化学基础研究进展

化学基础研究进展

化学基础研究进展

加强基础研究，重视知识创新是近年来化学科学发展的突出特点之一。化学作为传统的基础学科，像其他任何一门基础学科一样，存在着大量需要深入研究、探索的问题，即使是一些新兴的领域同样也需要化学基础研究的深入来支撑其发展。

1．无机化学

无机化学领域最为突出的进展是“金属配合物中多重键的反应性研究”，创立了活性钌—氧、钌—氮和钌—碳多重键配合物化学，并用于揭示原子和基团向有机底物转移的反应机理。

具有特定光、电、磁性质的新型功能配合物研究是当代无机化学中最活跃的学术领域，其中分子磁体研究是目前国际上一个多学科交叉的前沿科学领域。中国的化学家设计合成了国际上首例同自旋“单链磁体”——叠氮钴一维配合物；设计合成了多个系列的结构新颖的短桥连接分子磁体，特别是异金属磁体、混桥杂化磁体和不对称“三原子单桥”构筑的分子弱铁磁体；在国际上首次获得了锰的叠氮桥手性分子磁体；发展了以金属磁性簇合物为节点组装三维微孔磁体的方法，并利用客体分子调控其磁性质。

在功能材料与器件方面，我国学者通过分子设计合成了一系列具有丰富发光性质的可溶单核与多核金属炔和硫属过渡金属配合物；发现重金属嵌入有机炔和低聚炔可产生新颖高效的磷光富碳材料；发现可溶发光金属硫属簇可作为金属硫属半导体材料的模型化合物。

2．物理化学

化学热力学是物理化学的基础、经典领域。超临界流体热力学是超临界流体理论研究和超临界技术在各领域应用的基础。我国科学家在超临界水和甲醇等方面进行了大量的探索，其中在利用超临界水制备一系列纳米材料方面取得了较大进展。比如，在超临界水中制备的高度分散的钌／碳纳米管复合体系对苯催化氢化为环己烷的反应具有非常高的催化活性。这一合成方法预计可以用于一系列复合体系的制备。

材料热力学是材料科学的重要基础之一，对于材料设计和应用具有重要指导意义。中国科学家对新型金属有机骨架化合物储氢材料、高能推进材料、催化材料等的制备及其热化学的研究取得重要成果。

近年来我国在催化剂制备、催化剂表征、催化反应动力学与机理、生物催化及其化学模拟、光催化、电催化、新型催化反应与技术工程、理论化学在催化中的应用以及催化在能源、环境、石油化工、石油炼制和精细化学品合成等中的应用等方面取得了一系列重要成果。

新型有序分子组合体的构建和应用是一个近年来受到极大关注并取得了很大进展的课题。国内学者根据分子间、聚集体间相互作用的特点以及两亲分子自组织过程的空间与能量要求，设计、合成了一系列新型两亲分子化合物，通过改变它们的化学结构来影响有序分子组合体的结构与性能。

在具有光功能、光电功能的各种无机、有机和高分子化合物的合成和制备，各种分子和体系的光化学反应研究等方面，我国学者也取得了明显进步。

3．有机化学和高分子化学

进入21世纪以来，有机化学一直保持着强劲的发展势头，受到科学界的高度关注。2001年及2003～2007年这六年，诺贝尔化学奖都授予有机合成或与有机化学密切相关的分子生物学领域的科学家。由此可见，一方面有机化学与生命科学相结合成为现代科学的核心学科，与材料科学相结合发展各种新型的有机功能材料，与环境科学相结合成为促进社会可持续发展的绿色化学；另一方面为了应对社会和科学发展的需求，有机化学学科本身也呈现出日新月异的面貌。有机化学的三个方面物理有机化学、有机合成以及有机分离与分析都取得了长足的进步，其中尤以有机合成的发展最为突出。同样，我国化学家在这些方面也取得了很大进展。

从20世纪80年代以来，金属参与的有机合成反应就一直是有机合成新反应发现的主要源泉。过渡金属尤其是钯催化的碳—碳键形成新反应在天然产物复杂分子的合成中也得到广泛应用，突出地说明了金属参与的有机反应的作用和影响。金及其化合物用于有机合成反应是近几年金属参与的有机反应研究的重要方向之一。

