化学前沿结课论文

应用化学 张秀芳20094546

    在大学最后的时间里，再一次欣赏到咱们化药学院诸位老师的精彩讲座，让我在化学领域前沿做了一个初步的了解，对同学们来说，无论是考研继续深造，还是找工作打拼都将成为一个莫大的助力。一周一位老师耐心的讲座，一个领域前沿方面的拓展，老师们对于精华的提取，带给我们完全高出课本，来自时代尖端的知识风暴。下面我就略微阐述一下自己的感想。

第一节 分析化学前沿--吕海涛

    分析化学学科的发展经历了三次巨大变革：第一次是随着分析化学基础理      论，特别是物理化学的基本概念（如溶液理论）的发展，使分析化学从一种技术演变成为一门科学，第二次变革是由于物理学和电子学的发展，改变了经典的以化学分析为主的局面，使仪器分析获得蓬勃发展。

    第三次变革的基本特点：从采用的手段看，是在综合光、电、热、声和磁等现象的基础上进一步采用数学、计算机科学及生物学等学科新成就对物质进行纵深分析的科学；从解决的任务看，现代分析化学已发展成为获取形形色色物质尽可能全面的信息、进一步认识自然、改造自然的科学。

发展趋势：1.提高灵敏度

2.解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性

3.拓展时空信息

4.微型化及微环境的表征及测定

5.形态、状态分析及表征

6.生物大分子及生物活性物质的表征及测定

7.非破坏性检测及遥测

8.自动化及智能化

第二节  农药与仿生农药的研究与开发--曲宝涵

农药不仅能防治各种有害生物，提高作物产量，还能提高作物抗逆性，调节作物生长，改善作物品质。然而由于化学农药长期不合理使用，也带来了诸多弊端，如造成环境污染、对非靶标生物的直接毒害、害虫易产生抗药性等。近年来，随着IPM 理论的实施、可持续发展战略的发展和人类对自身健康要求的提高。环境兼容性好、安全、低残留、经济的仿生农药的研究与开发日益受到人们的重视。

我国是农业大国，农作物病虫草害常年发生面积大约4亿公顷，每年需生产和使用农药80万t，农药已成为农业生产中不可缺少的因素。农药的广泛使用，虽然对生产发展起到了重要作用，但也出现了诸如虫害、病害的抗药性问题、对环境的污染以及在农畜产品中残留和积累问题、伤害天敌、破坏自然生态平衡、引起害虫再猖獗问题等。这对新农药的研制提出了较高的要求，尤其是进入21世纪以来，随着人们崇尚自然、保护环境、关注食品安全的呼声日渐高涨，无公害生物农药产业及生物防治领域研究获得了难得的发展机遇。

仿生农药的开发实为发现新农药的重要途径，我国地大物博，生物品种繁多，乡间有不少应用土农药的经验，完全可以从中发现新的活性物质，确定新的化学结构模型，从而开发新的仿生农药，为祖国的农药科学作出新的贡献当然，生物活性物质的分离、化学结构的确定、新农药结构的设计、合成以及一系列的药效和毒理的试验， 对环境的影响等，都需要生物、化学、植保、医学、农学、化工各方面专业人员。

第三节  生物传感器--王

    生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。

    生物传感器是一个多学科交叉的高技术领域，伴随着生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展，未来的生物传感器将会和计算机完美紧密的结合，能够自动采集数据、处理数据，可以更科学、更准确地提供结果，实现采样、进样、最终形成检测的自动化系统。

第三节   天然产物

    天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许许多多内源性的化学成分统称作天然产物。近年来，对天然生物产物的研究逐渐扩展和深入，尤其是海洋生物活性物质的开发利用。概括的讲，天然产物是指通过精细化工、生物化学技术，从天然原料中提取分离出的具有独特功能和生物活性的化合物。

海洋生物种类繁多、数量庞大, 人们对海洋生物的研究还只是开始, 且相当有限。同时,自然界还拥有数以百万计的昆虫和其他无脊椎动物,它们的化学成分研究大部分是在化学生态学的名义下进行的, 并没有和药物的发现联系在一起, 更没有研究它们的生物活性与疾病的关系。这些工程浩大的研究工作都亟待科学家们去争分夺秒完成。

另外，对于天然产物研究还在向着其它更多的方向发展，比如：现代创新医药，农药，还可以研究细胞循环，信息传递，细胞内蛋白质运载等。我国对天然产物的研究还处于初级的水平，随着从分子水平领域的切入，天然产物的研究将进入更高层次的发展。

第五节  微流控芯片--王修中

微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。报告介绍微流控芯片技术领域国际最新发展，结合报告人多年微流控芯片研发成果，介绍一套完整而独特的芯片制造工艺技术，以及多种不同应用的微芯片。

