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[成果] 1900010798 北京
Q-33 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:生物活性物种是维持人体的正常功能与健康的一类重要物质。它们在生命体中的真实情况能得到及时反映的原位光学传感与分析,不仅对疾病的预防、诊断和治疗具有重大的实际意义,而且已成为化学、生命等科学领域中一个前沿、且颇具挑战性的课题。自1994年以来,项目组围绕该领域中一些重要蛋白酶、生物活性与毒性物种尚严重缺乏合适的原位检测方法的关键问题,系统开展了其光学探针与原位传感分析研究,并取得了一系列创新性成果。主要科学发现如下: 1.提出并阐明了制备性能优异光学探针的多种新途径。最早提出了以酰肼作为识别基团的新策略,用于构筑次氯酸的高选择性光学探针;发现了色氨酸在甲酸-盐酸水溶液中的新偶联反应,实现了混合氨基酸中色氨酸的专一性显色鉴定;基于长期的研究,提出并系统阐明了光学探针常用的4种设计策略:质子-脱质子化反应、络合反应、氧化还原反应、共价键的切断与形成,并指出了这些不同策略的优缺点和适用性,为相关研究者提供了重要的参考。国际同行以“innovative approach”、“In general, there are 4 main strategies”等确认了这些主要设计策略的创新性和重大意义。 2.设计合成了一系列性能优异的新型光学探针,且部分探针已被商业化生产。从分析物的特性出发,借助选择性的多米诺分解、化学切割、氧化还原等化学反应,结合光物理过程扰动原理,设计合成了氧杂蒽类、甲酚紫类、半菁类等一系列性能优异的新型光学探针,实现了痕量次氯酸、汞离子、硝基还原酶等物种的高灵敏检测,且部分探针己被商业化生产,得到了人们的广泛关注和采用,从而促进了在分子水平上对这些重要生物活性与毒性物种功能的认识。 3.建立了高选择性、高灵敏度光学传感与原位分析新方法,为揭示生物活性物种的分子作用机制提供了关键的实验技术。通过设计、合成性能优异的光学探针,构建了一系列光学传感与原位分析新方法,从而揭示了一些新的重要生物现象,为相关物种的生物功能研究提供了关键的实验技术。例如,通过改变探针中两种荧光团的比例,构筑了响应区间可调的比率型pH荧光探针,定量测定了细胞内pH值随氧化应力的变化行为,发现了一个有趣的单向变化现象,即氧化应力的改变通常只会引起细胞内pH的降低而非升高:揭示了细胞中内源性硫化氢的浓度低于0.1μM水平;通过设计靶向溶酶体的近红外比率型pH荧光探针,并分析溶酶体的pH随温度的变化规律,发现了热休克过程中溶酶体的pH会随着热刺激而升高,而且这个过程在短时间内是不可逆的。该现象的发现促进了在细胞水平解释热相关的毒性机制。 项目组在/ Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev., Biochim. Biophys. Acta等重要杂志上发表了一系列学术论文,推动了光学探针的设计理论与应用的发展。第一完成人被Nature Index 2014列为“fluorescent probes”的主要贡献者。8篇代表性论文被SCI他引1513次(单篇最高他引612次),部分成果被列为Top 10和“中国百篇最具影响国际学术论文”,受到国内外同行在Nat. Chem.、Nat. Chem. Biol.、Nat. Protoc.、Chem. Rev.、J. Am. Chem.Soc。.等期刊上的广泛引用和正面评价,并以“the first, innovative approach”等指出了该项目工作的首创性和重大意义。
[成果] 1800130417 北京
TN201 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:半导体量子点具有溶液制备、光谱可调、发光效率高等突出特点,在照明显示、太阳能电池、生物成像等领域中具有重要应用前景。特别是量子点在照明与显示技术中的应用,能够显著提高LED的色彩品质,弥补现有技术在面光源照明和高性能显示中的不足,成为重要的前沿技术领域。高质量量子点材料的合成是提升LED性能的重要基础,而低成本量子点材料体系是实现商业应用的前提。项目组在这一领域有15年的学术积累,针对高品质量子点LED应用,发展了II-VI族量子点的合金化和核壳调控策略,拓展了低成本铜铟硫、钙钛矿量子点材料体系,实现了高性能电致和光致发光LED器件,引领了该领域的发展,形成了鲜明的特色和显著的国际影响力。主要科学发现点如下: (1)发展了II-VI族量子点的合金化和核壳结构调控策略,利用电化学循环伏安方法阐明了量子点尺寸、组分、结构对电子能级的影响,引入聚合物Poly-TPD作为空穴传输层,构筑了高效率多色CdSe量子点LED器件,该器件性能为报道时最优结果,发现了核壳层厚度与其器件效率和亮度的关联,推动了电致发光器件的发展。 (2)发现了有机-无机钙钛矿材料“聚集诱导荧光”特性,发明了制备高荧光效率钙钛矿量子点的配体辅助再沉淀技术,阐明了其高效发光的物理机制,构筑了高显色性能的白光LED器件和柔性电致发光器件。 (3)建立了三元CuInS2量子点的“一锅煮”批量制备和原位配体交换技术,阐明了其尺寸依赖的能带结构,研究了其尺寸和组分依赖的发光性质,完善了缺陷控制的发光机制,实现了高效率、低成本系列量子点材料的批量制备,以及其在高性能白光LED器件和照明展示灯具。 项目共发表论文44篇,包括Nature Photonics(1篇)、Angewandte Chemie International Edition(1篇)、Advanced Materials(1篇)、ACS Nano(2篇)、Advanced Functional Materials(5篇)、Chemistry of Materials(7篇),授权中国发明专利6项,有1项专利转让企业,并提交了国际专利申请。研究成果多次被Nature Photonics、Nature Nanotechnology、Science Bulletin、Materials View China、Advances in Engineering、Design for Science等期刊和网站进行亮点报道。全部论文SCI他引3373次,10篇代表作被Science、Nature Photonics、Nature Nanotechnology等学术期刊他人正面引用2046次,单篇最高他引550次,6篇入选ESI高被引论文。
[成果] 1900010816 北京
