浙大化学系2021年十大重要科技进展亮点成果

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导读

浙江大学化学系2021年以通讯单位在《Nature》和《Science》发表4篇论文，其中第一作者单位2篇；获得国家级高层次人才基金3项、国家级优秀青年人才基金7项，新增主持科技三重项目5项，千万级科研项目4项；获得浙江省科学技术自然科学一等奖1项、发明一等奖1项；获批成立浙江省激发态材料合成与应用重点实验室，获得1个五千万元捐赠合同和1个五千万元重大横向合同建设“浙江大学激子半导体研究中心”。化学学科国际排名继续攀升，ESI排名第14，US News排名第17，QS排名第22。近日，浙江大学化学系公布“2021年度十大重要科技进展亮点成果”。

1

成果名称：单分子电致化学发光显微镜

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：冯建东等

简介：

化学创造着千变万化的物质世界，在这其中每一个单分子起到基本的作用。传统化学和生物学研究大量分子参与的反应和变化。著名物理学家埃尔温·薛定谔曾评论过：“我们从来没有用一个单电子、单原子或单分子做过实验。我们假设我们可以在思想实验中实现，但是这会导致非常可笑的后果。”观察、操纵和测量最为微观的单分子化学反应是科学家面临的一个长久科学挑战。针对这一挑战，浙江大学化学系冯建东研究员致力于发展跨学科的单分子测量方法和仪器，实现多维度的溶液体系单分子物理和化学过程观测、新现象研究和应用建立。其团队发明了一种可以直接对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，并实现了超高时空分辨成像。该技术在化学成像和生物成像领域具有重要的应用价值，允许看到更清晰的微观结构和细胞图像，成果在2021年作为封面论文刊登于《自然》。

2

成果名称：无机颗粒的融合

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：唐睿康、刘昭明等

简介：

人们通常使用陶瓷高温烧结方法促进无机矿物颗粒的融合，但也只能达到部分融合。唐睿康、刘昭明团队最新成果发现，通过调控无定形碳酸钙矿物内部结构水含量和外部压力可以在常温条件实现固体颗粒之间的完全融合，相关论文于2021年发表在国际顶级期刊《Science》上，研究工作受到国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金、科技部重点研发计划项目的资助。研究揭示在一定的压力下，材料内部可以形成动态水通道促进离子传质，从而使固态材料获得一定的结构流动性，为无机颗粒的融合提供了全新的认知。利用材料结构水的传质策略克服了传统烧结方法的不足，所得到块体材料的结构具有连续性和均一系性，因此拥有着优异的光学透过性和机械力学强度。压力诱导颗粒融合的研究表明原本刚性的无机材料也具有一定的可塑性。进一步融合团队先前提出的无机离子聚合策略（Nature 2019），该成果有望发展出“无机胶水”并用于生物硬组织包括牙齿与骨骼的多级快速修复，为生物医用材料发展和材料产业带来一场新的技术革命。该成果也是唐睿康教授牵头承担的国家重点研发计划“生物医用材料研发与组织器官修复替代”重点专项《基于纳米簇新型材料的生物学效应及其仿生装配复合组织的基础研究》（国拨经费1328万元，2021年顺利结题）的标志性成果之一。

3

成果名称：沸石表面凝血机理研究及其产业化

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：范杰等

简介：

创伤是全球第四大死因，其中创伤早期死亡原因主要是由于无法控制的大出血。因此，有效控制大出血一直是院前急救的关键。沸石是一种无机硅铝酸盐材料，除了作为催化剂和吸附剂广泛应用在石油化工和催化等工业领域，在生物医学上还能够促进血液凝固。早在2000年，美国军队已经将沸石类止血材料QuikClot作为紧急止血产品，在海湾战争和阿富汗战争中投入使用。然而，研究人员对于沸石的止血机理一直存在疑问。