白金电阻芯片, 压力传感芯片, 电化学传感芯片, 微/纳米反应器芯片, 微流体燃料电池芯片, 微/纳米流体过滤芯片等

目前媒体普遍认为的生物芯片，如，基因芯片、蛋白质芯片等只是微流量为零的点阵列型杂交芯片，功能非常有限，属于微流控芯片的特殊类型，微流控芯片具有更广泛的类型、功能与用途，可以开发出生物计算机、基因与蛋白质测序、质谱和色谱等分析系统，成为系统生物学尤其系统遗传学的极为重要的技术基础。

第六节  壳聚糖生物材料研究进展报告--孙晓颖

壳聚糖(CS)是甲壳素的脱乙酰产物,甲壳素广泛存在于蟹、虾等低等动物以及藻类、真菌等低等植物中,含量极其丰富,自然界每年产量约在1010t～1011t,是仅次于纤维素的第二大多糖。作为生物医用材料,壳聚糖生物相容性好且能被生物降解,降解产物无毒性。另外，壳聚糖是自然界中产量仅次于纤维素的第二大多糖,有优异的生物学性能,在生物医用材料和医学研究领域有着广泛的应用前景,对复合材料进行了概述,对壳聚糖复合生物材料的研究发展前景予以展望。

第七节  日用化学品与健康—牛永盛

一．食品添加剂

名称举例    食用香精、乳化剂、增稠剂、增味剂、水分保持剂、山梨酸钾、D-异抗坏血酸钠、酸度调节剂、红曲米、赤藓红、亚钠

二、作用于潜在危害

1.食用香精：由各种食用香料和许可使用的附加物调合而成，用于使食品增香的食品添加剂。食用香精的调香创作主要是模仿天然瓜果、食品的香和味，注重于香气和味觉的仿真性。食用香精是参照天然食品的香味，采用天然和天然等同香料、合成香料经精心调配而成具有天然风味的各种香型的香精。食用香料因用量少，一般不会危害健康。但近年发现，某些天然香料中含有黄樟素，这是一种有强烈芳香气味的液体，动物实验发现其可引起肝脏病变，所以天然香料对人体的潜在危害也不应忽视。人造香料大都来自石油化工产品和煤焦油等原料，分酯类、酸类、醇类、酚类、酮类、醚类、类脂等。由于原料及配方不同，人造香精有不同的气味。

    2．乳化剂：乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂。乳化剂的作用是：当它分散在分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。例如，在农药的原药（固态）或原油（液态）中加入一定量的乳化剂，再把它们溶解在有机溶剂里，混合均匀后可制成透明液体，叫乳油。

    3．增稠剂：作增稠剂、悬浮剂、凝胶剂、乳化剂和稳定剂，一般用量0．03%—0．5%。如在可可牛奶中用量为0．025%—0．035%，牛乳凝胶为0．2%—0．3%，酸乳为0．02%—0．03%，加热杀菌的饮料和牛乳凝胶选取K型。同时，卡拉胶与刺槐树胶有增效作用，可提高其凝乳强度和黏度。可作为饮料的增稠剂、稳定剂，同时作果汁和酒的澄清剂使用可广泛用于增稠剂、乳化剂、稳定剂和凝胶强化剂。用于果肉型饮料、蛋白质饮料等，可增加饮料的浓厚感，并稳定各成分的悬浊性。因黄原胶具有假塑性，用于饮料增稠但无黏糊感，并有良好的放香性。将CMC作胶体保护剂，与黄原胶组合可防止饮料凝聚。黄原胶还可用于固体粉末饮料，标准用量为1%。增稠剂只要适量的使用对人体是不会造成危害的。

    4．增味剂：鲜味不影响任何其它味觉刺激，而只增强其各自的风味特征，从而改进食品的可口性。有些鲜味剂与味精合用，有显著的协同作用，可大大提高味精的鲜味强度(一般增加10倍之多)，故目前市场上有多种强力味精和新型味精出现，深受人们欢迎。

5.亚钠：析试剂，在肉类制品加工中用作发色剂、防微生物剂，防腐剂。能使血红蛋白变成高铁血红蛋白，对氰化物的解毒过程与亚甲蓝相问，但作用较亚甲蓝强。适用于氰化物中毒的解救。由于其具有咸味且价钱便宜，常在非法食品制作时用作食盐的不合理替代品，因为亚钠有毒，含有工业盐的食品对人体危害很大。

