在二氧化碳电还原反应（ECO₂RR）中， 催化材料面临着实际应用条件复杂的挑战， 尤其是在耐毒化方面. 本文使用商业化多壁碳纳米管（MWCNT)， 通过先引入氮元素再脱除的方法， 制备了富含石墨化碳缺陷的材料， 利用透射电子显微镜（TEM）、 球差校正的环形明场扫描透射电子显微镜（AC ABF-STEM）、 X射线衍射仪（XRD）、 X射线光电子能谱仪（XPS）和拉曼光谱仪（Raman）对催化剂的形貌、 晶体结构、 元素组成和缺陷程度进行分析表征. 基于流动池测试体系的结果表明， 具有缺陷的碳纳米管的电化学CO₂还原活性远高于未经处理的原始碳纳米管， 且催化性能随缺陷程度的增大而升高. 其中缺陷程度最高的MWCNT-N-800在宽 电位范围内展现出优异的将CO₂还原为CO的活性， CO法拉第效率最高可达99%以上， 电流密度大于 200 mA/cm². 此外， 在模拟含有毒化物质的烟道气条件下， MWCNT-N-800的CO法拉第效率依然保持在96%以上， 展现出良好的耐毒化性能.

设计合成了具有光可移除保护基团（PPG)特性的芳香族吖啶衍生物； 通过核磁共振波谱、 紫外-可见光谱和荧光光谱等手段， 研究了葫芦[n]脲(CB[n]， n=7， 8， 10)主体与该客体分子的主客体识别过程及主客体作用对其水相光解反应的影响. 研究发现， CB[7]与客体分子形成了1∶1的主客体包合物， CB[8]与客体分子形成了1∶1和1∶2两种结合模式的主客体包合物， 而CB[10]与客体分子形成了1׃2的主客体包合物. 进一步的研究表明， CB[7]的存在对客体的光解反应有一定的抑制作用， 而CB[8]存在下客体的光解速率得到了明显提升. 研究结果揭示了CB[n]空腔尺寸的微小变化对客体分子光解反应的不同影响， 为进一步设计CB[n]作为纳米反应器介导PPG分子水相光解反应的超分子体系提供了新思路.

外泌体蛋白质组学分析在重大疾病生物标志物筛选、 药物靶点发现及功能机制研究中具有重要价值. 外泌体和蛋白质均被公认为是极易受处理温度变化影响的研究对象， 然而以往研究通常将基于不同富集策略得到的外泌体蛋白质组学分析结果的差异直接归因于不同富集方法的富集选择性和富集效率的不同， 关于外泌体富集处理过程中温度的变化对外泌体蛋白质组学分析结果的影响尚未充分讨论. 为探究样本处理温度对外泌体蛋白质组学分析结果的影响， 本文在4， 25， 37， 45， 60和90 ℃ 6种温度条件下分别处理外泌体样本1 h， 随后系统分析了样本外泌体的形貌特征、 颗粒粒径分布与浓度、 特征蛋白质表征含量变化以及蛋白质组学数据. 结果表明， 不同温度处理的外泌体在形貌和粒径上未表现出显著差异； 但随着温度升高， 外泌体颗粒的浓度显著下降. 当温度超过45 ℃时， 外泌体标志性蛋白TSG101的表征含量显著下降， 而外泌体特征膜蛋白CD9的表征含量则显著上升. 定量蛋白质组学分析结果进一步表明， 在4， 25和37 ℃下处理的外泌体样本的蛋白质组学数据具有较好的可比性， 而45 ℃及以上温度处理的样本则表现出48种蛋白的显著差异. 综上， 在进行外泌体蛋白质组学分析时， 应充分考虑温度变化对测量结果的潜在影响， 以确保数据的可靠性、 重现性与可比性.

