在材料基因工程的背景下, 基于数据驱动的机器学习技术作为一种强大的新型工具, 在材料热膨胀性能研究领域受到了广泛关注. 机器学习能够绕过复杂的实验过程与理论计算, 通过建立描述符与热膨胀性能间的关联, 以较低成本快捷地实现材料热膨胀性能的预测, 有效弥补了传统实验试错法和基于密度泛函理论的方法存在的时间成本高、 效率低等不足. 本文简述了机器学习的基本流程与方法, 并重点阐述其在材料热膨胀性能研究中的应用进展. 传统机器学习领域已实现从热膨胀系数单目标预测到引入特征重要性分析解析机制、 结合特征选择优化模型, 再到多性能关联多目标预测的逐步深入. 在机器学习原子间势方面, 研究了通过构建原子尺度势能函数驱动分子动力学模拟, 进而揭示热膨胀行为的微观机制. 这些应用加速了负热膨胀材料的设计筛选, 深化了机理理解. 最后, 分析了机器学习在材料热膨胀性能研究中亟待解决的问题, 并据此展望了未来的研究方向与发展趋势.

核壳结构复合催化剂具有不同功能组分非均匀分布的特征， 可通过空间分区对化学反应微环境进行精细调控， 因此在工业催化中具有广泛应用. 3D打印技术凭借结构可定制化的独特优势， 能够精准构筑具有多级孔道结构的自支撑催化剂； 其中同轴3D打印通过多通道墨水同步共挤出与可控沉积， 可一步实现多材料空间定向分布， 在核壳结构复合催化剂精确构筑与高效加工方面富有潜力. 本文综合评述了同轴3D打印核壳结构复合催化剂在设计制备及应用方面的研究进展， 系统阐述了同轴3D打印的工作原理、 同轴喷头的结构设计及3D打印墨水的配方体系； 还总结了3D打印核壳催化剂在机动车尾气净化、 液态有机污染物催化转化及挥发性有机化合物催化燃烧等领域的应用进展， 讨论了现阶段技术挑战及未来重点研究方向， 为新型核壳结构复合催化剂的工程化应用与高性能化开发提供了借鉴.

电致化学发光（ECL）生物传感因具有高灵敏度、 低背景信号和优良的可控性等特点， 在生物医学分析和临床诊断中展现出巨大的应用潜力. 然而， 传统界面材料组装时普遍存在信号分子易泄漏、 抗生物污染能力不足和痕量目标物信号放大能力有限等问题. 垂直有序介孔二氧化硅薄膜（VMSF）作为一种新型纳米结构材料， 凭借其高度有序、 垂直排列的纳米通道结构， 以及独特的尺寸筛分效应、 电荷选择性、 高比表面积和易修饰性， 为构建新一代高性能ECL生物传感提供了理想界面. 本文探讨了VMSF的结构特性、 主要制备方法及在ECL生物传感中的界面功能化组装策略， 总结了VMSF在小分子、 肿瘤标志物、 核酸、 药物及细胞检测等领域的最新应用进展. 最后， 结合当前研究面临的挑战， 展望了基于VMSF的ECL生物传感未来研究方向.

提出并验证了一种基于二次化学刻蚀宽范围调控折射率并获得超低折射率的新策略. 首先， 采用多靶磁控共溅射技术制备Ag纳米线阵列-SiO₂复合超材料薄膜， 经过一次化学刻蚀工艺去除金属相从而构建了纳米空气柱阵列-SiO₂复合超材料薄膜， 引入二次化学刻蚀实现了对纳米空气柱阵列直径的扩孔以增大孔隙率， 获得了具有超低折射率(<1.2)的超材料薄膜. 利用光谱型椭偏仪和扫描电子显微镜对薄膜的光学性能与微观结构进行了表征， 并基于各向异性有效介质理论(EMA)模型对椭偏参数Ψ和Δ进行拟合， 得出孔隙率与各向异性折射率的对应关系， 明确了一次刻蚀可实现的最低折射率水平. 探讨和总结出二次刻蚀时间与刻蚀液浓度对折射率变化的影响规律. 所提出的超低折射率调控方法具有良好的工艺可重复性， 实现了寻常折射率在1.367~1.159之间， 异常折射率在1.392~1.191宽范围内的可控制备.

