高，容易形成高聚物而使实验失败，如果温度过低，则会影响产率和延长反应时间，实验最好的条件为70℃。

3.反应时间要重复实验，得出最好的反应时间，最佳的反应时间为4h，少于4h或超过4h都会影响反应的进度或结果。

4.溶剂的配比也是一个问题，参考以前的文献与资料，溶剂的配比不一，没有一个统一的数字，因此，在这个实验中，要进行反复的实验与操作，最后得到的结果是按乙醇、水、盐酸10：9：1配方要求，得到的结果最好。

5.滴加速度对实验的影响不是很大，不过还是要注意，如果搅拌不均匀而滴加的速度过快，则会影响反应，形成高聚物，控制在2秒／滴。

参考文献：

[1]邓旭忠,杨世荣.Resorcinarenes 的合成及其化学边缘修饰(Ⅱ)[J].合成化学,2000,8(5):457-459;465.

[2]邓旭忠,杨世荣.Resorcinarenes 的合成及其化学边缘修饰(Ⅰ)[J].合成化学，2000,8(5):457-465.

[3]张利,傅成武.杯芳烃超分子化学的研究进展[J].大同职业技术学院学报,2000,14(2):81-83;86.

[4]张来新等.杯芳烃的产生发展及应用[J].宝鸡文理学院学报（自然科学版），1998，18(3):32-36.

[5]何花.杯芳烃―第三代超分子[J].西昌师范高等专科学校学报,2009(3):57-61.

篇6

中图分类号：TQ137.1+2 文献标志码：A

文章编号：0367-6358（2015）03-0184-03

MnO2纳米晶是重要的Ⅱ～Ⅵ族宽禁带直接带隙的半导体材料，在催化、吸附、超级电容器、纳米反应器、燃料电池、传感器和生物技术等领域都展现出了巨大的潜力，受到国内外许多研究者的广泛关注。近年来，形貌及尺寸规整可控的MnO2纳米晶的合成是目前十分引人注目的研究领域，制备合成中的形貌调控及其功能化是这些纳米材料能够得到应用的关键问题。目前已能采用多种方法，通过调控合成条件，制备出不同形貌维数的MnO2纳米微粒。本文归纳为四个主要大类：零维MnO2纳米晶；一维MnO2纳米晶；二维MnO2纳米晶；三维MnO2纳米晶。并提出了MnO2纳米晶形貌维数控制的发展方向。

1 MnO2纳米晶的不同形貌

1.1 零维MnO2纳米晶

MnO2纳米晶在空间三维尺度均受约束，如颗粒、团簇（指由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体）、立方体、多面体等。

张学萍等利用超分子蛋白纳米空腔结构作为反应模板矿化组装纳米材料，马脾脱铁蛋白作为限制性反应器控制金属离子水解、氧化还原等反应，碱性条件下原位合成出直径3～8nm左右，均一的球形颗粒状MnO2纳米晶，而超分子蛋白是合成纳米无机材料限制性反应的一种理想生物模板。

中国科学院电工研究所将过硫酸钾，硫酸锰，硝酸铝加入到水热反应釜中，加人去离子水充分搅拌后，在110～140℃水热反应1～12h后自然冷却至室温，得到的产物是α-MnO2星型纳米团簇，硝酸铝的加入是改变MnO2纳米形貌的主要影响因素。

选用Mn（CH3COO）2・4H2O为前驱体，以十八烯为溶剂，在表面活性剂油酸和油胺存在时，在高温条件下通过“一锅法”制得50～100nm左右类四角星形状的MnO纳米粒子，利用高锰酸钾可将此纳米粒子表面氧化为MnO2，并保持类四角星形状，反应过程中表面活性剂的种类及浓度对产物的形貌和粒径分布有重要的影响。

1.2 一维MnO2纳米晶

MnO2纳米晶在空间有两维处于纳米尺度并受到约束，例如线、带、棒、管等。

王译莹以高锰酸钾为锰源，在离子液体1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐水溶液中通过微波加热法制备了平均直径为15nm、平均长度为2μm的α-MnO2纳米线，发现反应时间和离子液体对产物的形貌和尺寸起着关键作用。

文献在150℃水热条件下，以CTAB作为模板导向剂，用HMnO4氧化Mn（CH3COO）2，制备出厚度约几个纳米，长约1μm左右的β-MnO2纳米带，模板剂CTAB是纳米带形成的决定因素。

以锯屑为模板，结合溶胶一凝胶法成功地合成出形态规整、平均直径约8nm、平均长度120nm左右的β-MnO2纳米棒，天然多孔材料一锯屑为MnO2纳米棒的成型提供了骨架。

文献分别以反应温度100℃和150℃，用水热法合成出两种不同纳米结构γ-MnOOH为前驱物，采用单模式微波加热法在170℃下、反应20min分别制备了直径在5～20nm之间，长度约几微米的α-MnO2纳米纤维及直径在100～250nm之间、长度达数十微米β-MnO2纳米棒，且γ-MnOOH纳米棒前驱物起着模板作用。