采用Monte Carlo模拟方法研究了环形A₄B₆C₆三嵌段共聚物在A嵌段选择性溶剂中的自组装行为, 并与线形A₄B₆C₆和A₄C₆B₆三嵌段共聚物的自组装行为进行对比. 模拟结果表明, 通过调节C嵌段的疏水性以及B嵌段与C嵌段之间的疏水性差异, 环形A₄B₆C₆三嵌段共聚物能够自组装形成节状蠕虫、 节状片层、 单室以及多室节状囊泡等多种形貌各异的聚合物胶束. 由于环形嵌段共聚物特殊的拓扑结构, 即使B嵌段与C嵌段之间存在疏水性差异, 这些胶束的疏水核心均倾向于呈B嵌段和C嵌段交替排列的节状结构. 相对于环形体系, 线形A₄B₆C₆和A₄C₆B₆三嵌段共聚物在相同参数条件下的自组装行为较单一, 体系中大多形成了球状胶束, 而B嵌段和C嵌段在球状胶束疏水核心中的排布强烈依赖于嵌段共聚物的链结构. 上述模拟结果有利于理解链结构对嵌段共聚物胶束形貌的影响机制, 为制备具有特定疏水核心结构的聚合物胶束提供了理论依据.

采用DNA模板法合成了聚胸腺嘧啶-铜纳米簇[poly(T)-CuNCs]/适体-金纳米粒子（aptamer-AuNPs）荧光探针， 用于微囊藻毒素-LR（MC-LR）的高灵敏传感检测. 设计了3条DNA核苷酸链： MC-LR适体链（aptamer）和2条聚胸腺嘧啶单链DNA[poly(T) S1和（poly(T) S2]. 以poly(T) S1和poly(T) S2为模板， 利用抗坏血酸（AA）还原Cu²⁺， 合成了具有粉红色荧光的poly(T) S1-CuNCs和poly(T) S2-CuNCs. 两端巯基标记的aptamer通过Au—S键与AuNPs相连形成AuNPs-aptamer-AuNPs共轭物， 后者与poly(T)-CuNCs杂交形成dsDNA-CuNCs， 双链结构中CuNCs与AuNPs之间由于荧光共振能量转移（FRET）导致体系荧光猝灭. 加入目标物MC-LR后， MC-LR会与dsDNA-CuNCs中的aptamer特异性结合， 引起双链结构解体， poly(T)-CuNCs释放至溶液中， 体系荧光得以恢复. 基于此， 构建了一种“off-on”型荧光探针用于MC-LR检测， 该方法对MC-LR的线性范围为1 ng/L~500 µg/L， 检出限为0.3 ng/L(S/N=3). Poly(T)-CuNCs/aptamer-AuNPs荧光适体探针制备简单、 选择性高， 可用于实际水样中MC-LR定量分析.

反应界面微环境是影响光催化性能的重要因素. 本文通过调控光催化剂的表面浸润性来改变反应界面微环境, 构筑了高效的三相界面光催化体系, 并用于光催化氧化有机物反应中. 将二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒作为模型光催化剂, 通过在其表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)以提高疏水性. 结果表明, 疏水PDMS层使得光催化体系在反应界面处形成了气-液-固三相共存的微环境, 极大增加了界面氧气(O₂)的浓度; 同时, 疏水PDMS层大幅提高了有机分子在催化剂表面的吸附能力. 二者的协同作用促进了光催化氧化反应中超氧自由基({}_{}{}^{•}{}_{\mathrm{2}}^{-})和羟基自由基(^•OH)的生成, 进而提高了光催化氧化反应效率. 研究结果为未来设计构筑高效的催化反应体系提供了新思路.

以刚性离子液体和有机碱为单体, 通过自由基共聚法制备了一系列具有高比表面积和大孔结构的多孔聚离子液体. 采用魔角旋转固体核磁共振波谱、 傅里叶变换红外光谱、 扫描电子显微镜、 氮气吸附-脱附实验和热重分析对聚离子液体的结构、 形貌和热稳定性进行了表征. 结果表明，多孔聚离子液体的比表面积为100.9~374.7 m²/g, 孔容为0.41~0.86 cm³/g, 活性位点均匀分布在孔隙结构内. 多孔聚离子液体同时具有离子液体与有机碱活性中心, 能够协同催化CO₂辅助环氧乙烷水合反应, 在低水合比(1.5∶1)条件下, 乙二醇收率达到96.5%, 选择性为96.5%, 达到了与均相催化剂相当的催化性能; CO₂的助催化作用改变了水合反应的路径, 极大地降低了反应的水合比, 提高了乙二醇的选择性. 该聚离子液体催化剂具有良好的底物适用性及可回收性, 并且在烟气气氛下也具有良好的催化性能.