MgO-CaO耐火材料因具有高的耐火度、 优异的抗渣侵蚀性、 良好的热力学稳定性及净化钢水能力, 被广泛用于连铸中间包等炉衬中, 然而该材料极易潮解水化的特性严重限制了其应用. 为提升镁钙材料的抗水化性能, 本文以大豆油为碳源, 以Co为催化剂, 采用催化化学气相沉积法一步合成了碳纳米管(CNTs)与碳酸钙(CaCO₃)共包覆的超疏水镁钙砂. 考察了反应温度、 催化剂用量及保温时间对改性镁钙砂结构与抗水化性能的影响. 结果表明, 制备CNTs-CaCO₃共包覆超疏水镁钙砂的最佳条件为700 ℃、 2.0%(与镁钙砂的质量比)Co催化剂并保温1 h. 所得改性镁钙砂的水接触角高达155 °, 在70 ℃, 85%相对湿度下水化24 h后的增重仅为0.73%(质量分数), 抗水化性能比未改性镁钙砂提升了9.47倍, 比CaCO₃包覆镁钙砂提升了2.01倍. 疏水的CNT层与CaCO₃保护壳的协同作用有效抑制了水的渗透与水化反应. 研究结果为MgO-CaO材料抗水化性能的提高提供了一种简便的方法.

金属有机框架材料（MOFs）在污染物的识别和检测中应用广泛， 尤其在重金属离子与硝基化合物的荧光识别方面显示出巨大潜力， 但其稳定性和荧光性能常因配位键特性而受限. 本文通过Stille偶联与N-溴代丁二酰亚胺（NBS）选择性溴化策略, 合成了平面共轭扩展与链长可控的新型噻吩桥联配体， 进而构建了结构稳定且荧光增强的高价噻吩基MOFs材料（TPD⁃1和TPP⁃1）； 系统研究了其在金属离子与硝基化合物荧光识别中的应用. 结果表明， 两种晶体均通过六核八连接次级单元Zr₆(μ₃⁃O)₈(COO)₈(H₂O)₈与有机配体连接形成， TPD⁃1属四方晶系I4₁/amd空间群， TPP⁃1属立方晶系Fmmm空间群. 其中， TPP⁃1的扩展共轭芳香骨架有效增强了水溶液及酸碱稳定性， 并促进了其与目标分析物的相互作用， 使其对Fe³⁺和芳香硝基化合物均表现出优异的荧光传感性能， 猝灭率超过93%， K_sv常数达到10⁴ L/mol量级.

在血清等复杂生物基质中进行检测时， 纳米探针表面易形成蛋白冠层， 可能遮蔽识别分子导致探针失效. 本文以金纳米粒子为载体， 系统比较了3种兔抗鼠IgG固定方式： 直接物理吸附、 经巯基丙酸共价偶联以及通过葡萄球菌蛋白A定向固定， 探索了不同抗体固定策略对抗体活性和抗干扰能力的影响. 综合运用纳米颗粒追踪分析、 BCA蛋白定量及斑点印迹实验， 定量评估了3种方法中单位粒子的抗体载量和抗体的可结合取向； 并进一步模拟血清环境， 分析了蛋白冠层对抗体暴露度的遮蔽效应及探针实际捕获目标抗原的能力. 实验结果表明， 直接共孵育的物理吸附法在抗体负载量、 结合取向优化方面表现最佳， 且在血清孵育后仍能保持最高的抗体可及性与抗原结合容量， 其综合性能显著优于另外2种化学修饰方法. 本研究揭示了简单直接的物理吸附法在制备用于复杂生物样本检测的纳米探针方面具有独特优势， 为优化纳米探针设计、 提高体外诊断可靠性提供了新的实验依据和实用化策略.