第八讲  电容器活性材料制备与其电容性--龚良玉

电极材料——碳材料

超级电容器具有比普通电容器的比能量更高，比二次电池的比功率更高、循环寿命更长、更耐温而且免维护等优点。1.电极材料和电解液 2.是影响超级电容器性能的重要因素。目前国内超级电容器用活性炭主要来自进口，昂贵的价格了超级电容器的发展，探索合适的活性炭制备工艺，选择能产业化规模生产的超级电容器碳电极材料是至关重要的。有机电解液具有腐蚀性小、电位稳定窗口高、能有效提高超级电容器能量密度等优点，正逐步取代普通的水系电解液，在超级电容器中得到广泛的应用。

1.概述    超级电容器又叫双电层电容器、电化学电容器, 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

2．应用（1）智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动电源（2）太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。（3）手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。（4）电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。（5）电动汽车 快速启动 

（6）电力系统 电网改造 户外开关（7）风力发电 海上风机

第九节  卟啉及其衍生物—李建忠

简介  卟啉是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥（=CH-）互联而形成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩，有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。

性质  通常卟啉分为两类,第一类:脂溶性卟啉化合物，通常溶于有机溶剂，如氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、苯等脂溶性溶剂，在石油醚、正己烷等溶解度很小；第二类：水溶性卟啉化合物，通常溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙腈等亲水性有机溶剂中。卟啉化合物的熔点通常大于300度，紫红色固体粉末或结晶固体。具有一定的光敏性质,在紫外或可见光作用下，能有效释放单线态氧。

卟啉的作用

   （1）卟啉分子开关  分子开关是分子计算机的重要部件，它的主要优点就是组合密度高、响应速度快和能量效率高。 

　 （2）模拟生物光合作用 　卟啉化合物构成叶绿素等生物大分子的核心部分，参与植物光合作用等一系列重要过程。从80年代初开始，人们设计和合成了许多含有胡萝卜素、醌等官能团的卟啉类超分子体系来模拟和了解研究光合作用中心的光致电子转移和能量转移等过程，并取得了很大的进展。 

　 （3）在太阳能电池中的应用  卟啉及其衍生物制备的有机太阳能电池主要有两种：肖特基型和P-N异质结型。特基型太阳能电池的结构为：玻璃基片/电极/染料/电极；P-N异质结型太阳能电池的结构为：玻璃基片/铟-锡氧化物(ITO)/n-型染料/p-型染料/电极。

 第十节 纳米材料的制备、表征及其应用研究，金属腐蚀与防护研究--宋祖伟　

科研工作情况　

1.学术成就概述：先后参加国家科技支撑计划子课题1项、国家自然科学基金课题2项、山东省教育厅课题1项、青岛市科技局课题3项、校级课题4项。科研成果“碳化硅晶须制备的中试试验”、“碳化硅晶须的研究与产业化”经专家鉴定分别达到国际领先水平、国际先进水平，上述两项目提出和使用了双重加热这一新技术，制造了双重加热炉，解决了碳化硅晶须制备的关键问题，在完成碳化硅晶须制备中试试验的基础上，实现了碳化硅晶须的产业化生产；科研成果“直排式节水坐便器的研制”经专家鉴定达到国际先进水平，该项目研制开发的新式坐便器采用直排节水技术，用特制的用特制的排污阀代替存水弯，依靠排污阀的开、关控制坐便器的排污和密封，大大节省了冲水量，节水率在60%以上，该成果具有很好的应用推广前景和显著的社会与经济效益。

2.科研论文（代表本人学术水平的论文，20篇左右，包括外文） 

（1）碳化硅晶须制备微孔陶瓷. 稀有金属材料与工程, 3/3, 2008, A01: 127-129 

（2）催化剂对合成碳化硅晶须的影响. 中国陶瓷, 1/4, 2005, 41(2):28-30 

（3）碳化硅晶片的制备技术. 无机盐工业, 1/4, 2005, 37(9):8-10 

（4）双重加热法合成碳化硅晶须的研究. 人工晶体学报, 4/4, 2003,32(1): 78-81 

（5） 碳化硅纳米晶须的制备技术. 材料导报, 3/4, 2002, 16(12):37-39

第十一节  组蛋白去乙酰化酶抑制剂的合成与生物活性--魏红涛

基因转录的有序是机体细胞维持正常功能的前提，如果基因转录功能紊乱，细胞就可能发生癌变。最近的研究发现，肿瘤的发生与核心组蛋白的乙酰化及去乙酰化的失衡有密切的关系。有机体内，负责组蛋白乙酰化和去乙酰化的是一对功能相互拮抗的蛋白酶：组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰酶。