MoS₂具有较好的光催化分解水应用前景， 而利用等离激元Ag纳米粒子修饰MoS₂可有效提高其分解水制氢的效率. 本文探索了Ag纳米粒子及其热等离激元效应温升对MoS₂-H₂O界面反应的作用机制. 通过构建Ag纳米团簇和MoS₂的复合表面模型， 利用分子动力学计算了298~368 K温度范围内界面水密度、 亥姆霍兹层宽度、 表面电势和水扩散系数等界面性质， 并结合密度泛函理论计算分析了界面电子转移性质、 表面对水分子的吸附能和解吸附时间. 结果表明， 在MoS₂表面负载Ag纳米粒子后， 亥姆霍兹层宽度增加， 表面电势下降. Ag纳米粒子与水分子的相互作用提高了MoS₂表面对水分子的吸附能， 并使得水分子分层作用范围相对增加. 随着温度的升高， Ag/MoS₂表面对水分子的吸附有所减弱， 表面双电层分层作用范围增加， 水分子的扩散系数也增加. 随温度增加水分子的解吸附时间快速减少， 而Ag纳米粒子的负载使MoS₂表面对水分子的解吸附时间增加， 结合温升对表面电势的影响， 界面反应温度宜控制在328 K左右.

为了获取新型抗菌活性化合物， 运用药效团拼合原理， 将氨基噻唑、 肟和硫肽结构通过酰胺键组合， 设计合成了24个含硫肽结构的噻肟酰胺衍生物； 经核磁共振波谱(¹H NMR， ¹³C NMR)和元素分析确证了其 结构. 活性测试结果表明， 该类衍生物对革兰氏阳性菌有较显著活性， 目标化合物5u对金黄色葡萄球菌 (S. aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的最小抑菌浓度(MIC)分别为0.25和2 μg/mL， 化合物5v对 S. aureus和MRSA的MIC值分别为0.5和2 μg/mL， 其抗S. aureus活性优于对照药苯唑西林(MIC=0.5 μg/mL)或与之相当， 抗MRSA活性显著， 远优于对照药苯唑西林(MIC＞128 μg/mL)， 可作为抗菌候选化合物进行深入研究.

为深入研究(2S,3S)-2-苯基-1-[(S)-1-苯乙基]氮杂环丁烷-3-胺的开环反应机理, 根据密度泛函理论(DFT), 采用明尼苏达泛函M06-2X方法计算了其分别与苯基异硫氰酸酯和苯基异氰酸酯在室温下的反应历程, 并对比了不同溶剂对反应过程中能量变化的影响. 基于计算结果提出了如下反应机理: (2S,3S)-2-苯基-1-[(S)-1-苯乙基]氮杂环丁烷-3-胺与苯基异硫氰酸酯反应生成中间体, 中间体发生质子转移; 然后硫原子对四元环C2位进行亲核进攻得到五元环中间体; 最后异构化得到二氢噻唑. 该化合物与苯基异氰酸酯反应更倾向于生成脲类化合物. 脲发生开环反应时, 需借助质子酸或三氟甲基磺酸铜进行催化.

考察了不同含磷/氮化合物对乙酰丙酮铁(Ⅲ)/烷基铝[Fe(acac)₃/AlR₃]体系催化1,3-丁二烯和异戊二烯 聚合的影响. 研究结果表明, 采用异氰亚氨基三苯基膦(IITP)作为给电子体的铁系催化剂可在己烷溶剂中高 活性地合成间同1,2-聚丁二烯(PBd)和3,4-聚异戊二烯(PIp), 催化活性最高可达1.52×10⁶ g_PBd/mol_Fe和1.47×10⁶ g_PIp/mol_Fe. 所得聚丁二烯具有较低的熔点(T_m, 64.0~115.0 ℃), 1,2-单元摩尔分数最高可达80.2%; 而聚异戊二烯则呈现中等的3,4-单元摩尔分数(48.8%~52.4%), 玻璃化转变温度(T_g)在-18.5 ℃~-15.8 ℃之间. 聚合物的高温凝胶渗透色谱(HTGPC)曲线呈单峰分布, 证明催化剂为单活性中心. 此外, 通过异戊二烯的动力学实验和种子聚合实验证明该催化体系具备准活性聚合特征.