自2007年以来，浙江大学化学系范杰/肖丽萍课题组一直致力于沸石的止血机理的研究和新型止血产品的研发；在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Nano Lett., ACS Catal.等国际知名期刊上发表论文70余篇(总引用次数>8000)，拥有国际授权专利2项，中国授权专利19项；研究工作受到了国家自然科学基金委重大科研计划集成项目（1400万）和重点项目（400万）的资助以及世界500强企业壳牌石油公司的支持（80万美元）。2021年，该研究再次取得重大进展，团队首次从分子层面揭示了沸石表面的凝血过程，并提出沸石颗粒作为“无机血小板”的概念，在凝血反应中扮演了类似于血小板的角色，为凝血因子的瀑布式级联反应提供了“平台”。如同在血小板表面发生的那样，凝血因子V和X在Ca基沸石表面组装成凝血酶原酶复合物，并发挥同样的凝血酶原活化作用；不仅如此，在沸石表面活化的凝血酶不会像在血小板表面活化的那样直接进入血液，而是吸附在沸石表面，并表现出远超生物体内的活性，这种高活性源自凝血酶在沸石表面特殊的吸附构象。相关成果作为封面文章，于2021年7月22日发表于《Nature Catalysis》（IF=41.8）。

期刊封面及文章附图

同时，该项研究工作不仅仅是发论文、上书架，相关产品也已经获得授权专利，走上货架。由范杰教授创立的杭州沸创生命科技股份有限公司建立了基于棉纤维表面原位合成技术的世界首条百吨级沸石纱布生产线，获得了产业基金多轮巨额融资支持。企业目前已推出沸石止血纱布、沸石敷料、止血衣等核心产品，并获得CFDA、CE、FDA注册认证，为交通事故、自然灾害等突发情况下的人员快速止血和生命安全提供有力保障。

百吨级沸石纱布生产线和相关研发产品

4

成果名称：基于不对称碳氢键活化的精准有机合成化学

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：史炳锋等

简介：

史炳锋教授课题组长期致力于惰性碳氢键精准催化转化及合成应用研究，发展新试剂、新方法和新策略，解决惰性碳氢键精准转化的活性及选择性调控等基础科学问题。2021年度，在惰性碳氢键不对称催化转化研究中取得重要进展。发展地球丰产金属钴催化的不对称碳氢键活化新方法，实现了廉价金属Co(III)/手性羧酸催化的碳氢键活化/非活化脂肪端基烯烃高立体选择性的氢芳基化反应，并建立了醋酸钴/手性磷酸二元催化体系，实现了碳氢键烯基化和不对称[4+1]螺环化反应；基于氢键作用，发展新型轴手性酸配体，实现了Ru(II)催化的不对称碳氢键活化构建硫中心手性；发展瞬态手性辅基策略、Pd(II)/手性螺环磷酸和Pd(II)/焦谷氨酸催化体系，实现了联芳、苯乙烯和类肽酰胺等阻转手性的高效构筑。以上研究成果发表在CCS Chem., J. Am. Chem. Soc.，Chem，Angew. Chem. Int. Ed.和Acc. Chem. Res.等知名期刊，为手性物质的精准创制提供了新的策略。自2021年11月起，史炳锋教授受邀担任美国化学会旗下知名期刊The Journal of Organic Chemistry的副主编。

5

成果名称：高氧化态天然产物的高效全合成

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：丁寒锋等

丁寒锋教授团队近年来围绕“高氧化态天然产物的高效全合成”这一重要科学问题开展研究。通过发展新型氧化去芳香化促进（ODI-）的环化串联反应体系，建立了高度官能团化核心骨架的构建新策略，为高氧化态天然产物的获取提供了强大的工具。2021年度的工作主要包括：a）基于ODI-[5+2]环化串联反应实现了8,9-次裂型对映-贝壳杉烷Shikoccin家族和毛皮伞二萜Crinipellin家族的集群式不对称全合成；b）基于ODI-[4+2]环化串联反应完成了海替生型二萜生物碱Davisinol和18-Benzoyldavisinol的不对称全合成；c）基于仿生启发的吲哚去芳香化反应实现了单萜吲哚生物碱Alsmaphorazine C和Strictamine的不对称全合成。这些工作均为目前上述复杂天然产物的首次或最短全合成，解决了路线冗长、效率低、不能规模制备等难题，为深入研究生物学功能及药物开发提供了技术支撑和物质保障。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Acc. Chem. Res.发表论文5篇。研究工作受到国内外同行的广泛关注和积极评价：3篇论文入选J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.年度或月高访问量论文，3篇论文被收录于Synfacts（1篇入选“Synfact of the Month”），被“Organic Chemistry Highlights”及《有机化学》等作为亮点评述5次。丁寒锋教授获得2021年度国家杰出青年基金资助。