一、组蛋白与癌症的关系

    组蛋白的乙酰化水平与肿瘤的产生、增殖、致癌基因和肿瘤抑制基因的表达水平有密切的关系。HAT通过对核心组蛋白分子N端25～40个氨基酸范围内的赖氨酸残基进行乙酰化修饰，使染色质处于松散、开放的状态。进而转录因子转录调节复合物和RNA合成酶能够更加接近染色质。使得基因表达更加容易；HDAC的作用与H AT相反。它使染色质处于一种紧密的超螺旋结构，基因表达受到抑制。同时，HDAC还与多种特征性明显的致癌基因和肿瘤抑制基因的表达有密切的关系。研究证明，HDAC与急性早幼粒细胞白血病的发生密切相关。

组蛋白抑制剂的分类：1. 异羟肟酸类；2．短链脂肪酸类；3. 环肽类；4.其他类

四、前景

近年的研究表明，肿瘤的产生与细胞内组蛋白的乙酰化水平有密切的关系，增加细胞内乙酰化组蛋白的含量，可以对肿瘤细胞的生长起到抑制作用，并诱导其分化和( 或) 凋亡。抑制细胞内HDAC的活性，可以增加细胞内组蛋白的乙酰化程度，提高p21、p53等基因的表达水平，进而达到抑制肿瘤细胞的增殖，诱导肿瘤细胞分化和( 或)凋亡的目的。相信在未来的几年内会有更多的具有显著抗肿瘤效果与临床应用前景的HDAC抑制剂不断问世。

第十二讲 创新的力量--师进生

对创新的认识

创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。它有三层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变。

    科技创新作用

    知识社会环境下的科技创新包括：知识创新、技术创新和现代科技引领的管理创新。知识创新的核心科学研究，是新的思想观念和公理体系的产生，其直接结果是新的概念范畴和理论学说的产生，为人类认识世界和改造世界提供新的世界观和方；技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造和价值实现，其直接结果是推动科学技术进步与应用创新的良性互动，提高社会生产力的发展水平，进而促进社会经济的增长；管理创新既包括宏观管理层面上的创新——社会政治、经济和管理等方面的制度创新，也包括微观管理层面上的创新，其核心内容是科技引领的管理变革，其直接结果是激发人们的创造性和积极性，促使所有社会资源的合理配置，最终推动社会的进步。 

第十三节  基于仿生理念的新型手性催化剂的设计合成及其应用--肖建

一．催化剂

（1）定义：催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。

（2）作用：催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。

二、仿生理念的手性催化剂

（1）仿生理念是试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。

（2）手性催化剂：手性催化剂按其反应类型可分为不对称催化氢化，不对称催化氧化，不对成双羟基化，不对称羟氨化，不对称催化环丙烷化，不对称氢氰化，羟基不对称催化还原等。

第十四节  太阳能电池（有机染料教化DSSCS）--高立彬

太阳能电池的原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由p区流向n区，光生电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 

　（1） 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。 

（2）光—电直接转换。太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体辐射出不同波长的电磁波， 如红、紫外线，可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。 太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料 敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7 %，非晶硅薄膜电池的效率为10.1%。

二、太阳能电池组件构成及各部分功能： 

   （1）钢化玻璃 其作用为保护发电主体，透光其选用是有要求的， 1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理（2）EVA 用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。（3）电池片 主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，但光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜薄膜太阳能电池，相对设备成本较高，但消耗和电池成本 很低，但光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，但弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。（4）EVA 作用如上，主要粘结封装发电主体和背板（5）背板 作用，密封、绝缘、防水（6）铝合金 保护层压件，起一定的密封、支撑作用（7 ）接线盒 保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同（8）硅胶 密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，现在国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

第十五节     孔祥平简介

科研工作情况

（一）学术成就概述

攻读硕士和博士学位期间，主要从事微生物驱油理论方面的研究工作，研究结果为建立微生物提高原油采收率技术室内评价方法（尤其是物理模拟驱油体系方法）和可工业化应用的数模软件提供基础，对最终准确描述微生物驱油机理具有重要意义。研究成果已应用于胜利油田单12区块，矿场试验正在进行中，初步见到了良好的效果。硕士论文获2005年山东省优秀硕士学位论文奖，参加国家自然科学基金1项（No.50604013），青岛市科技局项目1项(08-1-3-22-jch)，发表科研论文10余篇，其中5篇被EI收录，1篇被SCI收录。

（二）主持和参加的科研项目

1. 油藏环境中采油功能微生物群落选择性激活条件研究, 2007.01－2009.12. 国家自然科学基金委, No.50604013, 25.00万, 参加, 3/6

2. 保护地蔬菜根结线虫病害生物防治配套技术研究, 2008.10－2009.12, 青岛市科技局,