本期内容简介

正二芳基乙烯型光致变色染料由于拥有优异的双稳态和抗疲劳度,在光信息存储、防伪油墨、分子开关和生物成像等领域得到广泛重视和应用。我刊特别邀请朱为宏教授介绍近年来二芳基乙烯化合物在拓展性能和应用领域所取得的成果。风云四号是我国新一代静止轨道定量遥感气象卫星,其多通道扫描成像辐射计被赞誉为风云四号A星的"千里眼"。我刊特别邀请李向阳研究员介绍气象     

有机光致变色二芳基乙烯染料的发展动态

二芳基乙烯化合物以其优异的热稳定性和抗疲劳度,在光、电、热、化学和生化等技术领域引起了广泛重视和应用,而目前二芳基乙烯型光致变色染料在自身性能以及实际应用领域仍然有较大的提升空间。聚焦近年来二芳基乙烯衍生物在拓展性能和应用领域的发展成果,重点阐述了位阻型烯桥对于二芳基乙烯系列染料性能的提升及其应用领域的拓展的作用。     

纳米光生物分子材料--菌紫质及其在信息科学中的应用

菌紫质是一种特殊的光敏蛋白质分子,具有光驱动质子泵功能、光致变色效应和光电效应.近年来,随着对光循环机理和材料改性技术的深入研究和发展,菌紫质在信息科学领域的应用日渐增多.本文综述了国内外研究状况和最新发展动态.介绍了菌紫质的来源、分子结构、光驱动质子泵功能、光循环(分支光循环)过程、光致变色效应和光电效应.列举了菌紫质在三维光存储、光信息处理、视觉模拟等方面的应用实例.对这种纳米光生物分子材料的应用前景及存在的问题进行了探讨.     

辅酶类核开关的种类、结构和调控机制研究进展

核开关是一类保守的RNA元件,可以通过特异性识别小分子配体来开启或关闭下游相关基因的表达,进而调控细胞的生命活动。目前已鉴定出近60种核开关,它们分别识别不同的代谢物或小分子配体。随着这些核开关的发现,它们的序列特征、高级结构以及调控机制逐渐成为核开关领域的研究热点。截至目前,大部分核开关的三维结构已经被解析,相关研究不仅阐明了这些核开关对配体的特异性识别方式,还从分子层面阐释了其对下游基因表达的调控机制,为开发核开关相关应用提供了重要的研究基础。文章综述了目前已鉴定的核开关的种类和主要功能,详细探讨了辅酶类核开关的三维空间结构和配体识别机制,并展望了核开关的研究前景及潜在应用。     

面向分子科学的数据智能

分子科学是化学的核心,也是生物、材料、药学等学科的基础.传统的分子科学研究通过实验或理论手段进行,研究成本高、周期长,难以处理高复杂度体系.随着大数据时代的到来,数据驱动的人工智能研究已成为继实验、理论和模拟之后的第4种科学研究范式.数据驱动的机器学习凭借其快速高效的数据处理能力,在分子科学领域展现出巨大的发展潜力.尤其是在分子性质预测、分子设计、化学反应预测及逆合成、量子化学计算、自动化合成等领域获得了广泛应用.本文首先介绍面向分子科学数据智能研究过程中的3个关键部分,即分子科学开放数据集、分子描述符和机器学习算法;然后,列举机器学习在不同分子科学研究方向中的重要应用案例;最后,分析讨论该研究领域可能存在的挑战及潜在发展方向.     

有机催化芳烃C—H键活化以高效构建联芳香基化合物的方法

北京大学北京分子科学国家实验室(筹)施章杰研究组研究发现,有机分子邻菲罗啉类衍生物可催化芳基碳氢键活化,并成功实现了邻菲罗啉促进的芳基卤化物(溴化物和碘化物)与普通芳环的交叉偶联反应,以高效地构建联芳基化合物.研究发现,将偶联反应应用到分子内体系,同样可高产率地得到苯并色烯分子.该结果为合成各     

超分子手性的动态调控及功能化

超分子手性的研究对于促进生命科学﹑材料化学等相关学科的发展具有非常重要的价值,已发展成为当前手性科学领域的热点之一.动态的智能超分子手性材料具有良好的刺激响应性,其组装结构和功能特性随外界环境的改变而发生敏感的变化.本文介绍了超分子手性的组装原理,详细阐述了光、温度、氧化还原、p H、溶剂、超声、离子、浓度等刺激对超分子手性的动态调控,着重综述了超分子手性在手性模板、手性开关、手性液晶、手性催化、手性传感、圆偏振发光材料及生物医用材料等方面的功能性研究.这些成果为超分子手性的研究领域拓展了新的发展空间,为手性科学问题的研究提供了新思路和新方法.     