单分子烷氧基胺调控的可逆失活自由基聚合工艺简单， 制备的聚合物颜色浅、 气味小且不含金属离子杂质， 但设计合成可调控聚合甲基丙烯酸酯类单体的烷氧基胺是一项具有挑战性的工作. 本文通过席夫碱还原、 过氧单磺酸钾(Oxone)氧化和自由基偶联三步反应合成了一种新型的烷氧基胺{3-[(2-氰基丙烷-2-基)氧基](异丙基)氨基}-2，2-二甲基-3-苯基丙腈(CPDMN)， 研究了其对甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合的调控性能. 研究结果表明， 单体转化率随聚合时间的延长线性增加； 聚合物分子量随着聚合时间的延长而增大， 凝胶色谱流出曲线峰形对称， 没有明显的拖尾现象； 聚合反应具有可控/“活性”自由基聚合的特点. 聚甲基丙烯酸甲酯大分子引发剂(PMMA-ONR)对MMA、 苯乙烯(St)和甲基丙烯酸乙酯(EMA)的再引发实验进一步证明聚合物末端的烷氧基胺保留率良好. 在有氧和CPDMN存在的条件下， MMA单体转化率达91.2%， PMMA分子量分布小于1.5， 表明CPDMN可以在有氧条件下调控MMA的聚合. 该烷氧基胺拓展了氮氧自由基聚合调控单体的范围， 在功能聚合物材料的合成方面具有良好的应用前景.

高保真度和低计算成本在燃料的裂解和氧化建模中是极具挑战的任务. 本文基于极小化反应网络(MRN)方法, 构建了包含正庚烷、 正癸烷和正十二烷在内的正构烷烃的裂解动力学机理模型. 该多燃料机理包含32个物种和58个反应, 基于多尺度裂解实验数据和机理进行了验证. 在0.02~5.00 MPa压力范围和 573~1732 K温度范围内, 该机理对正构烷烃的裂解转化率和产气率随温度、 压力和时间变化的预测能力与详细机理相当. 特别是在高压条件下, 正癸烷和正十二烷的子机理在预测燃料转化率以及烯烃、 乙炔等物种浓度分布方面表现出较高的模拟精度, 适用于燃料裂解换热的工程数值模拟. 裂解机理结合氧化反应可形成燃烧机理.

制备了过渡金属(Co, Cu, Mn, Ni, Fe)的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP) 配合物, 并通过非共价相互作用制得了金属卟啉/多壁碳纳米管(MTPP/MWCNTs)电催化析氢反应(HER)复合材料. 结果表明, 当金属卟啉的负载量(质量分数)为10%时, 复合材料CoTPP/MWCNTs的电催化析氢性能最佳. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和X射线光电子能谱(XPS)结果显示, 金属卟啉与多壁碳纳米管之间存在较强的π-π相互作用. MTPP/ MWCNTs复合材料的催化活性顺序为Co＞Cu＞Mn＞Ni＞Fe. 其中, CoTPP/MWCNTs在电流密度为10 mA/cm²时的过电位为631 mV, 并且具有最小的Tafel斜率(161.3 mV/dec)和电荷转移电阻(10.3 Ω). 本文研究表明金属卟啉与多壁碳纳米管的非共价结合是构建复合材料电催化剂的一条有效途径.