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:聚合物太阳电池具有器件结构简单、重量轻和可制备成柔性和半透明器件等突出优点,是具有重要应用前景的清洁可再生能源。该项目针对聚合物太阳电池中的关键光伏材料---共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体光伏材料进行了系统深入地研究,取得了系列重要创造性研究成果。主要科学发现如下: (1)从2004年开始,针对当时聚合物给体光伏材料吸收光谱不够宽和空穴迁移率较低的问题,国际上首次提出通过共轭侧链拓宽吸收和提高空穴迁移率的分子设计思想,设计合成了一系列带共轭侧链的宽吸收二维共轭聚唾吩给体光伏材料。该类聚合物具有宽的可见区吸收、较低的HOMO能级和较高的空穴迁移率,这都有利于给体材料光伏性能的提高。一种带二(噻吩乙烯)共轭侧链的聚唾吩给体的光伏效率比最具代表性的聚(3-己基噻吩)(P3HT)提高了38%。该成果被国际同行肯定为带共轭支链的二维共轭聚合物的“Pioneeringworks”。 (2)在上述二维共轭聚噻吩的研究基础上,首次把噻吩共轭侧链引入到苯并二唾吩(BDT)结构单元上,合成了一系列基于带噻吩共轭侧链BDT单元的二维共轭聚合物。与对应的烷氧基取代聚合物相比,这类二维共轭聚合物吸收光谱有所拓宽、HOMO能级有所下移、空穴迁移率有所提高,作为给体光伏材料的光伏性能都有显著提高。其中基于噻吩取代BDT和羰基取代并二噻吩的二维共轭聚合物PBDTTT-C-T的光伏效率达到7.6%,为当年(2011年)聚合物太阳能电池的最高效率之一。这种二维共轭的结构设计思想得到了国际同行的广泛关注和发展,这类给体光伏材料被国际同行评价为取得了“the milestones”光伏效率。 (3)针对P3HT/PCBM体系受体LUMO能级太低导致器件开路电压低的问题,提出通过使用富电子的茚双加成来提髙C60的LUMO能级的思想,合成了茚双加成C60衍生物ICBA。ICBA的LUMO能级较PCBM上移0.17eV,以其为受体、P3HT为给体的光伏电池提高到0.84 V,效率达到6.48%。考虑到C70较CM较强的可见区吸收,该项目又进一步合成了茚双加成C70衍生物IC70BA。通过使用氯萘添加剂,基于P3HT/IC70BA的光伏器件效率提髙到7.4%,创造了基于P3HT光伏器件效率的新记录。ICBA被国际同行评价为"remarkable"双加成富勒烯衍生物。 该项目研究成果对聚合物太阳能电池光伏材料的研究起到了重要推动作用。8篇代表性论文包括dcc. Cheat. Res.(1篇)、J. Am. Chem. Soc. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、Energy Environ. Sci.(1篇)和Adv. Fund. Mater. (1篇)。这8篇论文已被SCI他引4427次,单篇最高他引1338次。主要完成人李永舫在相关国内外学术会议上作大会报告和邀请报告100多次,其中2012年在美国召开的IUPAC世界高分子大会上有关二维共轭聚合物给体光伏材料的邀请报告获得美国化学会高分子学术报告奖。突显该项目研究成果在国际上的重要影响。
[成果] 1900010280 贵州
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:本世纪初,反渗透膜材料技术与市场话语权被美日韩几家国际巨头企业所垄断,国产膜材料性能落后,产品竞争力弱,产业化水平低,严重制约了中国水处理产业的发展。 该项目针对低压复合反渗透膜国内外技术差距,对膜制备过程中关键原料、工艺过程及性能评价进行了系统性的研究,建立了聚砜支撑层结构调控技术,掌握了界面聚合精确控制技术和新型双聚酰胺脱盐层制备技术,最终形成了具有自主知识产权的低压复合反渗透膜材料规模化制备技术;建立了用于膜元件设计的水流流阻和压降模型,开发了低流阻的膜元件;突破了脱盐层微观结构调控、抗污染涂层与表面接枝改性等关键技术,有效提升了产品抗污染与耐氯氧化能力;自主开发了成套高效连续生产装备技术,实现了刮覆膜工艺一体化集成和卷膜自动化;建立起了完整的膜片及膜元件性能检测与评价方法。 项目共获得专利授权56件,其中发明专利20件。制订国家标准4项,发表科技论文32篇。产品主要性能指标达到国际先进水平,抗氧化能力达到国际领先水平,生产装备技术达到国际先进水平。其中:低压膜片脱盐率≥99.8%,通量≥26 GFD;8英寸膜元件脱盐率≥99.7%、产水量≥10500 GDP;8英寸耐污染膜元件污染后综合通量衰减率≤15%,脱盐率变化≤0.1%,化学清洗综合恢复率≥97%;抗氧化膜元件耐氧化能力≥30000ppm.h;规模化生产条件下,膜片厚度公差≤10μm,刮覆膜速度≥15m/min,单线年生产能力超过600万m2, 8英寸膜元件有效膜面积≥390ft2,卷膜效率达到120支/天。 通过产业化实施,项目已形成了5个产品系列,年生产能力达到1700万平方米,产品国内市场占有率位居国内品牌第一,并批量出口20多个国家和地区。近三年累计新增销售收入16.8亿元,实现利润3.6亿元,创汇6600余万美元,所售低压反渗透膜产品在全球范围内总水处理能力达到1000万吨/天以上,为中国水处理膜产业技术进步做出了突出贡献。
[成果] 1900010715 北京
R286.0 基础研究 中成药制造 公布年份:2018
成果简介:中药物质基础研究和质量控制是中药现代化的核心问题,但因中药具有多成分、整体性和机制复杂的特征,一直难以突破活性物质的原位研究及质量控制的关键难题。该项目以解决中药物质基础的关键问题和质量控制的共性问题为目标,以分子生物学和现代分析科学为工具,以中药的整体构效和“组学’’式分析为策略,构建了全新的中药活性物质(群)研究的技术体系,并应用于中药新活性物质的筛选、中药复方的分子药理阐释、中药国家标准样品的研制以及中药产品质量控制体系的建立,取得了系列创新性成果: 一、突破了中药活性物质(群)原位研究的关键技术,在国际上首次提出了—种基于组学策略的中药活性物质筛选-鉴定一体化技术,实现了中药复杂体系中活性分子的原位筛选和结构鉴定的同步完成。构建了首个“基于结构指导”的活性物质高通量筛选平台,用于中药活性物质(群)的筛选和研究,成功实现了高效、原位、整体地解析中药药效物质基础,拓展了中药物质基础的研究空间。 二、解决了中药标准品研制的共性难题,构建了国内首个中药国家标准样品原位多成分谱学研制的技术平台,建立了基于有效成分与生物靶标作用的中药质量控制的多维全息的指纹图谱质控体系。实现了对多成分标准样品的高效分离及立体结构的可视性标记,成功研制了24种高难度中药活性成分的国家标准样品:建成了包括500余种中药标准样品的数据库和实物库;构建了多维(功能维、结构维)和结构全息化的中药一谱多指标的指纹图谱和质量控制体系,在44个中药产品中得到了应用,全面提升了中药产品的质量控制水平。 