采用化学沉积和500℃热处理的方法在多孔氧化铝（AAO）模板中成功地合成了超级电容器电极材料γ-MnO2纳米管，管直径约200nm，壁厚约40nm，孔径约120nm，可以通过调节AAO模板孔径大小来实现γ-MnO2纳米管的可控生长。

1.3 二维MnO2纳米晶

MnO2纳米晶在三维空间中有一维在纳米尺度，超薄膜状、盘状、片状，这些纳米结构与体材料相区别，统称为低维纳米结构。

危光明的硕士学位论文以金属钛片为金属基底，以酸性高锰酸钾为前驱体，采用水热法在金属Ti片表面制备出生长很均匀的MnO2纳米片阵列材料，其片厚度10～20nm左右，纳米片之间还有大量的空间。

目前，某团队以硫酸锰和高锰酸钾/聚乙烯吡咯烷酮为基本水热研究体系，在水热温度150℃，水热时间14h，控制pH为14时，得到层状结构的δ-MnO2纳米片，pH的变化是形貌主要影响因素，会改变了溶液中钾离子和水分子的结合状态，从而引起结构之间的转变。

1.4 三维MnO2纳米晶

MnO2纳米晶由多个次级几何单体结构通过设计、组装构筑成更为复杂的建筑体，如四角体、花状、核壳结构等。

通过在微酸性环境中高锰酸钾自身分解反应，采用低温水热反应成功制得花状层状氧化锰，温度对花状形貌的影响较大，120℃为较均匀的花球形貌，140℃花球形貌聚集为花簇状结构，当温度升到160℃时，层状结构发生坍塌，形成隐钾锰矿型的纳米线结构形貌。

刘延雨等采用操作简单、经济可行的界面合成法在H2O/CH2Cl2界面上成功制得平均孔径为5.9nm、比表面积为322.5m2/g，孔容为0.451cm3/g，由中空的亚微米级的MnO2刺球堆积排列而成介孔MnO2材料。

文献采用水热法，调节原料高锰酸钾和硫酸锰的物质的量配比为6：1时，制备出由纳米片构成，形似海胆，直径约为0.5～1μm的球形δ-MnO2，K+可被认为是形成MnO2隧道结构和层状结构的模板。

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【中图分类号】O6【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2011）03-0059-2

光致变色的材料早在1867年就有所报道，但直至1956年Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录存储的可能性之后，才引起了广泛的注意。有机光致变色材料是近年来国际上刚刚出现的一类新型有机光电子功能材料，首先，它可以广泛地用于日常生活，如防晒霜、装饰材料、新奇印刷、防伪和鉴伪等；其次，它更可以用于光信息存储、光转换器和光开关等前沿领域，且有着非常好的应用前景。尤其是它作为信息存储材料的应用，更是引起人们的重视。21世纪随着信息的急剧致变色材膨胀，对于如何更有效地存储这些信息提出了更高的要求，在这种情况下，高性能的有机光料引起了科研工作者对光存储材料的高度重视，它正是能够满足这种要求的极具潜力的存储材料之一。

目前研讨光致变色资料最多的国家是日本、美国、法国等，随着光致变色材料日趋重要以及诱人的应用前景，国际上一些著名的大学、研究单位和公司，逐步把眼光转向有机光致变色材料的开发和应用，与其相关的论文和专利也不断增多。世界上只有日本和美国有少量光致变色资料民用品出售。但美、日等发达国度把光致变色资料用于民用行业也还处于起步阶段，并没有大范围出产上市，因此研究光致变色新材料，使其更加适用于民用品市场，仍有很大的发展空间。我国在有机光致变色材料的研究上，也取得了可惜成绩。中国科学院感光化学研究所的樊美公等人对光致变色材料进行了大量的研究，申请了多项光致变色材料方面的专利，并发表了大量的研究论文。南开大学孟继本等科研人员已合成了100多种的有机光致变色材料，并致力于将其合成的材料应用于光致变色涂料、光致变色安全玻璃膜，光致变色纺织品等民用品上。江西科技师范学院蒲守智课题组也对此多了大量的研究工作，合成了多种光致变色化合物。

一、光致变色现象

光致变色是指一种化学物质的分子在适当波长的光照射下，可逆地在两个具有不同光谱性质的异构体之间相互转化：

Aλ1?葑λ2B

A和B分别代表体系中两个异构体，λ1和λ2是发异构所需的光的波长。光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。目前，对光致变色的研究大都集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮类以及相关的杂环化合物上，同时也在继续探索和发现新的光致变色体系。

从上世纪80年代以来，Irie和Lehn研发出了具有良好光致变色性质的二芳基乙烯类分子，此分子以其优异的热稳定性、良好的耐疲劳性、响应时间短以及开/关环异构体之间吸收光谱差异显著等优点迅速成为光存储材料研究的新热点，从而引起了研究二芳基乙烯分子的热潮。二芳基乙烯分子在光致异构化过程中，分子吸收光谱发生变化，同时还常伴随诸如介电常数、氧化/还原电位、几何构形等其它物理化学性质的变化。这些性能优异的二芳基乙烯分子在光存储，分子开关，多色彩显示器，非线性光学等领域，具有重要的科学价值和广阔的应用前景。