构建了一种快速识别检测乳腺癌PD-L1阳性外泌体的糖基印迹电化学传感器. 以乳腺癌阳性外泌体糖蛋白PD-L1过表达的糖链Galβ1-4GlcNAcβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ1-3Gal为模板分子， 3-氨基苯硼酸为功能单体， 采用电聚合法制备了糖基印迹聚合物（GIP）； 经洗脱去除模板分子后得到了可特异性识别PD-L1阳性外泌体的印迹膜. 利用铁氰化钾作为探针测量了GIP电极的DPV电流值. 用RIPA裂解外泌体扣除游离蛋白干扰， 记录电流值变化（ΔI）. ΔI随着重吸附PD-L1阳性外泌体浓度的增大而逐渐降低， 并与浓度的对数值呈线性正相关， 检测范围为2.36×10²~1.18×10⁷ particles/mL， 检出限为93 particles/mL. 将该方法用于临床样本中乳腺癌PD-L1阳性外泌体的检测， 加标回收率为93.82%~105.32%. 通过糖基化程度差异， 该传感器可用于临床样本中乳腺癌的筛查.

以酪蛋白为载体， 将第一代 Grubbs催化剂与6-甲氧基-2-萘乙烯相结合的荧光探针（P3）包覆在蛋白疏水袋中制成水溶性荧光探针(C-E-P). 对P3的性能测试表明， 其对乙烯表现出良好的线性关系、 快速的响应时间和高选择性. 将P3包覆于酪蛋白制成的水溶性探针C-E-P能够实现对苹果、 苦水玫瑰和芦荟组织乙烯释放的荧光成像， 并可用于白熟期番茄成熟过程中组织的乙烯变化监测， 发现种子的乙烯释放峰值先于果皮出现. 本文开发的C-E-P探针能够有效捕捉植物组织中乙烯的释放信息， 为农业生产中果实成熟和植物健康监测提供了一种有效的工具.

在常用的三苯胺给体单元和二苯并[a,c]吩嗪受体单元的基础上, 利用螺芴基团的空间位阻效应, 设计并合成了TPA-DSP和SPTPA-DSP两种红光热激活延迟荧光(TADF)材料. 螺芴基团凭借自身较大的空间位阻增加了分子的刚性, 避免了发光核心基团的紧密堆积, 减少了非辐射跃迁能量损失, 有利于提升器件性能. 在掺杂到4,4′-二(9-咔唑)联苯(CBP)中作为有机发光层时, TPA-DSP和SPTPA-DSP在有机电致发光器件(OLED)中表现出优异的性能. TPA-DSP和SPTPA-DSP均发射红光, TPA-DSP在7%(质量分数)掺杂浓度下在580 nm处实现了17.8%的最大外量子效率(EQE), SPTPA-DSP在7%(质量分数)掺杂浓度下在580 nm处实现了19.3%的最大EQE. TPA-DSP和SPTPA-DSP的最大亮度分别达到了11800和12650 cd/m², 最大电流效率(CE)均达到了40.0 cd/A, 最大功率效率(PE)分别达到了44.3和47.2 lm/W. 由于具有更大的空间位阻, 多螺芴基团的SPTPA-DSP展现出更加优异的器件性能. 该研究表明, 螺芴基团通过空间位阻的多重作用能够有效提高热激活延迟荧光材料的性能, 可进一步利用与开发.

纤维基有机电化学晶体管具有柔性可穿戴、 工作电压低、 灵敏度高和生物相容性好等优点， 在可穿戴电子器件及生物传感领域应用前景广阔. 本文以棉纤维为电极原料， 利用石墨烯(Gr)以及聚(3，4-乙撑二氧噻吩)-聚对苯乙烯磺酸钠(PEDOT∶PSS)对纤维表面进行改性， 在纤维表面形成一层PEDOT∶PSS/Gr膜， 所得聚(3，4-乙撑二氧噻吩)-聚对苯乙烯磺酸钠/石墨烯/纤维（PEDOT∶PSS/Gr/fiber）的电阻低至60 Ω/cm. 将该导电纤维组装成有机电化学晶体管器件， 并在器件的栅极修饰葡萄糖氧化酶， 获得的有机电化学晶体管传感器具有稳定的输出性能和高灵敏度， 在1 pmol/L~10 μmol/L的浓度范围内对葡萄糖检测具有良好的线性响应， 且检出限低至1 pmol/L. 此外， 该传感器对葡萄糖检测具有明显特异性， 能够抵抗体液中常见干扰物尿酸、 抗坏血酸和常见金属离子（K⁺， Na⁺， Mg²⁺）的干扰. 将其用于唾液样品的检测， 回收率为87.2%~110%. 该研究为糖尿病患者的无创血糖检测提供了一定的参考和技术支持.