三、基于高通量的活性物质(群)原位筛选鉴定技术平台,实现了中药微量及痕量活性物质的快速筛选和分子药理研究。获取了146个用传统方法难以获得的微量及痕量活性物质,首次报道新结构24个。从中药黄连和川芎中研制出2个国家1.1类全新结构的抗肺癌和心血管疾病候选新药,已成功转让。建立了中药化合物数据库和G-四链体配体数据库,在中药研究中发挥了重要支撑作用。 四、发展了基于谱学技术的中药物质基础研究的组学方法,首次阐明了32种临床中药复方的药效物质基础、分子药理及复方配伍的科学性。成功研制出1个抗肝癌中药复方候选新药并实现转让,首次发现并阐释了复方中抗癌增效和免疫增强的分子协同作用。开展了基于谱学技术平台的气虚血瘀证组学研究,发现的生物标志物为病证的诊疗提供了理论依据,促进了相关学科的发展。 该项目获得国家授权发明专利31项,软件著作权2项,获得24项天然物质国家标准样品证书。发表论文217篇(其中SCI论文178篇),正面他引2100多次。主编专著2部。获中国分析测试协会科学技术一等奖1项。在全国建立中药质量控制研究示范基地14个。该项目直接支撑了百余家生产企业和科研单位的产品质量控制,通过对丹参、黄芪、金银花、川芎等44个产值30多亿的中药品种的质量标准升级,提升了产品质量稳定性和安全性,获得了显著的社会和经济效益。
[成果] 1800130345 北京
R445 基础研究 医学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:1、研究目的:建立一种新型成像分析方法,对人类尚未认识和开发的脑内纳米尺度超微结构-细胞外间隙(extracellular space,ECS)进行了解密工作。应用新方法,阐释了脑内组织液引流途径,发现了组织液的分区引流现象,证实了髓鞘是导致ECS分区的结构基础,并由此提出脑分区稳态理论。在此基础上发明了较美军专利技术更加高效、低毒、精准的新型经ECS途径脑病给药方法,解决了因血脑屏障导致治疗药物入脑的难题,新方法已获批中国和美国专利。除脑科学领域的应用,新方法在新药研发、组织工程以及新型人工智能神经网络模型的建立等前沿领域也得到应用。 2、主要技术创新点:申请人所建立的磁示踪成像分析法,解决了脑内纳米尺度不规则超微结构活体探测与定量分析的难题。主要技术创新点总结如下: (1)原理创新:以射频作为信号源,突破了国际通用测量方法(电化学法和光学测量法)在探测深度与维度上的技术限度,解决了脑ECS信号深度探测的技术难题。采用精准分布于ECS的顺磁性或光磁双模态探针,应用磁共振成像动态采集三维信息,从而实现对ECS内组织液引流动态分布的信号的探测。 (2)理论建模创新:应用改良的磁共振三维序列进行动态成像,获取富含空间和时间信息的目标函数,对方程系数进行最优化迭代、数值计算获取超微结构的特征信息,解决了ECS结构参数的求解和计算难题,是唯一实现三维各向异性建模的活体分析方法。 (3)工程技术创新:围绕扩散方程求解的目标函数的优化,建立了信号源合成、信号采集、扩散建模、信号分析、图像处理等新技术。具体而言,合成了新型光磁双模态探针,研制了新型射频信号采集系统和信号定标系统。同时,应用图像处理技术,实现脑深部组织液引流的三维可视化观察与定量分析。 3、成果产生的价值(成果应用推广及对行业、产业发展的推动):上述发明解决了脑深部ECS结构的定量分析难题,该技术已被国内外30余家科研单位应用于研究工作,包括美国RICE大学、DUKE大学、德国霍姆赫兹环境卫生研究中心、天然与仿生药物药学国家重点实验室、山东大学、北京市儿童医院等。成果应用于万东医疗、中科理想等医疗设备生产企业,产品出口东南亚市场,取得经济效益896万美元,为国产医学影像设备和技术创新发展提供支撑。申请人也因此获得了中国青年科技奖、国家杰出青年基金,并入选2018年首都科技领军人才。新技术新方法已在全国培训了3500人。
[成果] 1900010037 上海
U465.41 应用技术 汽车制造 公布年份:2018
成果简介:节能减排是汽车工业最迫切的任务之一,无论对于传统燃油车还是新能源汽车,轻量化都是主要路径,燃油车车身每减轻10%,油耗降低6-8%,新能源汽车自重直接决定了其续驶里程。采用高性能材料实现塑料零部件薄壁化和以塑代钢是轻量化两个最可行的方向。中国汽车产量世界第一,但自主选材能力较为落后,同时合资品牌所用高性能专用料长期依赖进口,其制备技术长期对中国封锁。中国汽车工业高质量发展面临严峻挑战。 该项目通过产学研用联合攻关,针对汽车用量最大的塑料品种聚丙烯(PP),以国产通用聚丙烯树脂为基料,通过增韧增强模型、流变、工艺装备等系统创新,开发出优于国际同行的高强度、高韧性和高流动性(简称“三高”)聚内烯专用料,开发了制品结构设计、加工工艺等成套技术,用于江淮、大众、通用、福特、宝马等品牌汽车的薄壁保险杠、门板、立柱等制件,减重13-40%;高性能长玻纤增强聚丙烯实现了大型构件以塑代钢,开发出汽车单件最大的注塑件-新能源汽车电池上盖,减重70%,轻量化效果国际领先。 主要创新点:发明了“核-壳-壳”增韧增强技术,以无机纳米粒子为“硬核”、不同硬度的弹性体为内、外壳的“核-壳-壳”协同增韧增强,使无机刚性粒子与聚丙烯基体间形成应力梯度传递,解决了低弹性体用量时聚丙烯强度和韧性同时提高的难题;发明了超支化增韧技术,超支化增韧剂流体回转半径小、网络化程度高,使材料在保持高强度高韧性时具有高流动性;发明了螺拉结构和递减波峰弯曲流道浸渍技术,建立了“三高”聚丙烯/长玻纤浸渍理论模型,通过调控纤维浸润条件,解决了复合材料界面问题,开发出高性能长玻纤增强聚丙烯产品及全自动生产线,奠定了智能制造的基础;开发了轻量化CAE仿真模拟技术,对制件结构、模态、模流和模具的同步设计,提高了结构分析与模态分析精度,准确率达到99.9%,制件开发周期缩短60%以上;开发了材料脆韧转化的加工调控技术,控制剪切场的分相、结晶及其动力学,构建了微观结构演化和宏观力学性能调控模型,实现了对注塑制件力学性能的有效调控。 项目获授权发明专利17件,核心专利“超高韧性高强度聚丙烯组合物及其制备工艺”获中国专利金奖(行业唯一),制定国家标准1项,发表学术论文9篇。中国石油和化学工业联合会鉴定该项目整体达到国际先进水平。 该项目近三年累计生产专用料38.1万吨,新增销售额53.4亿元,新增利润5.2亿元,主要应用单位新增销售额442.9亿元,新增利润10.3亿元。制件累计装车3610万辆,涵盖主要合资品牌和自主品牌,超过100种车型,减排二氧化碳490万吨。在美国建成专用料生产示范线,实现了中国改性塑料行业对发达国家的技术输出。该项目为中国汽车轻量化特别是新能源汽车高速发展奠定了材料基础,为通用塑料的高性能化找到了新方法、开辟了新路径,对这两大行业的高质量发展具有重要的支撑引领作用。 该项目获评2017年度上海市科技进步奖一等奖。