二、二芳烯衍生物的研究

到目前为止，在各类已报道的二芳基乙烯中，按其所连的桥头单元不同主要分为以下四类：含全氟环戊烯结构单元的二芳基乙烯；含马来酸酐或马来酰亚胺结构单元的二芳基乙烯、含环戊烯结构单元二芳基乙烯和含2,5-二氢噻吩或吡咯等五元杂环结构单元的二芳基乙烯。一些具有代表性的杂环类二芳基乙烯化合物的结构式如图2所示:

顺丁烯二酐衍生物全氟环戊烯衍生物

杂噻唑烯衍生物 杂噻吩烯衍生物

图几种二芳基乙烯衍生物的结构示意图

每类二芳基乙烯都有各自的优点和缺点，但从材料性能上比较而言，含全氟环戊烯的二芳基乙烯分子具有比其它几类二芳基乙烯更为优异的性质如光热稳定性，耐疲劳性等，因而对这类二芳基乙烯的研究倍受关注。近年来陆续有许多新型二芳基乙烯分子被报道，这些化合物主要为全氟环戊烯1,2-位对称取代的含杂环的二芳基乙烯，而1,2-位由不同结构单元取代的不对称的二芳基乙烯报道较少。与对称性体系相比，不对称二芳基乙烯体系更容易通过对其分子结构的微调实现光致变色性能的改进。在设计合成不对称的二芳基乙烯分子时，给分子修饰上共轭程度不同的取代基团，或是引入不同的手性基团或是特定的取代基团，以改进它们的光电性质，从而可以满足不同的需求，使其在高密度存储，多色彩显示器；非线性光学，无损读出等领域更具有应用潜力。同时，非对称体系与对称体系相比，往往更具有热稳定性，因而在设计合成具有优越热稳定性的二芳基乙烯光致变色化合物时，引入两侧含有不同杂环的全氟类二芳基乙烯杂环体系已经成为一个重要的指导原则。基于不对称体系的这些优越性，设计和合成不对称体系已经成为这几年来的研究热点之一。

在近年来的大量文献报道中，大多数的二芳基乙烯化合物所连的杂环都为噻吩环或是苯并噻吩环，其原因除了此类化合物的合成方法较为简单易行以外，更重要的是噻吩环和苯并噻吩环已经被证实对于二芳基乙烯分子的稳定性和抗疲劳性具有杰出的贡献，而这正是二芳基乙烯分子作为光存储材料所需要具备的最重要的性质。同时，二芳烯分子作为最具有应用潜力的光存储介质材料之一，其闭环态的吸收光谱、摩尔消光系数和闭环和开环量子产率是非常重要的，而影响其吸收光谱特性的因素主要是与全氟环戊烯相连的芳香基的取代位置和与芳香基相连的侧基的种类有关。迄今为止，关于杂环上取代基对于二芳基乙烯分子光电性质的影响已有了许多相关报道，如Morimitsu 等人在噻吩2-和2?-位引入体积较大的烷氧基取代基，这种基团将强烈抑制开环量子产率，但同时也可降低闭环态在高温下的热稳定性，Irie等和Pu等分别合成了噻吩末端连有苯环的二噻吩乙烯分子，并研究了苯环上同一位置不同基团对二芳基乙烯分子的性质影响以及同一基团在不同位置的影响。近几年来，日本科学家Yamaguchi和Irie连续考察了烷基链对不同杂环体系的影响，包括对称的苯并噻吩体系，苯并呋喃体系，以及不对称的苯并噻吩和苯并呋喃体系，他们发现当在杂环2位上引入烷基链时，随着烷基链的不断增长，往往会对二芳基乙烯分子的量子产率，摩尔消光系数，吸收光谱等产生系列的影响，比如对于对称的苯并噻吩体系来说，当在苯并噻吩环2-位上引入烷基链时，烷基链的增长可以增加分子的反平行结构，从而增大环化量子产率，而不影响开环量子产率，烷基链。

三、二芳基乙烯化合物的应用

（一）高密度可擦写光子型存储材料

随着科学技术的日益发展及对计算机应用要求的提高，人们对信息数据传递与存储的要求也越来越高。开发高存储密度、高响应速度、可擦写的全光分子开关材料，已经成为当今世界范围的研究热点。光致变色材料二芳基乙烯化合物属于光子型信息记录材料，它在特定波长下发生可逆的光异构化反应，可以利用光异构化反应引起吸收波长的变化来进行光信息的记录。光致变色材料用于光盘存储时通常将呈色体（闭环态）作为未写入态，无色体（开环态）为写入态。因此，光致变色材料在高密度可擦写光子型存储材料中具有广泛应用的可能性。