以三(五氟苯基)硼烷(BCF)为路易斯酸， 结合¹¹B/¹⁹F NMR光谱分析与理论计算， 研究了11种取代胺在不同比例水存在下与 BCF的配位及相互转化规律， 并探讨了这些体系与苯基硅烷反应时的活性特征. 结果表明， 胺/ BCF/H₂O体系主要以B—N配位、 羟基硼铵盐B—OH及三组分氢键络合“LB…H—(H)O…LA”3种配位形式存在. 当体系中H₂O的比例达到或超过BCF时， 配位平衡明显向三组分的含水态转移， 这一转变显著改变了反应底物的质子化及硅烷还原活性， 进而决定与PhSiH₃的活化路径. 研究结果不仅为阐明含水条件下硼烷参与反应的机理提供了实验证据， 也为在含水环境中设计与拓展受限路易斯酸-碱对(FLPs)化学催化体系提供了理论与应用指导.

酚羟基选择性磺酰化、 烷基化不仅是功能性芳烃合成需要解决的关键问题之一， 也是活性羟基保护的常用策略. 苯二酚在醇-磺酰氯-碳酸钾体系中可发生2个酚羟基的协同非对称磺酰化-烷基化一步反应， 生成磺酸烷氧基酚酯. 该反应具有合成步骤少、 较好区域选择性、 使用低毒性醇为烷基化试剂及温和高效的特点. 反应机理研究结果表明， 醇在体系中原位生成磺酸酯作为高活性烷基化试剂， 在完成反应后转化为无毒性磺酸盐， 在提高反应效率的同时可有效降低对环境与健康的不良影响.

以泽兰素为苷元设计合成了新型S-糖苷衍生物, 采用钯催化策略, 在温和反应条件下实现了22个S-糖苷化合物的高化学选择性、 高立体选择性合成. 体外α-葡萄糖苷酶抑制活性评价结果显示, 化合物5a， 5d和7表现出高抑制活性, 半数抑制浓度(IC₅₀值)分别为2.7， 5.7和12.1 μmol/L. 分子对接研究结果表明, 这些活性化合物通过与α-葡萄糖苷酶活性位点的ASP382， HIS326残基形成氢键, 及与PHE144残基发生π-π堆积作用, 稳定结合于靶酶活性口袋, 结合能达-32.409 kJ/mol. 本研究建立了温和高效的泽兰素S-糖苷合成方法, 为新型抗糖尿病药物研发提供了具有潜力的先导化合物, 也为天然产物的结构修饰提供了新思路.

通过药物再利用策略, 筛选出靶向猴痘病毒（MPXV)A42R蛋白的潜在抑制剂, 以解决当前缺乏特异性抗猴痘药物的问题. 采用分子对接、 分子动力学模拟与分子力学/泊松-玻尔兹曼表面积(MM/PBSA)结合自由能计算等方法, 从ZINC数据库9803个小分子中筛选出6个与A42R具有良好结合能力的候选化合物. 其中, 带两个负电荷的ZINC000000538152结合能力最强(-236.3 kJ/mol), 其与A42R蛋白中富含精氨酸的结构域形成多个盐桥、 氢键和π-阳离子相互作用, 显著增强了结合稳定性. 此外, ZINC000003935130虽为中性分子, 但通过强范德华作用实现了次高结合强度(-102.7 kJ/mol), 大于另外3个带一个负电荷的化合物. 结论表明, 这6个化合物都是极具潜力的、 可被再利用为A42R抑制剂的候选物, 因为它们的存在阻断了A42R与肌动蛋白或磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）的结合, 从而抑制病毒扩散.

提出一种新型复合描述符系统， 构建了一个高性能的含能材料分解温度预测模型. 首先根据基团贡献理论提出了分子结构描述符， 随后引入键解离能(BDE)作为关键补充参数， 量化化学键强度对热稳定性的影响， 最后通过RDKit软件生成了RDKit描述符， 并将这3类描述符整合构建为一个多维特征集. 将该特征集分别提交给随机森林(RF)、 支持向量机(SVM)及偏最小二乘(PLS)构建多个预测模型， 并进行了系统性比较. 其中， 使用随机森林构建的模型取得了最佳结果， 其预测性能优于文献报道结果， 表明所提出的复合描述符能够有效地捕捉影响分解温度的关键因素. 此外， 借助沙普利加法解释（SHAP）可视化技术对最优模型进行了解析， 为理解含能材料的热稳定性机理提供了有价值的数据洞察.