[成果] 1800290198 广东
TM914.4 应用技术 输配电及控制设备制造 公布年份:2018
成果简介:基于有机/聚合物的太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术,具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性电池器件以及大面积低成本制备等突出优点。项目主要围绕有机光伏领域中面临的关键科学问题,从材料、器件、工艺等方面开展系统、深入的研究;在新型有机/聚合物太阳电池材料体系、有机光伏物理机制、高效率器件等基础层面实现原始创新;在此基础上实现技术集成,研究制备低成本、高性能的有机/聚合物太阳电池,目标实现能量转换效率12%~15%的溶液加工型有机/聚合物太阳电池,为相关产业的可持续发展奠定坚实的技术基础。 项目所取得的阶段性进展如下: (1)在深入研究高效聚合物太阳电池材料的分子结构与光电转化效率之间相互关系的同时,发展了一系列新型结构的共轭聚合物以及材料结构性能的调控方法。 (2)非富勒烯受体具有吸收光谱可调、吸收系数高、化学结构与能级易剪裁、较好的光稳定性和热稳定性、良好的柔性以及机械稳定性等优点。 (3)针对新设计的非富勒烯受体,全面优化宽带隙聚合物给体结构设计,实现了聚合物给体与非富勒烯受体多种特性的高度匹配,在器件中实现了光伏效率突破,经中国计量科学研究院的验证为13.1%的能量转换效率,是文献公开报道单节验证最高效率。 (4)提出有机小分子太阳电池给体材料设计的新思路,包括巧妙的通过将苯并双噻吩单元烷基链与芳香环间通过硫原子相连,以及通过引入具有较强拉电子能力的双腈基绕丹宁单元以增强分子内的电荷转移,实现了提高载流子迁移率以及分子的太阳光吸收,获得10.1%的光电转换效率的有机小分子太阳电池给体材料,这是当时国际上公开报道小分子太阳电池光电转换效率超过10%的有机小分子给体材料。 (5)全聚合物太阳电池具有更好的相稳定性、器件稳定性以及力学性能等优势。 (6)关于有机光伏器件的水醇溶共轭聚合物界面材料及调控方法的研究一直处于世界的领先水平。 (7)基于萘并噻二唑、二氟代苯并噻二唑单元构筑面向大面积印刷工艺的光伏材料,基于高迁移率给体材料的活性层厚度300纳米时,器件能量转换效率超过10%;厚度超过1微米时,器件效率仍然超过8%。 (8)通过自组装和新型界面修饰材料的设计优化,获得了系列世界纪录的高效稳定的有机无机杂化太阳能电池,基于三聚茚为内核、二苯胺为端基的新型空穴传输层材料的钙钛矿太阳电池,效率高达18.6%,是当时基于免掺杂有机空穴传输层p-i-n型钙钛矿太阳电池中报道的最高效率。
[成果] 1700470299 北京
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:低维纳米碳材料因其独特的性能引起了学术界和工业界的广泛关注,被认为是最有可能替代硅材料的下一代电子器件材料,在信息、传感、显示和存储等领域有广泛的应用前景。低维纳米碳材料的可控制备、形貌和性能调控是实现其应用的前提和基础。围绕低维纳米碳材料制备的可控性差、生长机理不清楚和难以调控其性能等科学问题,该项目开展了创新性研究工作,形成国际特色的研究体系,所取得的主要科学发现点如下: 1)突破传统固态金属催化剂生长石墨烯的研究思路,开辟了基于液态金属催化剂生长高质量石墨烯的新方向,利用液态铜表面的各向同性消除了固态金属催化剂表面的不均匀性和晶界对石墨烯成核/生长的影响。系统研究了石墨烯成核、长大和刻蚀的微观动力学过程,实现了单晶石墨烯的快速可控生长和形貌/层数的有效调控,获得了单晶石墨烯阵列和高质量的石墨烯薄膜,促进了大规模、高质量石墨烯制备技术的发展。 2)实验上率先制备了氮掺杂的石墨烯样品,发明了高浓度氮掺杂的石墨烯单晶的低温生长技术,实现了石墨烯电学性能的有效调控,获得了空气中稳定的n-型氮掺杂石墨烯单晶材料。 3)发展了与硅电子学的加工工艺相兼容的石墨烯生长技术,提出了氧辅助、两步和接近平衡状态条件下的CVD法,在绝缘衬底上无催化生长高质量石墨烯的新思路,为石墨烯器件的直接构筑奠定了基础。 4)开发了石墨烯图案化及其修饰金属电极的新技术,借助咖啡环效应提高喷墨打印技术制备图案化石墨烯电极的加工精度,为高性能、低成本有机场效应晶体管的制备提供了有效途径,拓展了石墨烯的应用领域。 5)开展了碳纳米管的可控制备和性能调控的研究,开拓了可控制备纳米间隙电极的新方法,制备了分支和铁填充的碳纳米管,实现了对分支结构、数目、成分及填充位置的有效控制,并提出了气流波动或磁场诱导的催化剂粒子合并和分裂机理。实现了单壁碳纳米管的选择性分离/富集,对碳纳米管在电子学领域的应用具有重要意义。 该项目发表SCI论文59篇,包括J. Am. Chem. Soc.(5篇)、Proc. Natl. Acad. Sci.(1篇)、Adv. Mater.(19篇)、Acc. Chem. Res.(1篇)和Chem. Soc. Rev.(1篇),论文被SCI他引3962次,其中10篇代表作论文被他人引用2150次。研究工作多次被Materials Views (中国)、Chemitry World、Scienceness、NPG Asia Materials和科学网等学术网站进行亮点报道。研究成果获授权中国发明专利19项,签订了200万的专利实施许可合同。
[成果] 1700470158 北京
TP334.8 应用技术 电子计算机制造 公布年份:2017
成果简介:该成果属于先进制造与重大装备领域,围绕高性能高分子材料3D打印专用装备及专用料,构建了较为完整的原料到装备一体化系统。打破传统3D打印高分子制品的“有形无神”,使其能够成为承载结构件服务于中国航天航空、汽车及医疗等重要领域,解决了该技术尚不能广泛服务于中国工业化生产的主要问题之一。主要创新点包括: 1.创新性地研制了中低温/高精度激光控制系统:进行激光辐照下高精度中低温控制(100-400±10℃),保持高性能树脂处于最佳熔融成型状态;采用环状/主副双激光束构架,分别控制高性能树脂不同空间/时间的状态,实现树脂的直接熔融成型。 2.创新性地研制了基于高性能高分子材料的激光辅助熔融固化3D打印系统。针对以高性能高分子材料代表性的超高分子量聚合物难成型问题,构建用于此类材料成型的3D打印系统,填补国内外空白,为高性能、难加工高分子材料的加工成型提供解决途径。突破高熔点高强度、超高分子量和复合增强工程塑料粉末床激光选区烧结3D打印的系列关键技术,研制出针对上述材料粉末床激光选区烧结3D打印装备。 3.建立了激光辅助熔融固化3D打印系统专用高性能高分子材料体系。已研制出3D打印用各种高性能聚合物及其复合材料,以及树脂多相/多组分复合材料的结构与性能调控技术。实现微粉受迫熔覆成型技术。解决高性能聚合物熔点高、熔体粘度大、结晶不易控制等关键问题。通过树脂基体结构控制及加工助剂的选用,在保持材料优异物理性能的同时,提升其流动性、熔接性等加工性能,满足增材制造工艺要求,研发出具有自主知识产权的高熔体流动特性的增材制造专用高性能树脂材料。 该成果获授权发明专利49项,技术及相关产品可运用到航空航天、汽车等工业领域以及个性化定制辅助医疗器械,实现单件或小批量产品的快速制造。依靠相关激光技术辅助成型的3D打印装置及材料已实现产值2011.395万元。