（二）分子光开关

光致变色本身就是一个开、关的过程，当其接枝上具有特殊功能团的分子，它就兼具了以上各方面的优良性能。例如：光环化后，光致变色化合物在近红外区域的折射率发生变化。这对于光波导元件是非常有用的，可以制备基于折射率变化的光开关。分子内磁相互作用进行光调控可应用于光化学开关-磁性开关。还有文献报道了诸如纳米开关酸碱开关、超分子开关、荧光分子开关、光电开关。

（三）电化学开关

光照下能发生可逆的电化学性质的变化，是光电化学开关的应用基础。处于开环态时，二芳烯化合物上两个关键基团之间处于隔离状态，而在闭环态，两个基团处于连通状态。开环体检测不到电化学过程，而在闭环态可以观测到可逆的氧化还原电位。据此可以设计光控的电化学开关。

（四）手性开关

荷兰的Feringa报道了二芳基乙烯分子的自组凝胶体系：在该体系中二芳基乙烯分子在凝胶中形成聚集体，该聚集体由于空间螺旋结构可以形成两种聚集形态的开环体：P-1型和M-1型。当用紫外光照射时，P-1型的分子发生闭环反应生成(R,R)-2的手性分子，M-1型的分子发生闭环反应生的却是(S,S)-2的手性分子。根据这不同，可以用于在分性开关上。

四、总结与展望

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菠菜主要捕光复合物的晶体结构

2004年3月18日，世界著名杂志《自然》以主题论文的方式发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶体结构”的研究成果，其晶体的结构彩图被选作该期杂志的封面照片。

光合作用机理一直是国际上长盛不衰的研究热点，LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物。这一复合物是由蛋白质分子、叶绿素分子、类胡萝卜素分子和脂质分子所组成的一个复杂分子体系，它们被镶嵌在生物膜中，具有很强的疏水，难以分离和结晶。测定这样的膜蛋白复合体的晶体结构，是国际公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平的重要标志。

中国科学院生物物理研究所常文瑞研究员主持的研究小组经过6年的艰苦努力终于完成了这一重要复合体三维结构的测定工作。中国科学院植物研究所匡廷云院士主持的研究小组，经过多年的艰苦努力，分离、纯化了这一重要的光合膜蛋白(LHC-II)，为晶体和空间结构的解析打下了物质基础，这是生物化学、结晶学及结构生物学的有机结合所取得的重大成果，使我国在高等植物LHC-II三维结构测定方面成功地超越了德国和日本等发达国家的多家实验室，率先完成了这一具有高度挑战性的国际前沿课题。

这一成就已经引起了众多国际同行的广泛关注，正如他们所评价的：“这是光合作用研究领域的一大突破，对于理解植物光合作用中所发生的捕光和能量传递过程是必不可少的，这一成果标志着光合作用研究的重大跨越”。

太阳能电池

澳大利亚研究员表示，模仿植物中的叶绿素创造的合成分子，据此也许有一天能研制出高效的太阳能电池。

由悉尼大学的马克斯・克鲁斯雷教授领导的分子电子学科研组，最近在罗马举行的国际卟啉和酞菁染料大会上提出了他们的研究成果。克鲁斯雷说：“经过数百万年的演变，自然能很有效地捕获到光并把它转化成能量。我们正在设法模仿自然的光合作用方式。”

叶子利用体内排列密集的叶绿素分子将光能转变成电能，然后再转变成化学能。促成叶绿素这一功能的必不可少的元素是色素卟啉，它位于镁离子的中心。研究员制造了一个形状像足球的合成叶绿素分子。它有一个树状大分子支架，是一个由碳、氢、氮合成的高度分岔的纳米聚合体。黏附在树状大分子上的是捕获光的色素卟啉的人工合成版本。一种被称作“巴基球”的球形碳分子坐落在卟啉之间，从收集到的太阳光子中吸收电子。

克鲁斯雷和他的科研组已经利用合成叶绿素建造一个有机太阳能电池的雏形。它以自然释放为基础，他们希望最终能制造出比现有太阳能电池更有效的电池。绿叶能有效的将30％-40％的光能转变成电能，而通常以硅元素为基础的太阳能电池只能有效地将12％的光能转变成电能。

克鲁斯雷说：“我们已经拥有了模仿光电设备或太阳能电池的主要成分。从长远来看，我们必须设法生产出一种能像薄薄的一层油漆那样，简单地涂抹在屋顶上的东西。”他表示，科研组还希望能制造出存储装置，用来代替以金属为基础的电池。

计算机模拟光合作用

美国科学家近日称，他们最近在实验室成功地用计算机模拟了植物的光合作用，并据此培育出品种更加优良的植物。这种新植物不需要额外增加养分，就可以长出更茂盛的枝叶和果实。

美国伊利诺伊大学植物生物学和作物科学教授斯蒂夫・隆表示，在农作物结出谷粒前，绝大部分被吸收的氮都变成了植物叶片中的用来促进光合作用的蛋白质。为此，研究人员们提出了一个简单的问题：“我们能不能像植物那样给不同的光合蛋白质准备一定数量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢?”