基于聚酰亚胺重复单元获得了分子访问系统(MACCS)指纹图谱和9种量子化学密度泛函理论(DFT)描述符， 构建了MACCS， DFT和两者集成的3类预测模型. 通过比较分析随机森林(RF)、 支持向量回归(SVR)、 极致梯度提升(XGB)和梯度提升回归(GBR)等4种机器学习算法共12个机器学习模型来预测聚酰亚胺的玻璃化转变温度， 并提取关键特征信息. 结果表明， 最优的玻璃化转变温度预测模型是XGB集成模型， 其训练集和测试集的决定系数(R²)分别为0.956和0.811， 测试集的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为25.41和20.20. 此外， 集成MACCS指纹和DFT的模型均比单一模型的效果好. 建立的集成模型框架可为聚酰亚胺材料及聚合物材料结构的设计提供参考.

金属有机框架（MOFs）材料由于具有酸性和表面结构可调控的特点被广泛应用于多相催化反应. 本文设计并合成出一种含金属Co的梭形双金属MOF材料(ZnCo-MOFs)， 其可直接用于常规水热反应促进双烯烃空气环氧化反应， 解决了双烯烃使用常规水热法反应困难的问题. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了该材料. ZnCo-MOFs能够在无还原剂和引发剂的情况下催化双烯烃空气环氧化反应， 相比单烯烃其效率明显提升. 以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为反应溶剂， 仅90 ℃水浴搅拌条件下反应5 h， 双烯烃环辛烯和苯乙烯的转化率分别达97.0%和98.8%， 环氧选择性分别为98.4%和92.7%. 该催化剂在多次循环使用后依然没有失活， 具有良好的循环稳定性.

设计并合成了一种新型氟离子敏感的羧基保护基——2-苯基-2-三乙基硅乙醇(PTESE)作为疏水性标签，结合连续流动化学技术， 在微反应器中实现了高效绿色的多肽药物合成. 该策略采用绿色溶剂乙酸乙酯替代传统固相合成中使用的环境不友好溶剂N,N-二甲基甲酰胺， 避免了潜在的生殖毒性风险. 实验中使用Cbz保护的氨基酸进行偶联反应， 并通过连续流钯碳填充柱加氢实现快速、 清洁的脱保护, 有效规避了Fmoc脱保护中对受控试剂哌啶的依赖. 基于该方法快速高效地合成了高纯度的胸腺五肽(粗品纯度>98%), 与传统固相合成方法相比, 过程质量强度(PMI)大幅度降低. 同时, 正交保护基团PTESE可通过氟离子试剂有效脱除, 为全保护肽链的合成提供一种新策略, 并在绿色可持续多肽合成领域具有巨大的应用潜力.

两亲分子自组装是创造新材料的重要方法, 此前的研究主要聚焦于室温及以上温度, 对零下低温环境中的自组装研究较少. 本文研究了非离子表面活性剂油酰二乙醇胺在丙三醇/水混合溶剂中的溶解性、 体系冰点、 组装行为及流变性能, 考察了溶剂组成、 油酰二乙醇胺含量及温度对组装行为和流变性能的影响. 研究发现, 油酰二乙醇胺可在丙三醇/水混合溶剂中组装形成层状胶束及层状液晶, 这些组装体的形成可显著提升体系的黏度和弹性性能. 混合溶剂中丙三醇含量越高, 越不利于层状液晶的形成. 油酰二乙醇胺含量越高, 越有利于层状液晶的形成. 当6.0%(质量分数)油酰二乙醇胺溶于丙三醇/水(体积比50∶50)混合溶剂中时, 体系的冰点可降低至‒33.4 ℃. 温度降低会促进组装、 增强体系黏度和弹性性能. 对于相同体系, 温度越低, 越容易形成层状液晶.