6

成果名称：负载型催化剂微纳结构调控关键技术创新及产业化

成果类型：重要科技成果奖

主要完成人：王勇等

简介：

催化选择性加氢是实现化工产品高值化和绿色化的关键技术，而催化剂是加氢技术的核心。长期困扰催化加氢行业的关键难题是难以从微纳尺度对广泛使用的炭负载型催化剂进行精准设计、制备，导致催化剂可控性差、催化效率低。针对以上问题，浙江大学化学系催化研究所王勇教授团队和浙江新和成股份有限公司开展联合攻关，经过10年的努力，先后开发或攻克了炭材料氮掺杂技术、纳米颗粒活性位选择性调控技术以及“发泡法”造开放多级孔技术，通过对催化剂微纳结构的精准调控，发明了系列高性能负载型纳米金属催化剂，并成功应用于新和成维生素H、维生素E等主导产品的工业生产中。相关催化技术的应用，实现了核心产品的转型升级，提高了合作企业产品的市场竞争力，多个产品市场份额跃居世界第一，部分产品实现从依赖进口到主导国际市场的根本转变，培育了国际领先的维生素特色产业集群，带动了营养品、日化、饲料等下游相关产业的蓬勃发展，为我国精细化工产业实现高质量发展做出重要贡献。相关成果荣获浙江省科学技术奖-“技术发明一等奖”。王勇教授主持的《重要反应过程贵金属等效减量的关键技术开发及应用示范》课题获批2021年度国家重点研发计划项目（项目总经费7500万元，其中国拨经费2500万元）。王勇教授入选科睿唯安2021年度全球“高被引科学家”榜单。

7

成果名称：浙江省激发态材料合成与应用重点实验室获批建设

成果类型：重要科技创新平台建设

主要完成人：彭笑刚、方群、金一政、朱海明等

简介：

浙江省激发态材料合成与应用重点实验室于2021年1月获得浙江省科技厅认定。彭笑刚教授任实验室主任，方群教授、金一政教授和朱海明研究员任实验室副主任。电-光-化学能转化对于改变人类生活，缓解资源枯竭的危机具有重要意义。电-光-化学能的核心是分子（或晶体）材料的电子激发态（系统能量高于基态的亚稳态）的性质。浙江省激发态材料合成与应用重点实验室重点开展激发态材料的设计和可控制备、激发态机制和多维度表征、激发态材料的应用和器件等方向的研究，推进一批新兴光电材料和实验技术的产业化，例如量子点打印技术，纳米材料合成技术，新型分析测试仪器等。实验室将推进浙江省化学、光电等学科的交叉汇聚和融合创新，为推动浙江省相关高新技术初创企业的发展贡献力量。彭笑刚教授主持的《胶体半导体纳米晶表界面性质与激子操控》获批2021年度国家自然科学基金重点项目（直接经费304万元），该项目总体目标是把胶体纳米晶发展成为“激子半导体”。