首先，研究人员建立子一个可靠的光合作用模型，以便精确模拟植物对环境变化的光合反应。为了完成这个艰巨的任务，科学家们使用了由美国国家超级电脑应用中心提供的计算资源。在确定光合作用中每种蛋白质的相对数量后，研究人员设计出了一系列连锁微分方程式，每个方程模拟了光合作用中的一个步骤。通过不断地测试和调整模型，研究小组最终成功预测了在真实叶片上进行实验的结果，其中包括叶片对环境变化的动态反应。

接下来，模型运用“进化算法”搜寻各种酶，以提高植物的产量。一旦实验证明某种酶的相对高浓度可以提高光合作用的效率，该模型就会利用此实验结果进行下阶段的测试，科学家们通过这种方法确定了许多可以大大提高植物生产力的蛋白质。这个最新发现也印证了其他一些研究人员的研究结果：在基因改造植物中，当这些蛋白质中某一种的含量增加，植物产量就会随之提高。

斯蒂夫，隆说：“水稻与小麦的高产品种的光合作用效率可以达到1％至1.5％，而甘蔗或者玉米的效率则可达到5％或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。通过改变氮的投入，我们几乎可以使光合作用效率提高两倍。然而，随之而来的一个显而易见的问题是，为何植物的生产力可以提高如此之多，为何植物还未能进化到可以自身进行如此高效的光合作用?这个问题的答案可能在于，进化的目的是生存和繁殖，而我们实验的目的是增加产量。模型中显示的变化很可能会破坏植物在野外的生存，因此这种模拟只适合在农民的农场中进行。”

“作物高产与肥水高效利用相结合理论”

我国科学家以“不投入大量水、肥、药，利用提高植物的非叶片器官的比例和功能，实现高产和超高产”的技术理论，修正了“作物高产只能通过叶片光合作用贡献率”的传统理论。

“叶片的光合作用对农作物产量的贡献率在90％以上”，是闻名于世的“第一次绿色革命”的经典技术理论成果之一。这一理论忽视“非叶光合器官的作用”，认为“作物高产的产量物质来源于叶片的光合作用”。由此，“用大肥、大水促进叶片的生长，以增加其光合生产”。事实上，由此导致的植物叶片过大，形成了遮光，反而造成作物群体的光合效率低。

我国科学家试图改变增加叶片光合作用的通常做法。中国农业大学王志敏教授等研究发现，在高温胁迫下，人们常见叶片器官衰败，而小麦等作物的穗、穗下节间和叶鞘等非叶光合绿色器官不仅具有良好的受光空间，而且具有类似于“碳4型”的高效光合机制，它不仅弥补叶片光合作用的不足，而且有耐旱、耐热、抗逆强的作用。

实践证明，非叶片器官对农作物产量的贡献率可达70％以上。在这一理论指导下，科技人员建立了冬小麦节水、省肥、高产、简化“四统一技术体系：在严重缺水的河北沧州地区大面积示范获得成功。从而结束了30多年来农作物面对高产不能突破的徘徊局面。

地球早期光合作用可能产生“水”

植物能够借助光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，这已是人所共知的科学常识。然而美国科学家的最新研究发现，30多亿年前的地球由于氧含量很少，当时光合作用释放出的“废物”可能是水。

据美国《科学》杂志网站最新报道，美国斯坦福大学地质学家唐纳德，洛等人认为，30亿年前的地球大气中存在大量氢，当时的生物很可能是依赖氢再通过光合作用将二氧化碳转化为自身必需的有机化合物，而这一过程最终产生的“废物”很可能是水而不是今天的氧气。这一结论来自一些有34亿年历史的微生物化石，化石是在南非黑硅石中发现的。对黑硅石进行的生化分析发现，黑硅石中含有大量属于碳酸铁类矿物的菱铁矿，却几乎找不到任何氧化铁的踪迹；黑硅石中的微生物曾生活在缺氧的海洋中；黑硅石中微量元素铈的含量要高于现今海洋中的铈含量，其中的铀也大都和钍结合在一起。这些都表明，30多亿年前的地球不是一个富含氧的环境。

有地质学家认为，黑硅石中的化学成分组成可能是由其他原因造成的，洛等人的观点有待推敲。但一些业内人士评论说，洛等人的研究成果令人信服，“氢依赖型光合作用”的发现使人们对生命起源的理解向前迈出了一大步。

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专业硕士与学术型硕士不同，其目的是培养具有扎实理论基础，并适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专业人才。教育部、人力资源和社会保障部于2013年11月公布了《关于深入推进专业学位研究生培养模式改革的意见》，强化了专业硕士应以实践为导向，重视理论水平与实践的综合应用［1］。江南大学轻化工程专业硕士培养侧重于染整方向，即以纺织纤维制品为原料，探讨、研究与纤维制品相关的前处理、染色、印花及功能化整理新方法与新技术，以培养染整专业知识和实践技能兼备的人才。