为解决传统非极化力场无法准确描述三体及更高阶多体作用的问题， 并精确模拟液态水环境下蛋白质的结构和功能， 提出了一种可以快速准确计算多肽-水体系中的多体极化作用强度的新方法. 该方法将多肽分子中的N—H和C=O极性化学键及水分子的O—H键视为键偶极， 周围环境对化学键的极化作用使得该化学键上产生了诱导键偶极， 使用键偶极之间的相互作用来描述体系中的多体极化作用. 通过拟合模型体系中三体作用能随分子间距离变化的势能曲线确定所需参数. 将该方法应用于多肽-水体系中的三体作用强度计算， 并与高精度的MP2方法和AMOEBABIO18可极化力场方法进行了系统比较. 结果表明， 本文方法计算的6个多肽水团簇(共包含92290个三体作用)的总三体作用强度与MP2方法的计算结果具有极高的线性相关性(线性相关系数为0.9965， 均方根误差为7.29 kJ/mol)， 准确度略优于AMOEBABIO18可极化力场 方法 (其与MP2方法的线性相关系数为0.9950， 均方根误差为10.74 kJ/mol). 此外， 本文方法的计算效率与 AMOEBABIO18可极化力场方法相比也有显著提高， 在涉及超过20000次三体相互作用的模拟中， 计算时间缩短了约50%. 本文提出的高效方法为大规模蛋白质-水体系的多体作用模拟提供了新思路， 在相关领域中具有重要应用潜力.

表面增强拉曼光谱(SERS)因其灵敏度高、 特异性强和可无损原位检测等优点, 已发展成为一种功能强大的分析技术, 但通常混合体系的SERS快速检测仍然存在巨大的技术挑战. 本文采用液-液两相界面自组装法制备了大面积和高均匀性的Au@SiO₂ 单层膜SERS基底, 结合薄层色谱(TLC), 构建了新型TLC-SERS联用技术, 将TLC的快速分离和SERS的高灵敏检测有机结合, 克服了混合体系检测中分离叠加光谱和出现假阴性结果的困难. 系统研究了内置Au@SiO₂单层膜SERS基底的稳定性和均匀性, 解决了以往TLC-SERS联用技术中分离斑点二次扩散和硅胶背景干扰等问题. 通过新型TLC-SERS联用技术, 实现了模型反应苯硼酸和3-溴吡啶的Suzuki偶联反应过程的监测, 以及分离鉴定无标准样品的未知烯烃加成反应产物. 结果表明, 通过SERS对TLC分离后的斑点所含物质进行结构分析, 对分离后出现斑点重叠而难以区分的样品进行成像技术分析, 获得相对应物种的信息. 该新型联用技术可为解决众多难以分离鉴定的有机化学反应混合产物的难题提供新思路.

混合基质膜(MMMs)通过将聚合物的优点与有机/无机填料相结合来提高吸附和分离性能. 共轭微孔聚合物(CMPs)具有层次化的多孔结构和丰富的杂原子吸附位点, 能够在复杂的环境中实现高效、 稳定的气体吸附和分离. 本文构建了碳纳米管(CNTs)网络支撑CMPs膜, 该膜以具有三维网络结构的CNTs为柔性基底, 以具有分级多孔结构和丰富杂原子吸附位点的CMPs为吸附活性层, 旨在解决制备过程中多孔聚合物自成膜难的问题. 所制备的CMP-CNTs膜保留了CNTs的三维网络结构和CMPs的分级多孔结构, 在高效吸附颗粒物(PM)和分离二氧化碳/氮气(CO₂/N₂)的同时显著降低了渗透阻力. 在酸碱环境中, CMP-CNTs对PM_3.0的拦截效率超 过99.9%. 孔隙性质测试结果表明, CMP-CNTs具有与气体分子动力学直径相似的尺寸特征和由氮和氧杂原子引起的极性诱导环境, 因此具有优异的CO₂/N₂分离能力. CMP-CNTs对CO₂/N₂混合组分的选择性高达119 [273 K, 1.0 bar(1 bar = 0.1 MPa)]. 本文将CMPs同轴共价接枝在CNTs表面形成核壳结构的混合基质膜, 这种将多孔聚合物和柔性基底优势互补的加工方法表现出设计灵活性和工艺普适性.