通过旋涂法将具有高导电性与局域表面等离激元共振(LSPR)效应的Ti₃C₂T _x 纳米片与金红石型TiO₂纳米棒阵列复合, 构建了Ti₃C₂T _x /TiO₂肖特基结光电极. 通过X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征结果证实了Ti₃C₂T _x 的制备及其在TiO₂表面的均匀负载. 光电测试结果表明, 优化Ti₃C₂T _x 旋涂体积后的复合材料(MT-200)在AM 1.5G光照条件下的光电流密度达到1.21 mA/cm², 较纯TiO₂提升了51.9%. 性能提升归因于Ti₃C₂T _x 与TiO₂界面形成的肖特基结有效促进了光生电荷的分离. 同时, Ti₃C₂T _x 本身固有的LSPR特性为复合材料引入了等离激元激发性能, 其诱导产生的光热效应进一步加速了界面反应动力学与载流子传输.

考察了不同钼源、 硫源和水热条件对二硫化钼催化剂性能的影响. 结果显示, 以四水合钼酸铵作钼源， 硫脲作硫源， 水热温度为190 ℃时其催化性能最优, CO₂转化率为13.7%, CH₃OH选择性为82.0%. 对二硫化钼催化剂进行改性发现, Zn的引入可提高CO₂加氢性能, 1%Zn/MoS₂催化剂具有最优催化性能, CO₂转化率为14.8%, CH₃OH选择性为90.5%. 该催化剂在150 h内CO₂转化率相对稳定, CH₃OH选择性随反应进行逐渐提升并趋于稳定. 催化剂表征结果表明, 水热法合成的二硫化钼催化剂平均层数为5.5层, 层数较少; 而Zn的引入既增强了催化剂活化H₂的能力, 提高了CO₂转化率, 又增加了硫空位数量, 有利于甲醇的选择性生成.

等离子体活化水(Plasma-activated water， PAW)的性能受液相中反应性物种组成及其协同作用影响显著， 而放电极性可在源头上调控能量注入方式及反应路径. 本文基于气液两相介质阻挡放电(DBD)体系， 在相同外加电压条件下比较了正、 负脉冲极性对PAW电学行为、 化学组成及灭菌性能的影响. 结果表明， 负脉冲放电的平均功率仅约为正脉冲的1/3， 但其制备的PAW在灭菌能力与能量利用效率方面均表现更优， 在14 kV条件下其单位对数减少值的能耗（EEO）值为17.2 kW·h·m^-3·order^-¹， 相比于正脉冲PAW（84.3 kW·h·m^-3·order^-¹）降低约79.1%. 通过荧光探针与定量分析发现， 两种极性条件下活性氧物种(ROS）生成量的差异较小(负脉冲仅低于正脉冲约6.7%）， 而负脉冲条件下活性氮物种(RNS)浓度提高约12%. 进一步的机理分析表明， 富集的RNS通过促进亚硝酸根(NO{}_{\mathrm{2}}^{-})与双氧水(H₂O₂)耦合反应显著增强ONOOH的生成动力学， 从而在较低能量输入下实现更强的灭菌能力和更优的能量效率. 该差异归因于负脉冲较低的能量输入降低了气液界面水汽化程度， 提升了电子与氮分子(N₂)的碰撞概率， 同时增强了负离子生成及液相溶解. 本研究为通过放电极性实现液相反应路径定向调控， 构建高能效PAW体系提供了新的物理化学依据与方法学思路.