1培养学科交叉复合型人才的必要性

染整作为纺织产业链中的重要环节之一，对提升纺织产品质量和附加值有重要影响，但近年来在发展中也暴露出不少问题，并日益成为制约本行业发展的瓶颈［2］。这主要包括：（1）染整企业生产中水、电、汽能耗高，导致能源紧张和生产成本不断上升，企业净利润下降，影响了可持续发展；（2）染整废水排放量大（占纺织行业污水排放量的60％），且废水处理成本较高；（3）部分企业仍以粗放型和低水平方式生产，产品多为常规中低档产品，附加值不高。因此尽管国内染整行业产能水平不低，但从纤维制品前处理到染整废水处理各环节成本不断上升，导致多数染整企业利润走低。为解决上述问题，有必要将相关学科的新技术与传统染整生产技术相融合，借助于信息技术、数字技术、应用化学技术、生物技术等来改造和提升传统的染整生产，通过新技术、新工艺、新设备和新助剂的应用，促使染整行业向着高效率、低能耗、少污染的方向发展［3］。近年来江南大学发挥学科门类较齐全的优势，在轻化工程专业硕士教学中推行了基于学科交叉互融的教改研究。目前通过与机械工程、颜色技术、应用化学、生物技术等学科交叉，培育出了包括新型染整装备、纳米印染技术、纺织生物技术等多个轻化工程专业硕士的教学和研究方向。其共同点在于培养具有复合技能的应用型专业硕士人才，立足于从纺织纤维制品前处理、染色、印花及功能化整理环节，最大程度地减少生产过程中水、电、汽等资源的消耗，降低生产排放，实现纺织品的清洁化生产。

2轻化工程与生物技术交叉复合型专业硕士的培养策略

生物技术是利用生物体制，以生物工程技术加工底物为原料来提供所需的各种产品或达到某种目的的新型跨学科技术。生物技术与纺织纤维制品的染整加工具有相关性，尤其在最近30年得到了快速发展。轻化工程与生物技术交叉研究的思路是借助于生物酶进行纤维前处理、染色后处理和功能整理。与传统纺织品化学加工相比，生物技术与轻化工程相结合后能降低染整生产排放，实现温和条件下高效节能加工。江南大学在生物工程、生物技术学科方面具有教学与科研优势，其中生物工程为国家级一类特色专业、江苏省首批品牌专业。为顺应生态染整的发展要求，我校结合这一优势将轻化工程与生物技术相交叉，形成了纺织生物技术研究方向，并构建了应用型轻化工程专业硕士人才培养体系。具体包括下述四个方面。

2．1导师队伍建设

由于生物技术在染整中的应用以酶技术为主，因此对导师队伍组成也提出了较高要求。一方面要求导师熟悉纤维的原料特点，染整加工原理，工艺和设备，纤维制品质量评价；另一方面也要求导师对生物技术的相关专业知识（如生物酶种类、酶学特性、应用效果评价方法等）有相当的了解，力求同时拥有两个学科的知识结构。通过近10年的建设，我校纺织生物技术研究方向已建成了符合上述要求的导师队伍。目前纺织生物技术方向的导师队伍由10人组成，其中教授4人，副教授6人，具有轻化工程专业背景的博士4人、具有生物技术相关发酵工程专业的博士3人。在与生物技术交叉的纤维制品染整加工研究中，能从生物酶的菌种筛选、酶作用机理与酶学特性等方面，与纤维制品酶法加工很好地结合起来。在专业硕士培养过程中为提高人才培养质量和企业课题实施效果，鼓励专业硕士导师走进染整企业，与学生一起分析和解决企业遇到的现场技术难题。另一方面依托企业设立的省企业研究生工作站、博士后流动站，聘请企业内硕士生导师共同参与到课题实施中，以充实师资队伍。

2．2课程体系和平台建设

培养与生物技术交叉的轻化工程专业硕士，课程体系和研究平台建设是基础工作。为体现专业硕士课程的实用性和学科交叉性，教学改革中对原有课程组成、学时分配、课程考核方式进行了优化。除了与纺织化学相关的专业课程外，增加了纤维素与蛋白质化学、纺织生物技术基础、仪器分析等，其中纤维素与蛋白质化学区别于一般的纺织材料学，更多从分子和超分子结构层面分析其结构组成与其化学加工、生物酶处理的相关性；纺织生物技术基础是专业知识交叉的主要课程，阐述生物酶种类、酶学特性、酶对纤维的作用机制、纤维结构与酶整理效率相关性、纺织品生物酶应用等内容；仪器分析课程除介绍常见的高分子及纤维材料分析方法外，还补充介绍了与生物技术相关的测试手段如凝胶电泳、氨基酸分析等。通过上述理论课程学习，为后续纤维制品化学和生物酶加工研究奠定了理论基础。在平台建设方面，依托我校生态纺织教育部重点实验室，建立了纺织生物技术研究室，为基于生物技术交叉的轻化工程专业硕士培养提供了保证。纺织生物技术研究室不仅拥有常规的纤维材料相关实验设备与仪器，还建立了与生物技术相关的检测与评价手段，满足了常规从菌种筛选到纤维制品酶处理应用研究的大部分实验需求。以纺织生物技术研究室为基础，我校还联合葡萄牙米尼奥大学成立了生态染整国际联合实验室，通过定期召开纤维生物加工技术学术会议，拓展了轻化工程专业硕士生的研究视野。