氮杂穴醚配体及其金属配合物对小分子的识别及活化作用

分子识别定义为主体分子对客体分子的选择性结合过程. 有选择性地识别小分子一直是超分子化学中具有挑战性的研究课题. 氮杂穴醚配体及其金属配合物作为典型的主体分子得到了广泛的研究. 本文总结了氮杂穴醚配体及其金属配合物对各种小分子的识别作用, 介绍了新近报道的氮杂穴醚双核金属配合物在基于分子识别的基础上对小分子的活化作用, 展望了该领域的发展趋势.     

铈基块体金属玻璃的研究进展

Ce基块体金属玻璃是中国科学院物理研究所首先开发出来的具有自主知识产权和独特性能的非晶合金体系. 主要介绍该材料的开发和相关的研究进展, 包括其合成、基本特性、物理性能及潜在的应用. 对目前国际上该合金的研究情况和进一步的研究方向也进行了分析.     

二维材料气体分离膜及其应用研究进展

二维材料气体分离膜由于其独特的分子输运特性,在渗透率、选择性方面表现出优于传统薄膜的优势,具有巨大的发展潜力.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中存在的亚纳米尺度空间为分子输运提供了特殊的通道,包括纳米孔和纳米通道,它们是高渗透性和高选择性分子筛选的根本原因.然而,二维材料薄膜在复杂工业环境中的不稳定性、难以进行大面积制备等使其实际应用受到了很大的局限,目前二维材料膜尚未大规模应用于工业生产中.本文选择性地对当前研究的热点二维材料气体分离膜研究现状进行总结,同时对其在CO₂捕获和分离、H₂分离和提纯、天然气提氦等领域的具体应用进行阐述,并且探讨了二维材料气体分离膜当前所面临的挑战与未来发展前景.     

基于分子印迹的蛋白质识别及应用研究进展

分子印迹是制备具有模拟抗体分子识别特性材料的技术,其制备方法简单、成本低、材料稳定性好,已广泛应用于固相萃取、色谱分离、模拟酶催化、生物化学传感器、药物递送等领域.分子印迹发展至今,小分子印迹技术发展迅速,而蛋白质分子印迹研究发展相对缓慢,这主要和蛋白质复杂的自然属性有关.虽然蛋白质分子印迹挑战巨大,但是在国内外科研工作者的不懈努力下,近年来蛋白质分子印迹已取得一定的研究进展,其中不乏一些成功的新型蛋白质印迹策略.这些性能优异、功能独特的新型蛋白质印迹材料,已成功应用于蛋白组学、疾病诊断/治疗、生物成像等领域,并表现出巨大的潜在应用价值.本文总结了近10年以来蛋白质分子印迹的新方法、新策略和潜在应用前景,分析了蛋白质分子印迹领域的发展现状及存在的挑战,并展望了该领域的机遇和前景.     

基于Pickering乳液的分子印迹技术

分子印迹是一门制备人工抗体材料的技术,已广泛应用于样品前处理、化学传感、污染物分离以及药物输送等领域.分子印迹技术的发展趋势是制备多功能分子印迹聚合物材料以及拓宽分子印迹聚合物材料的应用范围.由于在上述两方面均具有巨大的应用前景,基于Pickering乳液的分子印迹技术成为近年来分子印迹领域研究的热点.本文对近期基于Pickering乳液的分子印迹技术的相关工作进行了总结,概述了其在小分子、蛋白质以及细菌印迹聚合物制备中的研究进展,探讨了这种新型分子印迹技术的优点和局限性.此外,重点介绍了分子印迹颗粒稳定的Pickering乳液在颗粒多功能化、传感器制备、界面吸附以及界面催化等领域的应用现状和研究前景,展望了未来基于Pickering乳液的分子印迹技术的发展方向.     

细菌视紫红质LB膜光电器件三态光电响应特性的表征与应用

存在于嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白质——细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)具有奇特的功能:受可见光照射时,能发生光致变色并具有质子泵功能.在生物体外,bR的稳定性极好.可以利用Langmuir-Blodgett制膜技术或其它方法,在透光的载体(如导电玻璃)上形成单层和多层的bR-LB膜或化学增强膜.这种薄膜具有独特的双稳态光色互变特性、非线性光学特性和微分光电响应特性,已被用来研究构造生物分子型的光-光和光-电器件.近年来的研究结果表明,基于bR-LB膜制作的光电器件在信息传感领域有着潜在的应用前景.这方面的研究工作已经引起人们的极大关注.     