[成果] 1700520070 山东
TQ031.2 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目属于绿色化工技术领域,精细化工是当今世界化学工业的发展重点,也是国家综合国力和技术水平的重要标志之一,在中国国民经济中占有重要地位。但是由于中国精细化工生产企业规模小和普遍采用间歇法为主的现状,难以实现零排放的清洁化生产工艺和全封闭的智能化生产方式,这已成为制约整个精细化工行业发展的瓶颈,因此国家中长期科技发展规划纲要明确提出将“流程工业的绿色化、自动化及装备”作为优先发展主题。水相有机合成作为国际上绿色化工的核心技术之一,经近四十年的研究,已在理论和实验室阶段取得了长足进展,但是由于一直未能突破水相非均相传质难和效率低、有机化工产品在水中难以分离与纯化、水介质难以循环套用的三大产业化共性关键技术难题,至今未能实现大规模产业化,因此水相有机合成大规模清洁化生产技术亟待突破。该项目以化学工业难度突出的精细化工产品为起点,选择具有代表性和普遍性的精细化学品为目标,重点攻克制约水相有机合成产业化的共性关键技术难题,创建清洁生产体系。主要创新点如下:创新点1:研究催化剂的组成效应、尺寸效应、晶面效应和界面效应对反应的影响规律,通过调控催化剂活性位点和载体界面,设计合成适用于水介质的多相催化剂,开发水相催化反应技术,构建与水相反应相匹配的高效催化体系,解决水相非均相反应传质难、生产效率低的产业化共性关键技术难题。创新点2:研究不同物料在水中的溶解度差异,利用各物料官能团性质,开发水相分离提纯技术,解决有机化工产品的分离提纯需要使用大量有机溶剂的共性关键技术难题。创新点3:研究分离产品后母液中残留组分的组成、性质、累积规律和敏感因素,开发特种净化技术,实现水的循环套用,解决水介质由于含有大量复杂有机成分,难以循环套用的产业化共性关键技术难题;针对精细化工生产过程中产生大量废盐的问题,开发耦合联产技术,变废盐为有用的资源,实现化工资源的可持续发展。创新点4:研究颗粒、气泡、液滴等对设备内流动、传递、反应过程的影响规律以及传质传热方式对非均相反应的影响,设计开发水相专用反应、分离和纯化设备,解决水相合成产业化的工程技术问题。以能量流高效利用和信息流智能管理为指导,开发连续化、智能化精准控制技术,解决精细化工产业间歇式操作难以实现全封闭智能化生产方式的难题,实现水相合成技术产业化从工艺到装备的绿色化、自动化。该项目已授权国家专利15项,发表论文4篇,出版著作1部,译著1部。已推广应用至农药、医药中间体和饲料添加剂等领域,近三年累计实现销售收入22.4亿元,利润4.1亿元,累计减排废水77.9万吨,废盐10.5万吨,废气9.8万吨,产生了良好的经济和社会效益。
[成果] 1700350371 北京
TS804 应用技术 印刷 公布年份:2016
成果简介:该成果属于物理化学与材料科学交叉学科研究领域。中国印刷产业年产值超过万亿元,但面临传统感光冲洗工艺等带来的巨大环境压力。发展绿色印刷技术对于从源头消除污染、促进中国印刷产业的技术提升具有重大意义。该项目针对印刷产业链中的污染环节,以纳米材料的创新研究为基础,围绕材料表面浸润性调控与墨滴图案化的基本科学问题开展系统研究,发展了纳米材料绿色打印制版技术,提出并发展了包括绿色制版、绿色版基和绿色油墨在内的系统的纳米绿色印刷产业链技术,并拓展应用于印刷电路和纳米功能器件,推动了印刷产业的绿色化和可持续发展。取得如下创新性研究成果:1)突破传统印刷制版感光成像的技术思路,从微纳米结构调控界面浸润性出发,系统研究了纳米材料精细调控材料表面浸润性的原理和方法,利用打印纳米材料构建高反差的超亲油图文区与超亲水的非图文区,发展了纳米材料绿色打印制版技术,推动印刷制版技术从感光成像到数字成像的跨越,从源头解决传统制版过程的感光废液排放和资源浪费问题。2)系统研究了纳米材料对液滴的扩散、融合、聚并和转移等行为控制的基本科学规律,实现对液滴在不同材料表面浸润/去浸润行为的精确调控,发现了精准控制打印墨滴从零维到三维结构的规律和方法,形成对印刷技术的基本单元“点、线、面、体”精准控制的系统研究成果。3)突破印刷技术的精度极限,发展了“印刷”方式大面积制备纳米尺度精细图案和功能器件的普适方法,实现多种尺寸、形貌、结构和性质可控的纳米粒子的浸润性调控及自组装图案化,制备了一系列高性能的光电功能器件,大大拓展了印刷技术的发展空间。4)提出纳米绿色印刷制造技术并推动其产业化。围绕印刷产业链的关键污染环节开展系统创新研究,形成包括“绿色制版、绿色版基、绿色油墨”的完整绿色印刷产业链技术,并和企业合作推向产业化。该成果发表SCI收录论文185篇,其中影响因子大于10的48篇,论文被SCI他引4450次,10篇代表作论文SCI他引994次,有30篇论文被选为封面/封底论文,主持撰写英文专著一部,参加编写中英文专著7部。研究工作多次被ACS, Nature China, NPG Asia Materials, Nanowerk等进行亮点报道。获授权发明专利40项。该项目的研究成果成功实现技术转化。2010年以来,合作企业销售逾10亿元。
[成果] 1800120482 北京
