【正在直播】第13届 Angewandte Advances 前沿交叉论坛

丙烯是重要的基本有机化工原料，目前主要来源于石脑油、液化石油气的蒸汽裂解过程。丙烷氧化脱氢不受热力学平衡限制，可在较低温度下进行，并且无积炭生成，有利于提高反应效率，降低能耗。目前研究的催化剂主要为过渡金属氧化物。这些催化剂能够有效活化烷烃C-H键，但同时也活化烯烃，容易生成深度氧化产物CO2，从而导致烯烃选择性低等问题。我们发展了富含羟基六方氮化硼、含硼分子筛、硼化物等硼基催化剂，用于丙烷氧化脱氢制丙烯时展现出高的丙烷转化率和高的丙烯选择性，有效避免了过度氧化反应。结合理论计算我们揭示了硼基催化剂活化烷烃的本质以及抑制过度氧化反应的机制。该研究为建立高效丙烷脱氢制丙烯体系提供了理论和实验指导。

铅卤钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本和生产工艺简便的特点异军突起。课题组在前期提出了添加剂结晶调控和异质组分钝化的策略和方法解决了钙钛矿薄膜的可控结晶，缺陷钝化和材料稳定化的挑战。近年来，聚焦于大面积高效率高稳定钙钛矿电池的构筑，提出了基于生物质的绿色溶剂GVL，解决了钙钛矿溶液的长期稳定性问题，针对表界面稳定性研究，提出了内源性维度调控，外源性顶界面和底界面维度调控稳定化的策略。发展了A-X和A-A铰链型的维度调控，成功实现了低维稳定化并减少维度调控对电荷传输的影响。通过揭示外源性低维有机阳离子通过离子交换实现维度调控的机制，阐明了有机无机杂化钙钛矿和无机钙钛矿的表界面低维化和表面端基化的区别，设计了功能有机阳离子实现了2D，1D和1.5D等不同低维钙钛矿以及其在外源性维度调控中的应用。基于底界面外源性引入低维有机阳离子，设计了开发了钙钛矿表界面双向离子迁移的稳定方法。这些研究成果积极推动了高效稳定钙钛矿的效率和稳定性的提升。

Solid polymer electrolytes (SPEs) have become increasingly attractive in all-solid‐state Metal‐ion batteries (ASSMIBs) in recent years because of their inherent properties of flexibility, processability, and interfacial compatibility. However, the commercialization of SPEs remains challenging for flexible and high‐energy‐density MIBs. We have developed a series of flexible solid nanocomposite electrolytes (SNEs) for ASSMIBs. Various strategies in electrolyte engineering, including nanostructure engineering and doping in crystalline structure, aimed at enhancing metal-ion mass transport in solid electrolytes are elucidated in this talk. The as-prepared ASSLIBs deliver superior rate capability, excellent long-term cycling, and high-voltage stability.

卟啉结构在生物体中广泛存在，作为酶催化活性中心为细胞的能量传递提供载体。作为优异的光敏剂分子，自光疗发展伊始卟啉便广受关注，但其自身存在的溶解度差、光毒性、代谢毒性等问题限制了其进一步的应用。为此，我们深入的研究了卟啉-金属中心的电子结构，系统的解析了其光、声响应及酶催化活性的机制，并在天然酶金属-氮（M-N）配位的类卟啉结构活性中心的启发下，开发了一系列具有光敏、声敏和类酶活性的纳米诊疗平台。此外，我们还构建了具有类卟啉结构的单原子结构模型，并通过MOF衍生结构实现具有“M-N4”和“M-N5”结构的PMCS平台批量化生产，为类卟啉结构的多功能机制解析和生物相互作用过程的研究提供了有效途径，也为肿瘤、血栓、耐药菌感染等疾病的治疗提供了有效手段。本报告将重点介绍本课题组近期在类卟啉材料设计及其调控规律方面的进展，并讨论其在光疗、声动力治疗及类酶催化治疗过程的的机制和应用。

关键词：类卟啉结构，光敏剂，纳米诊疗平台，单原子结构模型，机制解析

随着计算机硬件的不断升级，量子力学、流体力学、人工智能等交叉学科的突破，通过计算模拟方法加速工业催化剂的研发备受关注，逐渐发展出从密度泛函理论到连续模型的多尺度成熟计算方法。报告人围绕着国家“双碳”目标，面向低碳烃类脱氢、CO2加氢等两类重要反应过程，针对化工实际生产过程中多相催化剂纳米颗粒在工况条件下结构多变的难点问题，将密度泛函理论计算从电子、原子尺度拓展到分子尺度，以低计算成本实现“工况”条件下模拟工业催化过程，指导高活性、高选择性工业催化剂的开发，发展了包括Pt基、Cu基催化剂在内的丙烷脱氢制丙烯、CO2电还原等一系列新型高效催化剂。

发光超分子材料作为具有空间集成、匹配协同与动态转换特性的结构组装和性能应用平台，具有多路径光子吸收、转换和能量传递机制，从而有望获得优于简单功能基元的可控复合、叠加与可调发光性能。近年来，我们系统研究了新颖发光超分子的多路径光子转换和能量传递机制，分别获得了具有单/双/多光子激发的长余辉、白光、压变发光材料，揭示了基于激发态分子内质子转移(ESIPT)的超快速、特异性醇-酮互变水分子传感发光、及ESIPT多能级转换诱导的热激活荧光(TAF)与长持续发光(LPL)的动态平衡与转换机制，实现了间隔色域发光配位超晶格、单向压致荧光变色单晶器件等新颖、高效、多元化光学功能的金属-有机配位超分子新材料体系，为显示、防伪、传感、生物成像等不同领域的应用提供了新的思路。

圆偏振发光（Circularly Polarized Luminescence, CPL），作为一种无需滤光器的偏光光源，在三维显示、量子通信、信息存储和加密、生物成像等方面有着广泛的应用前景。高效圆偏振发光材料需同时满足高发光不对称因子（glum）和发光量子效率（ФPL）。然而，由于Laporte定则，这两个性能参数往往此消彼长。在过去的五年中，基于手性有机小分子的圆偏振发光研究受到了广泛关注。然而，大多数体系的glum仍低于10-2，只有极少数体系达到10-2~10-1，但往往发光量子效率低或制备纯化困难。因此，如何合理设计兼具高发光不对称因子和发光量子效率的理想CPL材料，仍是手性光电子学领域所面临的关键科学问题与挑战。本报告将聚焦特色芳酰亚胺，精准构筑具有共轭螺旋结构的手性分子碳体系，基于其大π-共轭结构和优异的光电特性，实现了高效圆偏振发光性能，并揭示了其手性产生、传递及放大的机制与规律。