通过控制电沉积时间(x), 在钛网表面构筑了具有树突状枝晶铂催化剂(Pt _x /Ti), 并以水为活性氢([H])源, 实现了对单烯烃大宗化学品中二烯烃杂质的高效清洁电催化选择性加氢, 探究了其在低电流密度区间的催化性能及反应机制. 结果表明, 当电流密度为-6.25 mA/cm²时, Pt_{1200 s}/Ti电极表现最优, 丁二烯转化率达73%, 目标产物法拉第效率超75%, 且连续反应8 h后性能衰减低于3%. 反应动力学解析揭示了铂枝晶表面丁二烯选择性加氢反应机理： 在低电流密度(0~6.25 mA/cm²)下, 丁二烯优先吸附并与[H]结合生成丁烯; 在中等电流密度(6.25~10 mA/cm²)下, 过量[H]推动反应向丁烯过度加氢偏移, 导致选择性下降; 在高电流密度下, 过量[H]耦合生成H₂, 显著降低法拉第效率.

以氨基酸衍生物N-乙酰-DL-色氨酸(NDLT)为添加剂, 研究了其在碱性铝空气电池(AABs)电解液中的作用机制及对电池性能的影响. 通过析氢实验、 电化学测试、 全电池性能评估及微观形貌表征, 揭示了NDLT对铝合金阳极腐蚀行为与放电性能的调控机理. 结果表明, NDLT可在铝合金表面吸附形成致密的阻水保护膜, 有效阻隔电解液中水分子与铝表面的直接接触, 从而显著抑制铝的自腐蚀和寄生析氢反应(HER), 并改善铝阳极的放电行为. 同时, NDLT的吸附有助于构建均匀稳定的铝/电解液界面, 提高铝阳极的放电电位和电化学反应动力学性能. 在4 mol/L NaOH电解液中, NDLT的最佳抑制浓度为7 mmol/L； 此时, 铝阳极利用率可达88.3%. 全电池测试结果显示, 添加7 mmol/L NDLT后, 电池能量密度由空白电解液的1550 W·h/kg显著提升至3448 W·h/kg, 容量密度由1324.9 mA·h/g提高至2632.3 mA·h/g. 为提升碱性铝空气电池的耐用性与能量输出提供了一种绿色高效的电解液调控策略, 并为氨基酸衍生物类添加剂的设计与应用奠定了理论基础.

为模拟细胞外基质的动态黏弹性， 开发具有类似生物组织力学性能的人工材料已成为组织工程和再生医学领域的重要研究方向. 本文以葡聚糖和聚乙二醇(PEG)为高分子骨架， 通过醛基与苯甲酰肼间的动态酰腙键交联， 构建了一类具有可调黏弹性的水凝胶体系. 为深入理解并调控其力学行为， 系统考察了pH值、 组分比例、 聚乙二醇分子量及固含量等关键参数对凝胶黏弹性的影响. 结果表明， 在pH=5的酸性条件下凝胶形成速度最快(成胶时间约13 min)； 氧化葡聚糖含量的增加有利于提高水凝胶的黏弹性， 表现为应力松弛加快[半松弛时间（τ_1/2， s）最低为246 s]、 蠕变变形增大； 而PEG组分含量的增加则会降低水凝胶的黏弹性； 在 相同固含量下， PEG分子量的增大也有助于增强水凝胶的黏弹性. 得益于动态酰腙键的可逆断裂与重构特性， 该水凝胶具备优异的能量耗散能力， 在循环加载中表现出稳定的力学响应； 同时， 这种动态键合机制使其能够在室温下实现高效自愈合， 损伤界面在6 h内可完全消失. 此外， 该凝胶体系还展现出良好的剪切稀化行为与可注射性， 可通过细径针头顺畅挤注， 为其在微创植入与局部递送等生物医学场景中的应用提供了重要便利.