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:2012-2017年,在国家973计划项目的大力支持下,北京航空航天大学、北京科技大学、中国科学院物理研究所、清华大学、北京大学和中国科学院化学研究所的相关团队针对“基于新型三维纳米结构的储能锂二次电池重要基础问题研究”的课题进行了深入研究,在高性能三维纳米结构电极方面取得了突破。此外,为了更好地探究材料的反应及作用机理,提供可靠的理论依据,课题组探索出一种新的测试方法——原位表征技术,对材料充放电过程实时表征。该文将从新型三维纳米结构电极、新型原位表征技术两方面简要介绍项目的新成果。1.新型三维纳米结构电极材料:三维纳米结构电极是近年来锂离子电池领域的研究热点,相比于二维电极的平面结构,其具有很多优势。比如,三维结构具有大的比表面积,增大了电极与电解液之间的接触面积,使电荷更容易在界面转移,从而提高了电池的充/放电速率;并且,对于在循环过程中体积变化较大的活性材料来说,三维结构中存在的空隙可以为体积变化提供缓冲空间,提高材料的稳定性和循环性能;此外,三维结构可以缩短锂离子在电极内部的扩散距离,减小电子、离子的传输路径。由于三维电极的以上优点,近些年一直致力于对其的研究,通过不懈地努力,设计并制备出了性能优异的三维纳米结构电极,按照电极的微观形貌,可以分为三维多孔结构、阵列结构和网络结构电极,如图1所示。2.新型原位表征在锂离子电池研究中的应用:对于新型锂离子电池电极材料的研究,表征相当重要,可以帮助课题组理解材料在充放电时的电化学过程及微观结构变化。传统的表征方法无法实时获取材料的结构等信息,对于纳米尺度的电极材料的研究具有一定的局限性,为此,课题组利用新的方法——原位表征,对电极材料进行更深入地研究。原位表征,包括原位X射线衍射、原位射线吸收谱、原位扫描电子显微镜等,应用于锂离子电池测试中,能够实时监测电极材料在不同循环条件下的物质、结构转化,并且能全面系统地理解锂离子电池平衡态与非平衡态过程中材料的变化特点,为反应机理的分析提供依据。以复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)/石墨烯复合电极作为负极,利用原位透射电镜探究了其在充放电过程中的反应机理。图3为不同循环次数下,MnFe2O4与石墨烯复合材料的形貌和结构变化。从图中可以看出,在充放电过程中电极材料的形貌发生变化,尤其是在首次放电后,颗粒尺寸明显增大,MnFe2O4发生颗粒的粉化,但由于石墨烯的固定作用,粉化的颗粒仍被石墨烯吸附,且在之后的循环过程中,材料仍有足够的空间来缓冲体积变化,因此,表观上显示出较好的循环性能。此外,通过原位表征还发现,首次循环后结构发生变化且并没有恢复晶体结构,说明首次的物质转化不可逆。而从第二圈开始,电极材料不再发生相变,说明嵌锂和脱锂反应过程可逆,这和电化学测试的结果一致。以上结果表明了原位表征在锂离子电池机理研究中具有直观、准确、全面等优点,为锂离子电池的研究提供了新的思路。
[成果] 1800120388 上海
X513 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:我国近几十年来,工业不断发展,城市规模日渐扩大,随之而来的大气污染问题越来越受到政府和公众的关注。我国大气科学工作者在京津冀、长三角、珠三角等区域开展了长期定点的大气外场观测和污染时期的加强观测,发现我国近年来重霾污染天气短时间内细颗粒物(PM2.5)呈爆发式增长,表现为时间上具有突发性和持续性,空间上具有跨省际、跨区域蔓延的特征。我国多个研究单位对重霾污染形成过程的加强观测研究,初步认识了燃煤、扬尘、机动车、生物质燃烧、二次颗粒物形成等造成细颗粒物污染的来源,提出了区域大气复合污染机制概念初级模型。但是,对细颗粒物爆发增长的诱因、发生、发展机制还不清楚。该项目将在3年内开展以下几个方面的研究工作:大气现场综合观测研究。重点行业排放监测与评估。二次细粒子形成模拟研究。模式参数化及调控原理。
[成果] 1700310010 河北
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于超分子自组装与胶体界面化学领域。新型自组装纳米材料是近年来发展起来的新型纳米材料,设计制备和调控若干功能纳米组装材料,为功能纳米组装材料在生物医药、功能材料、工业催化、污水处理等方面的应用提供实验基础。该项目在国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省高校百名优秀创新人才支持计划等项目的支持下,围绕功能纳米组装材料的设计制备和潜在应用中存在的主要问题,研究功能纳米组装材料的制备与组装机理,阐明了对二维薄膜材料、三维凝胶材料、纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合材料的化学修饰、结构改性与自组装规律,取得了若干创新性研究成果,形成了自己的研究特色,其主要科学发现如下:1.功能自组装二维LB膜的设计制备与结构调控。设计合成若干具有不同分子结构、间隔基的若干bola、gemini等功能两亲分子,制备自组装二维LB膜,对薄膜材料中的超分子组装体的聚集模式、表面形貌以及手性开关等性能进行了详细考察,研究了若干因素对自组装过程的调控与组装原理,拓展了领域研究对象,为深入研究超分子自组装和材料构效关系提供依据。课题组在国际上首次报道了席夫碱为头基的具有不同间隔基的非电荷gemini分子的自组装二维LB膜,对超分子组装体的组装机理、纳米结构与调控因素进行了详细的研究。2.功能三维超分子凝胶的设计制备与组装机理探讨。设计合成若干功能偶氮苯酰胺化合物,研究了在三维有序超分子凝胶中的凝胶化行为、组装规律与光致异构现象;考察了胆固醇、疏水烷基、取代基团、分子骨架、溶剂种类等因素对自组装过程的影响与调控。课题组在国际上首次报道了含有不同分子结构的胆固醇、取代烷基链取代偶氮苯衍生物的超分子凝胶,研究了在溶液和凝胶中的光致异构现象与组装机理。3.功能纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合组装材料的设计制备与吸附性能。设计制备若干功能氧化锆/磷酸锆纳米颗粒-聚苯乙烯微球复合组装材料,借助载体表面荷电性质对纳米颗粒分散、活性的促进作用及载体固定荷电功能基团产生Donnan膜预富集-强化传质特性,有效解决了传统复合吸附材料存在的纳米颗粒易团聚、工作吸附效率低、吸附传质性能不佳的缺陷,为实现重金属污水净化和安全控制提供理论基础和技术支持。研究成果已经授权若干国家发明专利,取得创新性成果。该项目的研究成果已经在Advanced Materials、ACS Appl. Mater. Interfaces、Langmuir、Journal of Physical Chemistry B、Chemical Engineering Journal、Scientific Reports等国际著名SCI收录期刊上发表论文120余篇。上述指明的2014年1月1日以前发表的20篇SCI收录论文,共被SCI引用270次,其中他人引用140次;其中8篇代表性SCI论文共被SCI论文引用161次,其中他人引用88次,包括Chemical Reviews、Progress in Polymer Science等国际顶级SCI期刊论文,均为正面引用。研究成果被国际著名论文评论网站Advances in Engineering颁发Key Scientific Article Certificate证书。
[成果] 1700320077 广东