分子筛是一种具有规则孔道结构的无机微孔晶体材料, 广泛应用于工业吸附分离和催化过程. 本文从已知的260余种分子筛拓扑结构中选取了14种能够以纯硅、 硅铝和磷酸铝形式合成的拓扑结构, 通过高通量计算方法探究了有机结构导向剂(OSDA)对这些不同元素组成的分子筛骨架的结构导向作用. 研究结果表明, 不同的OSDA对元素组成结构的导向作用有显著差异, 某些OSDA倾向于导向纯硅或硅铝结构, 而另一些则更倾向于导向纯磷酸铝结构. 本文所得结果不仅有助于加深对OSDA在分子筛合成中作用机制的理解, 还可为设计和合成具有特定元素组成的分子筛提供理论依据.

采用密度泛函理论研究了B， N共掺杂富勒烯C₇₀[C₆₈B(n)N(m)， n， m=1~5， 分别代表B和N取代的C位点]的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)性能. 结果表明， C₆₈B(n)N(m)在热力学上是稳定的， 且其ΔG_*OOH和ΔG_*O与ΔG_*OH均呈良好的线性关系. 其中， C₆₈B(4)N(2)与C₆₈B(5)N(2)催化剂的ORR过电位为0.45 V， 与商业Pt催化剂相当； C₆₈B(4)N(1)的OER过电位最低（0.38 V）， 优于传统RuO₂催化剂(0.42 V)， C₆₈B(1)N(3)也表现出与RuO₂相当的OER活性. 通过精确调控B， N共掺杂位置， 可显著降低ORR与OER过电位， 提升C₇₀的催化性能. 根据活性趋势图， C₆₈B(n)N(m)的最佳ORR和OER活性分别出现在ΔG_*O-ΔG_*OH=0.92 eV和ΔG_*O-ΔG_*OH=1.42 eV处. 研究结果为设计和发现新的非金属碳基电催化剂提供了线索.

采用简单的溶剂热法合成了一系列具有N空位的g-C₃N₅/CdS/Ti₃C₂复合光催化剂. 通过缺陷工程和异质结的协同作用, 所设计的最佳比例g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂复合材料的光催化性能分别是g-C₃N _x 和CdS的2.7和2.4倍. 由于光吸收率的提高和界面电荷迁移的改善, 在可见光照射下, 10 min内g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂对流动反应器内的NO去除率达到60.21%, NO₂的生成率仅为2.08%. 通过电子顺磁共振(EPR)和捕获实验分析了活性物种并推断出光生载流子的迁移途径. 此外, 通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in-situ DRIFTS)进一步揭示了g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂体系光催化去除NO的机理. 研究结果为利用空位工程和异质结构的协同作用有效去除NO提供了新的思路和实验依据.

以三聚氰胺为前驱体， 通过热缩聚法制备了块体石墨相氮化碳g-C₃N₄（BCN）， 并利用不同浓度的H₃PO₄对BCN进行水热处理， 制备了质子化改性的g-C₃N₄（PBCN _x ）， 再经二甲基亚砜（DMSO）溶剂纯化， 得到相应的PBCN _x -D样品. 通过X射线衍射（XRD）、 傅里叶变换红外光谱（FTIR）、 透射电子显微镜（TEM）、 X射线光电子能谱（XPS）、 元素分析（EA）和N₂气吸附-脱附测试（BET）对样品进行了表征. 结果表明， PBCN _x -D不仅保留了g-C₃N₄的原始结构， 而且具有松散的薄层结构、 更大的比表面积及更多的氨基缺陷， 这些特性提高了其光催化活性. 瞬态光电流（TPC）、 电化学阻抗（EIS）、 光致发光光谱（PL）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）分析结果表明， PBCN_x-D的光生电子-空穴对复合率明显降低. BCN在质子化过程中形成了光响应较差的蜜勒胺分子， 经DMSO溶剂纯化后， PBCN _x -D的光电化学性能得到进一步提升. 在光催化产H₂O₂实验中， PBCN₁₀-D表现出最佳的光催化活性， 光照5 h， H₂O₂产率为0.502 mmol/L， 为初始BCN的7.17倍.