8

成果名称：超分子新物质创制创新工坊建设取得重要进展

成果类型：重要科技创新平台建设

主要完成人：黄飞鹤、李昊、郭庆辉、陈洪亮、王宇平

简介：

超分子新物质创制创新工坊（以下简称工坊）于2021年6月25日在浙江大学杭州国际科创中心论证成立，2021年在人才引育、基础建设、项目申请、学术研究等方面取得了重要进展。工坊已有8名PI入职，其中郭庆辉和陈志杰研究员入选国家高层次青年人才计划。工坊规划设计了10间实验室，其中6间有机合成实验室已建成投入使用，NMR仪器完成试运行。工坊累计以浙江大学化学系、浙江大学杭州国际科创中心为通讯单位发表包含Science （1篇），CNS子刊（7篇）在内的高影响力期刊论文30篇，申请重要发明专利1项。获批重点项目2项（繁星科学基金项目《分子机器的设计、合成及潜在应用研究》（黄飞鹤主持，项目经费1500万）、国家基金委重大项目子课题《化学反应途径的超分子调控》（郭庆辉主持，课题直接经费349万）。黄飞鹤教授领衔的《基于主客体识别构筑超分子聚合物研究》荣获2021年度浙江省自然科学奖一等奖；黄飞鹤教授入选科睿唯安2021年度全球“高被引科学家”榜单。工坊组织承办了《2021年浙江大学新物质创制前沿云论坛》、《浙江大学-美国西北大学双边论坛》、《基于范式转变的新物质创制西湖学术论坛》等高端学术论坛。

9

成果名称：量子点发光显示关键材料与器件研究

成果类型：国家重点研发计划重点专项结题成果

主要完成人：彭笑刚、金一政等

简介：

从2016年07月至2021年06月，由浙江大学牵头，联合纳晶科技股份有限公司、TCL集团股份有限公司等单位组织开展的国家重点研发计划战略性先进电子材料重点专项“量子点发光显示关键材料与器件研究”，通过产学研联动，从量子点材料和QLED原型器件的基础研究、喷墨打印制备QLED阵列关键技术到AM-QLED显示屏样机的工程集成进行全创新链的研发工作。项目研究提出了“激发态合成控制”新概念，在基础科学层面解决了电致发光量子点的构效关系、量子点电致发光机制、高性能无镉可控合成、量子点发光上转换等难题；在工程技术层面实现了系列高性能QLED原型器件，突破了高性能QLED阵列大规模制备的关键技术，开发了电致发光量子点和上电极银墨水的公斤级制备技术，建立了全球最大的量子点生产基地，打通了喷墨打印制造AM-QLED 这一全新的技术路线。

该项目总经费24000万元，其中国拨经费3000万元，研究成果在Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Advanced Materials等国际知名期刊发表学术论文29篇，制定行业标准1项，申请国家发明专利170项。项目完成了计划任务和相关考核指标，达到了预期目标和成效。

10

成果名称：光电转换激发态动力学

成果类型：高影响力学术进展

主要完成人：朱海明等

简介：

高新材料激发态动力学从根本上决定了其光-电-化学能源转换的效率和性能。朱海明课题组利用自行发展的同时具有高时间、空间、能量分辨的超快光谱技术，深入研究了新型半导体材料的激发态动力学过程。在二维铅卤钙钛矿中提出“动态激子极化子”的新图像，解释了二维钙钛矿不对称发光的起源，揭示了晶格耦合对激发态性质的影响（Nat. Commun. 2021, 12, 1400；；IF=14.9）；通过手性分辨超快光谱首次揭示了半导体-石墨烯异质界面，由态密度决定的异步超快电荷转移传能新机制，通过异质结设计实现自旋极化的电荷转移和长的自旋保持（Sci. Adv. 2021, 7, eabg2999；IF=14.1）；通过超快光谱和光伏器件性能表征的结合，揭示电荷复合生成非富勒烯三线态是造成高效有机太阳能电池非辐射复合损失的新机制，同时提出通过给体材料侧链氟化的策略，大幅降低非辐射复合损失并提升有机太阳能电池效率，为下一代高效率有机太阳能电池的研究提供了新的方向（Joule 2021, 5, 1832；IF=41.2）。由于这一系列的工作，课题组被邀请发表评论文章（Acc. Chem. Res. 2022, 55 (3), 345；J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13 (4), 1123）。朱海明研究员获得国家级优秀青年人才基金资助，并入选科睿唯安2021年度全球“高被引科学家”榜单。

来源：浙大化学