O621.3 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于有机化学学科,相关研究是绿色有机化学的研究热点和前沿课题。项目以绿色、高效、可控的理念为指导,从化学键活化与转化过程中存在的关键科学问题入手开展系统、深入的研究,发现和发展了一些符合绿色化学基本原则的新反应、新方法与新技术,从根本上为解决高物耗、高能耗和高污染等挑战性难题提供了实践基础。项目的完成不仅推动了中国绿色有机化学的学科发展,促进与材料科学、生命科学等相关学科的交叉融合,而且为实现资源高效利用和减少环境污染提供了可借鉴的途径。主要科学发现点如下:发展了温和条件下氧气为氧化剂的氧化反应新方法及其理论。首次提出了过渡金属定向活化分子氧化学键的策略,设计了活化分子氧的新型过渡金属催化体系,实现了对活化中心-分子氧-底物的配位调控和选择性切断不饱和键,解决了在温和条件下氧气高效活化、反应选择性控制等挑战性难题;首次实现了不饱和烃断裂反应、双酯化和双羟基化反应,发展了氧气为单一氧化剂的氧化反应新方法及其理论,为若干功能有机分子与材料的绿色合成开辟了新途径。发展了基于稳定活性金属催化中心的高能单键定向活化与转化新策略。首次提出了通过载体稳定活性贵金属纳米粒子、配位活化高能单键等策略,设计了金属纳米粒子高度分散的新型MOFs催化剂,解决了无导向官能团分子中碳氯键、碳氢键等高能单键在温和条件下的定向活化与转化难题,实现了苯、甲苯和氯苯等有机物的高效转化、废物减量化与高原子利用率,发展了具有原子经济性特征的系列有机反应新方法。首次提出了活性序列定向设计策略并实现了多组分或多化学重键并存状态下化学反应原子经济性和步骤经济性的统一。运用汇聚性和活性序列设计策略揭示了化学键选择性切断与重组的制约因素与本质规律,减少了化学反应过程中一些必需的衍生化步骤,实现了多种反应组分或多类化学重键并存的情况下原子经济性和步骤经济性的完美结合,解决了复杂化学键有序构建和多样化构建的难题,发展了若干实用的和环境友好的新合成方法。研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Chem. Sci.和Acc. Chem. Res.等权威刊物上。8篇代表作SCI他引500次,20篇主要论文SCI他引1444次,4篇论文入选化学领域ESI 1%高被引论文,SCI他引100次以上论文6篇,单篇最高SCI他引192次。发展的合成新方法被相关研究小组用于构建内酯、杂环及光电材料等功能分子之中。项目组入选教育部长江学者与创新团队发展计划,获国家杰出青年科学基金和国家优秀青年科学基金资助各1人,获德国洪堡基金资助2人,获全国百篇优秀博士学位论文提名奖2人,获教育部学术新人奖3人,入选Elsevier 2014年中国高被引学者1人。项目组成员多次在国内外召开的学术会议做大会报告。部分成果获得2010年广东省科技一等奖。
[成果] 1700300157 山东
TQ031.2 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目属于绿色化工技术领域。 针对精细化工产业普遍存在的低水平重复建设,同一领域同一档次产品恶性竞争,高精尖精细化学品匮乏,三废产生量大等一系列问题。该项目以“绿色化工,清洁生产”为核心,以甜菜碱盐酸盐和叠氮化钠为突破口,着眼于利用现代有机合成技术改造传统产业,变落后产能为优势产能,解决制约精细化工产业发展的瓶颈问题,从本质上达到节能减排、环境友好的效果。 主要技术内容及创新点: 甜菜碱盐酸盐:开发了氯乙酸甲酯化-季铵化-清洁水解反应制备甜菜碱盐酸盐新工艺,整个工艺原子利用率接近100%,基本实现三废零排放,达到真正的绿色环保。 A、开发氯乙酸甲酯和三甲胺季铵化反应制备甜菜碱甲酯盐酸盐新技术,实现三甲胺的近似定量转化,从根本上克服了传统碱法工艺中氯乙酸转化率低、三甲胺过量、产品毒性大、三废排放量大、环境污染严重等关键技术难题。 B、开发高效分子筛催化甜菜碱甲酯盐酸盐水解制备甜菜碱盐酸盐新技术,催化剂可回收利用,母液可循环套用,产品灼残达到ppm级,解决了碱法工艺废盐废水量大和产品灼残高等难题。 C、开发低浓度甲醇水相合成氯乙酸甲酯新技术,解决甜菜碱甲酯盐酸盐水解反应产生的稀甲醇去向问题,实现整个产业链的循环套用。 叠氮化钠:开发了硝酸-异丙醇法叠氮化钠水相合成新工艺,反应介质以水代醇,经济环保,中间体亚硝酸异丙酯相对于亚硝酸乙酯氧化性更低,解决了叠氮化钠在反应中分解的问题,以硝酸代替硫酸,变低附加值的硫酸钠为高附加值的硝酸钠。 A、开发叠氮化钠水相合成新技术,创新性地以水代替传统工艺中的乙醇,环境友好,解决了传统工艺中使用有机溶剂易造成环境污染的难题。 B、开发亚硝酸异丙酯法制备叠氮化钠联产硝酸钠新技术,实现液液两相反应,亚硝酸异丙酯毒性更低,安全性更高,联产的硝酸钠解决了废盐问题。 C、开发叠氮化钠母液循环套用新技术,分离叠氮化钠后的母液可循环套用60次以上,提高了原料利用率,极大减少了有毒废水的排放,解决了传统工艺废水排放量大,三废治理难的关键技术难题。 授权专利情况: 该项目在实施过程中共申请国家专利11项,已授权国家发明专利3项,实用新型专利2项。 技术经济指标: 该项目整体技术达国际领先水平,先后转让给山东艾孚特科技有限公司、山东瑞弘生物科技有限公司及江苏华旭药业有限公司,获得技术转让资金5200万元。 应用推广及效益情况: 该项目技术已推广应用到山东艾孚特科技有限公司、山东瑞弘生物科技有限公司及江苏华旭药业有限公司,近三年新增销售额32217.56万元,新增利润5357.63万元,新增税收931.19万元。该项目产业化的顺利进行对该省传统精细化工产业变落后产能为优势产能以及提升产业绿色化、安全化水平具有深远意义,也为该省精细化工产业调结构、转方式、促升级提供了有力支撑,对中国精细化工整体技术水平的提高起到了示范作用。
[成果] 1700320026 北京