可控聚合与树枝状聚合物的制备是高分子化学近期的热点之一。在可逆形变与形状记忆功能高分子方面，利用含偶氮聚合物在偏振激光辐照下的可逆形变使聚合物微球逐步变成椭球乃至棒状。通过对原油流变规律和机理的研究，准确预测了凝点以上任意温度时含蜡原油的黏度和流变参数，开发了输油管道结蜡预测软件，并成功应用于国家“西油东送”等重点工程。

4．分析化学

近年来，我国分析化学家在众多方向上取得了一系列重要的研究成果。例如纳米生物化学分析技术，微流控系统与芯片分析化学，基因组学和蛋白质组学中的分析新技术和新方法，生物单分子、单细胞分析及实时、定量生命信息表达，生物分子相互作用研究，中草药分析及指纹图谱，环境分析化学，细胞与病毒分析，药物与临床分析，表面、界面、微区和结构分析，化学计量学与信息学，与重大疾病相关的标志物检测与分析，涉及人民健康的食品安全分析，涉及国家安全与突发性事件的分析新技术、新方法等。

我国在单细胞检测上起步稍晚，但不少研究已经达到国际先进水平，在纳米电极检测单囊泡释放等方面处于国际领先地位。2005年出版了国内外第一部《单细胞分析》专著，充分反映了我国在这一领域取得的学术成果。在毛细管电泳及微流控芯片检测单细胞方面也首先取得突破。

通过消除毛细管电泳中分离高压对检测电路的不利影响，可建立新的普适电化学分析方法，为微流控芯片以及阵列式、高通量电化学分析器件的发展开辟了新途径。

化学计量学方法研究，特别是高维数据处理方法等研究取得了重要进展，实现了实际复杂体系的直接快速定量分析。我国学者开展了复杂体系的化学计量学方法与指纹图谱分析技术相结合的基础研究，同时也进行了在中药、香精香料、代谢组学等领域的应用研究，为复杂体系的定性定量分析提供了新思路和新方法。

5．理论与计算化学

在理论与计算化学领域，我国的发展势头很好。新发展的精确准相对论方法比过去的近似相对论方法还要简单；提出了绝热近似下含时密度泛函理论的统一形式和高精度近似形式，自主地建立了一套把国际上最新取得的相对论量子化学进展都包含进去的量子化学程序包。在电子相关方法线性标度化理论方面提出的局域相关方法，克服了内存和存储量需要线性增长的计算瓶颈；根据分子片的能量在同系化合物中的可迁移性提出的简便计算方法，可以大大减少大体系的计算量。发展了考虑电子关联的分子体系的高阶非线性响应理论，相关程序已用于双光子吸收分子材料的设计。

在非平衡溶剂效应方面，发展了基于连续介质模型的新理论和应用模型，对电子转移溶剂重组和光谱过程溶剂效应等的传统理论和相关模型进行了重要改进，解决了过去存在的理论与实验矛盾的问题。运用密度泛函与原子—键电负性均衡原理建立了可极化的力场模型，发展了具可极化力场的分子动力学理论，并用于研究水离子溶液以及多肽和蛋白质等生物大分子在水溶液和凝聚相中的过程。

6．核化学与放射化学

中国科学院兰州近代物理所利用重离子加速器提供的Ne、Mg重离子束分别轰击Am，产生和鉴别了两种超重新核素Db和Bh；参与了Hs和112号元素的化学性质研究；合成了Er、Hf、Hg、Am、Th和Pa等新核素；在轻稀土质子滴线区，利用延发质子—伽玛符合以及快速氦喷—带传输技术，成功地合成和鉴别了Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb等新核素；在轻稀土质子滴线区、超铀缺中子区、重质量丰中子区等核区，首次合成和鉴别了20种新核素，从实验上初步观测到了丰中子区β延发裂变现象，对20多种核素的衰变性质进行了研究，这些成果使我国在核化学前沿领域占有一席之地。

在锕系元素化学方面，用离散变分法（DVM）计算了PuH2及PuH3分子的电子结构；用赝势平面波方法计算了铀及铀化合物的结构；发展了国际上第一个可以用于重元素体系激发态及电子多重态精细结构计算的完全相对论含时密度泛函理论方法。

为了处理来自动力堆的深燃耗乏燃料，中国原子能科学研究院找到了有望适用于其处理流程的工艺条件。中国科学院高能物理研究所和北京大学等在放射分析化学及其在交叉学科中的应用方面取得了重要成果，比如用核分析技术在分子水平上研究典型环境污染物的毒理等。