2．3构建以染整企业需求为导向的论文选题策略

由于轻化工程专业硕士不同于学术型硕士，论文选题应强化理论与应用实践技能的结合，优先考虑源于工程实际且对节能、减排和降耗有促进和引领作用的课题。我校论文选题立足于企业需求的酶法纤维制品染整加工研究，确立了纺织生物技术研究三个子方向：生物酶前处理；生物酶染色后处理；酶促功能化改性加工。（1）生物酶前处理包括纤维制品的酶退浆、酶煮练和漂白脱氧加工等。其中酶退浆是指采用商品淀粉酶和自主菌种筛选得到的PVA降解酶，取代烧碱法或氧化法进行棉型织物退浆，通过酶制剂水解布面淀粉或PVA浆料来降低前处理废水的COD值。酶煮练应用于棉麻织物和彩棉织物，不仅可达到用碱法精炼的果胶去除效果，而且还避免了传统碱煮练易造成的纤维损伤，对彩棉织物还可减少碱法易造成的色素流失和布面色变现象。在真丝织物加工中，生物酶前处理主要是借助于蛋白酶去除桑蚕丝表面的丝胶。（2）生物酶染色后处理旨在去除深色织物表明的浮色，提高织物的湿处理牢度。与传统高温皂煮相比，采用漆酶与较少用量的净洗剂复配，不仅能有效去除织物表明未固色或结合力较弱的浮色染料，而且生物酶能有效对水洗液进行脱色，在一定程度上降低了染色水洗残液的色度值，降低了染色废水处理的负担。（3）生物酶功能化改性是借助生物酶进行纤维制品的功能化加工，以提高产品的附加值。酶法纤维制品功能化改性的内容较广泛，包括以纤维素酶改善棉麻织物外观光洁度和织物仿旧整理；以蛋白酶提高羊毛纤维制品的防毡缩性能，以谷氨酰胺转移酶催化接枝氨基整理剂进行羊毛抗菌阻燃整理加工；以酪氨酸酶进行真丝织物抗菌防皱整理等。相较纤维制品的化学法功能化加工如高温焙烘（如阻燃整理）、含氯整理剂（如羊毛防缩）、含醛树脂（如防皱整理），尽管酶法加工成本略高，但在赋予纤维功能性的同时，能减轻化学法整理易造成的纤维损伤和环境不友好性。在上述子方向论文选题和实施前，专业硕士要先制定课题初步实施方案，探究酶法纤维制品染整加工工艺的可行性并开展预研工作。在此基础上再制定详细的工作计划，并定期汇报课题进展情况。在研究中既要考虑纤维制品酶法加工的效果，同时也要兼顾在企业应用中工艺设备、生产成本和加工效率的匹配性。

2．4构建学科交叉复合型轻化专业硕士质量评价体系

传统上对硕士质量与水平高低的评价主要是参照论文，包括完成的硕士论文、发表的期刊论文（SCI、EI、CSCD）的数量与等级。而轻化工程专业硕士是要培养掌握染整专业坚实的理论基础和宽阔专业知识、拥有较强解决实际问题的能力，满足实际工作需要的应用型高层次专门人才。因此专业硕士在培养质量评价方面要与学术型硕士有所不同，不能简单照搬其评价体系［4］。参照既有部分高校实践经验［5－6］，结合本专业实际情况，我校主要从专业知识能力、实践动手能力、学术研究能力和创新应用能力四方面进行综合评价。专业知识能力是指在研究生阶段专业理论课程的学习成绩，在实验工作中表现出的对染整、生物技术知识的掌握与运用能力；实践动手能力是指在实验室或生产现场，对纤维制品酶处理加工过程合理安排和现场操作的技能，此方面企业导师的评价也是重要组成部分。学术研究能力评价侧重于两个方面：一方面评价学位论文阶段性进展和完成情况，从开题报告、中期检查结果、预答辩和答辩情况四阶段，结合平时例会课题汇报来综合评判课题工作量与论文水平；另一方面考察是否有与课题相关的学术或发明专利申请。由于多数论文课题与染整生产的相关度较高，因此专业硕士是否可公开或专利需与课题合作企业商榷确定。创新应用能力是指专业硕士在课题研究、实验实践中表现出来的个人综合拓展能力。在纤维酶处理研究和实践中，对能提出新方法、新工艺并有突出业绩表现的创新型专业硕士，纺织生物技术研究室会给予适当的激励与表彰。

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实验教学是高等教育的重要组成部分。开放式实验教学以培养大学生的创新能动性为前提，突出化学实验的研究与应用。一改过去“照方取药”的实验教学模式，大学生可以根据自己所学化学理论知识与兴趣选做专业内实验。在完成基础性实验内容后，可酌情安排开放式化学实验，其可以发挥学生的主观能动性，激发其创新意识。鼓励学生通过查阅相关知识领域文献资料，设计和制订可行方案。实验完成后自行对所得数据进行处理与分析，考查学生解决问题和数据处理的能力。