Br?nsted酸催化的2-萘偶氮邻位胺化反应

独特的分子结构和理化性质使得N-芳基咔唑类化合物在有机发光半导体(OLED)材料以及药物化学领域展现出了重要的应用潜力.因此,发展高效的、条件温和的合成策略实现N-芳基咔唑类骨架的构建具有十分重要的意义.传统过渡金属催化的N-芳基偶联策略需要芳烃原料的预官能化,同时副产物的产生也显著影响了该方法的合成效率.已报道的C-H/N-H脱氢偶联方法一般需要大量的氧化剂,而且存在反应条件剧烈、化学选择性差和底物普适性不足等诸多问题.本研究基于芳烃极性翻转策略,实现了一种Br?nsted酸催化的芳烃C-H胺化途径用于N-芳基咔唑的高效构建,该方法反应条件温和、原子经济性高,且避免了对于金属催化剂的依赖.实验结果表明,磷酸与底物间的氢键作用以及催化剂上大共轭芳香基团与底物间的π-π堆积作用对该转化的化学选择性调控起到了至关重要的作用.     

超分子层柱双氢氧化物

评述了近10年来金属配离子和氧酸盐插层超分子双氢氧化物[M1-x2+Mx3+(OH)2](Ax/nn-)·mH2O的研究进展. 主要包括多金属氧酸盐(POM)、层间含TiO2粒子、CH3(CH2)12COO-阴离子以及ZnTPPC(卟啉衍生物)的LiAl-LDHs光化学装置. 重点介绍这些阴离子嵌入LDHs层间的合成方法、表征手段、结构以及在催化化学等应用研究领域的最新成果, 并对该领域研究的发展方向进行了展望.     

二维碳石墨炔研究进展与展望

石墨炔是由二炔键将6个苯环共轭连接形成的具有二维平面网络结构的全碳分子,其sp与sp2杂化态的成键方式决定了它的独特分子构型,使其具有优异的电学、光学和光电性能,在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景.自2010年被成功合成后,石墨炔的研究吸引了不同领域科学家的广泛关注,已经在石墨炔的理论预测、合成方法及应用方面开展了大量研究工作,使石墨炔研究稳定地进入了一个较快发展时期,并正在形成了一个新的研究热点和领域.本文总结了石墨炔近3年来的最新研究成果,重点描述了石墨炔的电学、电化学和催化性质及功能化等方面的研究进展,并对未来的研究进行了展望.     

分子基磁性材料的研究与展望

根据当前国际前沿的研究动态 ,结合作者在该领域的多年工作 ,对新一代的功能材料———分子基磁性材料的发展历史、研究基础和可能有突破的研究热点体系作了通俗的介绍 ,并简述了其潜在的应用前景     

金属富勒烯单分子磁体

金属富勒烯是一类碳笼内部嵌入了金属离子或者金属团簇的富勒烯.当内嵌的金属离子含有未成对电子时,金属富勒烯具有顺磁性,而内嵌的金属团簇则形成了特殊的配位场,使得金属富勒烯表现出单分子磁体性质.基于金属富勒烯稳定性高、分子结构易于调控的优点,近年来金属富勒烯在单分子磁体领域崭露头角.自2012年首例内嵌氮化物金属富勒烯单分子磁体被报道以来,金属富勒烯单分子磁体的种类已扩展到内嵌碳化物金属富勒烯、氧化物金属富勒烯、硫化物金属富勒烯、氰化物金属富勒烯和双金属富勒烯等.本文首先简单介绍了金属富勒烯的结构特点,然后详细总结了目前报道的所有金属富勒烯单分子磁体,并通过对比不同类型的金属富勒烯单分子磁体的性能,讨论了影响金属富勒烯单分子磁体性质的因素,最后对金属富勒烯单分子磁体的发展前景进行展望.     

单分子科学的机遇与挑战

单分子作为物质世界中独立稳定的最小单元,是构造物质的基本单元,是最稳定的量子化单元.单分子研究是对人类表征和检测技术极限的挑战,已经成为各国竞争的制高点.单分子科学作为一个前沿交叉领域,融合了分子结构设计、单分子超分辨、单分子物理化学性质研究、理论模拟等多层面工作,孕育着不可估量的突破.本综述以单分子科学为主题,对该领域的整体发展概况和突破性成果进行系统梳理.首先,从基础科学与应用两个层面介绍单分子科学与技术研究的意义;然后,重点阐述基于电学、力学、光谱学等技术对单分子不同维度性质进行表征的进展,并着重介绍我国学者为推动单分子科学研究领域发展所作出的巨大贡献;最后,归纳并展望未来单分子科学领域发展所面临的机遇与挑战.     

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.