首先通过固相合成方法制备了含有壳聚糖特异性结合结构域(ChiBD)的成纤维细胞生长因子模拟肽(CFAP1), CFAP1中的ChiBD序列能够与壳聚糖材料特异性地结合； 随后将CFAP1与甲基丙烯酰化羧甲基壳聚糖(CCSMA)按优化的比例共混, 通过光固化法制备了一种新型创面修复水凝胶——CCSMA@CFAP1水凝胶. 研究结果表明, CCSMA@CFAP1水凝胶对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的生长有明显的抑制作用, 并且具有突出的抗氧化特性. 同时, CCSMA@CFAP1水凝胶能够显著促进NIH-3T3成纤维细胞的黏附与增殖, 并上调细胞中Ⅰ型胶原蛋白(COL-1)和血管内皮生长因子(VEGF)的表达. 动物实验结果表明, CCSMA@CFAP1能够通过抑制过度炎症、 促进组织血管化和组织再生. 在修复264 h后, CCSMA@CFAP1组的伤口愈合率达到94.68%. 同时, CCSMA@CFAP1水凝胶具有良好的生物安全性. 本文研究结果可为相关材料在创面修复方面的应用提供理论和实践数据.

结合分子对接与分子动力学(MD)模拟方法, 探究了磷酸化三螺旋线性β-(1→3)-葡聚糖(TH-CP)与树突状细胞相关C型凝集素-1(Dectin-1)之间的相互作用机制. 研究结果表明, O₆及O_4,6位点的磷酸化修饰在Dectin-1表面引入了稳定的潜在结合位点, 使TH-CP能够与Dectin-1形成热力学上有利且结构稳定的复合物. 在潜在位点的3种识别方式中, 呈表位识别模式的复合物表现出显著的结合优势. 这主要源于表位识别构型下, TH-CP能够与潜在位点周围更多的氨基酸残基发生协同作用, 从而获得更强的范德华相互作用和静电相互作用. 此外, 磷酸基团中多个羟基可作为灵活的氢键供体和受体, 构建区别于经典位点的新型氢键网络, 使潜在位点介导的识别能力与未修饰β-(1→3)-葡聚糖在经典结合位点的识别能力相当.

通过建立中波紫外线(UVB)诱导的小鼠皮肤光损伤模型， 系统评估了芍药籽油乳液(PSOE)的光损伤修复作用. 采用Franz扩散池法比较了PSOE与纯芍药籽油(PSO)的皮肤渗透与滞留性能； 通过测定细胞内活性氧(ROS)水平评价了其抗氧化能力； 建立动物模型以观察皮肤愈合情况、 红斑程度及弹性变化， 并开展了组织病理学分析(HE与Masson染色)及分子检测(ELISA与免疫组化法检测TNF-α， IL-1β， IL-6和MMP-1表达). 实验结果表明， PSOE的皮肤累积渗透量比PSO提升约1.5倍， 皮肤滞留率提高约4倍； 其清除UVB诱导ROS的能力显著优于市售乳液(CE)及空白乳液基质(EB). 动物实验结果表明， PSOE处理组创面愈合率在第7 d达(92.31±3.53)%， 真皮层炎症细胞浸润减少， 表皮厚度恢复近正常水平， 胶原纤维密度增加. 分子检测结果表明， PSOE使TNF-α， IL-1β， IL-6及MMP-1的表达下调. 综上所述， PSOE可通过增强透皮递送、 抑制氧化应激、 减轻炎症反应、 促进胶原再生及调节基质代谢等多途径协同作用， 实现对UVB诱导皮肤光损伤的有效修复.

地方综合性大学在化学师范生培养中面临理论与实践脱节、 实践平台单一、 思政融入表层化及创新素养培育机制欠缺等共性挑战. 深圳大学立足综合性大学的学科交叉与科研平台优势， 构建了“思政引领为魂、 实践贯通为核、 科研融合为翼、 协同保障为基”的“四位一体”培养体系， 并通过“价值-能力-创新”三维赋能， 探索出一条特色化改革路径. 该体系以党建统领推动思政教育深度融入课程、 实践与科研， 依托“智趣科学”公益平台构建“基础-场景-综合”三阶递进实践体系， 建立科研赋能教学、 教学反哺科研的双向转化机制. 近三年实践成效显著： 学生师德考核优秀率100%， 用人单位教学满意度95%， 平均就业率94%. 未来， 本专业将持续探索“人工智能+化学教学”融合模块， 联合粤港澳大湾区高校共建实践育人联盟， 完善毕业生跟踪反馈机制， 推动培养质量与基础教育发展需求同频共振.