多金属氧酸盐以其丰富的结构类型和特异、优良的物理化学性质，在催化、材料科学、生物化学及医学等领域具有广泛的应用前景。本实验以多金属氧酸盐为建筑单元、利用金属离子配合物作为扩展结构的连接体，得到多金属氧酸盐配合物。该配合物耦合了多金属氧酸盐的催化性能和配合物结构的孔道结构，因此可以作为一种新型的光催化材料用于环境中污染物的降解。

本实验以硅钨酸H■SiW■O■、有机配体MOPIP、金属盐MnCl■・4H■O为反应原料，水为溶剂，在165℃的水热条件下制备得到多金属氧酸盐配合物。通过X射线-单晶衍射、红外（FT-IR）、热重（TG）等实验表征手段对配合物的组成和结构进行表征。利用紫外可见光谱（Uv-vis）对配合物光催化降解目标污染物罗丹明B和亚甲基蓝的降解效果进行表征。为环境中有机染料的降解提供绿色新的解决方法。

1.实验部分

1.1实验试剂和仪器

邻菲啉衍生物MOPIP配体按照已发表的文献合成[1]，金属盐MnCl■・4H■O，硅钨酸（H■SiW■O■），罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和氢氧化钠均在国药集团化学试剂有限公司购得，且未做纯化。布鲁克公司SMARTAPEXⅡCCDX-射线衍射仪，Perkin-Elmer240C元素分析仪，NicoletNexus470FT-IR分光光度仪，Netzsch STA449C热重分析仪，岛津UV-2450紫外可见分光光度计。

1.2配合物结构的表征

配合物单晶结构采用布鲁克公司SMART APEXⅡCCD X-射线衍射仪测定。配合物的元素（C，H，N）分析采用Perkin-Elmer 240C元素分析仪。红外光谱是采用Nicolet Nexus 470 FT-IR分光光度仪，用KBr进行压片，在400-4000cm■范围内扫描得到。热重实验采用Netzsch STA449C热重分析仪，以10℃/min为升温速度，在0℃至1200℃温度范围内进行测定。

1.3配合物结构的制备

将反应物MnCl■・4H■O（0.048g，0.25mmol），H■SiW■O■（0.35g，0.12mmol），MOPIP（0.082g，0.25mmol）和H■O（18mL）放入烧杯中，在室温下搅拌30min，并加入NaOH溶液调节pH为6，然后将混合物装入25mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在165℃下恒温晶化5天，以5℃/h的速度梯度降温至室温。产物经过去离子水多次洗涤、过滤后得到红色针状晶体，产率为59%。

1.4光催化降解罗丹明B和亚甲基蓝的实验

实验以氙灯作为紫外光光源，罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）溶液的初始浓度为2×10■mol/L。称取100配合物样品，超声分散在100mL罗丹明B（或者亚甲基蓝）溶液中。将混合溶液装入石英的反应瓶中，加入磁性转子，连接好光化学反应器。实验开始后，先在暗反应条件下搅拌30min，开灯后每隔30min抽取样品溶液，离心，取上层清液，采用UV-2450紫外分光光度计对溶液中染料吸收峰的强度进行考察。

2.实验结果与讨论

通过X射线-单晶衍射、红外光谱、元素分析、热重等对配合物的结构进行表征，表明配合物的结构为双核的结构，其可以通过π-π堆积形成一维链，并进一步扩展为二维平面结构及三维超分子结构。利用紫外可见光谱对配合物的光催化降解实验进行考察，从谱图中可以观察到目标污染物罗丹明B和亚甲基蓝的吸收峰明显降低。此外用肉眼明显看到，目标污染物罗丹明B的溶液由红色变为白色，亚甲基蓝的溶液由蓝色变为无色。从上面的光催化实验结果可以得到合成的配合物对染料具有广泛性的降解效果。

学生通过本开放实验学习和操作，可以掌握无机化学实验中的基本操作，如准确称量、配制溶液、pH值测定；仪器分析化学中关于利用KBr压片法测定配合物的红外光谱、熟悉和掌握紫外可见分光光度计、元素分析仪的操作步骤和准确使用。学生除了需要正确熟练地掌握上述化学实验基本操作技能外，还应具有处理和分析数据能力，即使用计算机对上述得到的数据进行作图和分析。其中包括运用Shelxl软件对所得晶体数据进行解析，并用Diamond软件画出晶体结构图；应用Excel和Origin软件做出和处理红光光谱仪得到的红外谱图，紫外分光光度计得到的催化降解谱图，以及热重分析仪得到的热重图谱。

此外，本开放实验可以培养学生利用所学理论知识对谱图进行分析，如红外谱图中吸收峰的位置应归属于何种基团的振动，热重谱图中每个阶段的失重归因于配合物种哪种基团的分解等。