[O6-04, O621.2] 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:有机和碳材料具有重要的光电功能,但是由于该类材料中存在强烈的电子-振动耦合和电子相关性、多体效应显著,无法用常规的计算方法模拟。该项目从激发态和电荷动力学与分子和晶格振动相互耦合的基本理论模型出发,面向有机和碳材料的光电性能,建立了新模型和新方法,取得以下创新成果:有机发光内量子效率能否超过25%的极限是国际上十分关注的问题。根据前期帅志刚等提出的有机电致发光的内量子效率取决于单态/三态激子形成率之比、从而可超过25%的自旋统计极限的学术思想,该项目进一步给出激子形成比只依赖激发态能级排布的直接表达式,并预言该比例与外电场相关。已得到日本科学家实验的直接验证,并用来拟合实验曲线;还被新加坡和美国科学家应用于分子设计,获得单线态激子形成率达到62.5%的有机荧光材料。发展了计算分子激发态辐射与无辐射衰变速率的含时振动关联函数方法,首次实现发光量子效率的第一性原理计算,计算程序被哈佛、斯坦福、莫斯科大学等学术机构和三星等有机发光领头企业使用,下载量达1600多次。结合QM/MM计算定量揭示了分子聚集诱导发光奇异现象的内在机理,得到美国化学会网站“heart cut paper”的特别报道,被唐本忠院士引用为“Shuai’s theorem”,“Shuai’s team has played a leading role”。提出局域电荷的核隧穿模型,并采用透热波函数直接计算分子间电子耦合,结合随机行走模拟,建立了一套从微观电荷转移到介观输运的多尺度方法。研究表明量子振动引起的核隧穿效应是理解有机半导体局域电荷传输的核心因素,成功解答光谱实验给出局域电子态而电学实验给出扩展态的困惑,得到美国化学会网站Noteworthy Chemistry以“predict carrier mobility in organic semiconductor”为题的报道。预言了(分子间的)动态无序对迁移率没有影响,这与传统观念完全不同,已被美国科学家的实验证实。计算方法被哈佛、伯克利等学者认为是significant advance, improved considerably。核隧穿模型还被Nat Commun用于澄清对共轭聚合物导电机制的长期争论。针对碳基材料的电导问题,率先运用形变势模型实现迁移率的第一性原理预测,发现了石墨烯纳米带的迁移率随宽度变化的尺寸效应以及新型碳材料石墨二炔的高迁移率特性,关于石墨炔的迁移率可以高过石墨烯的结论被美国两院院士Rogers在Nature上发文引用点评、高度重视,计算方案被国际上众多研究组用于层状过度金属硫化物及合金、纳米管、钙钛矿等新型光电材料。该项目的8篇代表性论文发表在J Am Chem Soc, Adv Mater等杂志上,被SCI他引665次。20篇主要论著被Nature及子刊、Chem Rev、J Am Chem Soc等SCI他引1182次,其中应Springer邀请撰写的英文专著发表后下载量达4500多次。
[成果] 1700020100 北京
[TS803.4, TS804] 应用技术 印刷、制药、日化生产专用设备制造 公布年份:2015
成果简介:与沈阳新松自动化公司、长春光机所合作,开发平板式制版设备,正探索进一步合作方式;与辽宁丹东金丸集团开展滚筒式制版设备研发与应用试验。已经研发到第四代制版印刷技术,纳米材料直接制版技术的主要创新点在于,将特制转印材料精确打印在具有纳微复合结构的超亲水版材上,通过转印材料与版材纳米尺度界面性质的调控,在打印的印版上形成具有相反浸润性(超亲油/亲水)的纳米微区(图文区和非图文区),从而实现直接制版印刷,具有设备价格、耗材成本和运营费用低,可增长性高等优势,是一种非感光、无污染、低成本、工艺简捷的全新制版技术。它摒弃了通过感光材料预涂层及感光化学成像的技术思路,采用纳米材料直接成像的原理,彻底解决了印刷制版过程中的污染和资源浪费问题。
[成果] 1500520034 北京
O631.3 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:该项目为基础研究,属于“功能高分子”与“光化学”交叉学科领域。发展重大疾病的早期、高灵敏诊断与治疗新材料与新技术对提高国民健康具有重大意义,是国家“十二五”科学和技术发展规划中的重点领域之一。基于分子水平的生物检测体系中由于生物探针分子与大多数的目标生物分子结合后其光学信号或电子特性不会发生显著变化,可满足临床实时、简便应用的生物分子传感体系相当有限。如何理解和认识具有信号放大功能的分子体系,并将其作为信号传导基元把生物分子结合事件的信息转化为可测量的光信号,这是该领域的核心科学问题。在分子水平上正确理解分子材料中的基本物理化学过程,设计发展光学功能化学分子及其检测体系是推动该领域获得突破性进展的关键。该项目以共轭聚合物为研究对象,利用其独特的π电子共轭结构与光学信号放大特性,建立和发展了基于荧光共振能量转移机制的快速、简便生物识别与检测方法,实现了重大疾病相关的基因、蛋白分子的高灵敏检测并获得与肿瘤的关联性信息;在该基础上设计了高效抗菌体系,实现了共轭聚合物在疾病治疗中的新应用。该研究在国际上获得了广泛关注和高度评价,将共轭聚合物的设计及其在生物领域应用的基础研究推向了一个新的层次。主要科学发现如下:1.设计合成了一系列新型水溶性共轭聚合物材料,阐明了它们的分子结构、聚集态与光物理性质的关系,通过高效荧光共振能量转移机制发展了生物识别与传感新方法。考虑分子间的化学作用力调控,研究了分子结构、聚集态与性能之间的关系,获得大吸光截面、高荧光亮度以及稳定性好的水溶性共轭聚合物。首次利用阳离子聚芴与荧光共振能量转移技术,实现了DNA甲基化的高灵敏检测,阐明了基因启动子的甲基化程度与肿瘤之间的关联性,揭示了联合多基因指标实现结肠癌早期诊断的可行性。2.通过水溶性共轭聚合物识别信号传导调控,实现了蛋白质高灵敏与高选择性传感,开创了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选新思路。通过构建共轭聚合物/酶底物分子体系,成功实现了酶活性的高灵敏与高选择性检测,并用于酶抑制剂的高灵敏筛选;针对病原菌日趋严重的耐药性问题,首次构建了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选体系。3.利用共轭聚合物髙效能量转移机制,提出了共轭聚合物疾病治疗应用的新策略。设计合成了新型水溶性聚噻吩,通过其与卟啉受体分子的高效能量转移,提髙了活性氧产生的效率以及抗菌效果,为发展新型的高效抗菌光敏剂提供了新方法,同时为克服细菌对抗生素的耐药性提供了科学依据。该项目在Nat.Protoc.(1篇)、Acc.Chem.Res.(1篇)、Chem.Soc.Rev.(1篇)、J.Am.Chem.Soc.(5篇)、Angew.Chem.Int.Ed.(4篇)以及Adv.Mater.(6篇)等杂志上发表核心论文20篇,SCI他引1314次,8篇代表性论文SCI他引747次。论文多次被同行在Chem.Rev.、Acc.Chem.Res.、Chem.Soc.Rev.、NPG Asia Materials以及Nano Today等学术杂志以及Nature China、RSC Chemistry World、Wiley Materials Views等学术网站作为亮点报道。项目成果获授权中国发明专利7项,获2014年度北京市科学技术一等奖。
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