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• 曲面芳香化合物

  曲面芳香化合物

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  芳香化合物如苯，因其“芳香性”表现出独特的反应性和物理性质，其中π电子广泛分布于平面分子骨架中。 分子的平面性也是芳香分子的重要性质之一。 若芳香分子在反应中被弯曲，折叠或形成任何非平面结构，其物理性质会发生什么变化？ 出于好奇心，我们研究了球形芳香族化合物“富勒烯”和碗状化合物“巴基碗”的化学性质。特别是，由于其独特的碗状结构，巴基碗不仅具有各种独特的性质，而且还有期望形成具有新功能的独特材料，这是平面芳香化合物无法实现的。我们成功地完成了第一次合成“素馨烯（sumanene）”，这是巴基碗的原始结构之一。 目前，我们研究各种巴基碗的新合成方法和性能，以及通过巴基碗开发功能材料。 这里列出了最近的研究题目。

  • ・构建具有素馨烯作为基序的新结构和超分子结构及其物理性质
  • · 构建巴基碗框架的新合成方法，特别是杂化巴基碗。
  • · 利用由巴基碗凹面和凸面引起的内在双面性（Janus性质）的新材料
  • · 由水溶性富勒烯衍生物保护的金属胶体的制备及其在催化剂和材料中的应用

  

  

• 金属纳米粒子的化学

  金属纳米粒子的化学

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  当金属的尺寸从块状态减小到纳米尺寸（簇）时，金属的特性完全不同。 例如，“金”是最具腐蚀性（空气氧化）的金属之一，可永久地散发光亮，但纳米级金对有氧氧化具有极高的催化活性。 通过这种方式，金属纳米团簇中将存在各种未知的催化活性和隐藏在块状态的物理性质。
  此外，在纳米团簇状态下，可以通过以各种组合和比例混合多种金属来制造合金簇状态。 这种合金簇可以表现出与原始单金属完全不同的活性。 我们可以说我们做的就像现代的“炼金术”。
  由于这些金属纳米团簇倾向于聚集而成为块状物，因此必须用保护剂使它们稳定。 我们发现即使是保护基质的类型也会极大地改变簇的性质。 我们现在研究使用各种合成和天然聚合物作为保护剂的新型金属纳米团簇催化剂的开发，其有助于绿色化学。 这里列出了最近研究的例子。

  • · 利用合金纳米团簇催化剂开发新型催化反应，特别是追求碳 - 氟键活化等具有挑战性的反应
  • · 开发使用各种合成和/或天然聚合物如壳聚糖和纤维素作为保护基质的实用绿色纳米催化剂。
  • · 阐明催化反应中金属纳米团簇表面与保护基质界面的现象和相互作用

  

  

• 有机晶体材料的动力学

  有机晶体材料的动力学

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  晶体是一种物质，其中原子，分子和离子在固态下有序地排列。岩盐，石英，宝石中的红宝石和蓝宝石也是各种类型的晶体。即便是有机化合物，在结晶态下也以特定的重复模式进行排列。这些有机晶体非常坚硬，这属于物理特性上的优点，但同时由于缺乏柔韧性而易碎。然而，最近能通过灵活地改变结构，以抵抗外部刺激的“动态”有机晶体引起了极大的关注。例如，一个随着压力改变而发射不同颜色的系统已被报道。
  近日我们发现了一系列动态有机晶体，通过捕获或释放客体分子如溶剂分子，保持结晶态的同时，显示可逆地动态结构变化。其中部分晶体可通过加热或光照激发而可逆地改变颜色和结构。这些有机晶体仅由非常简单的有机化合物组成，这些有机化合物通过弱分子间相互作用结合。此外，期望通过对这些化合物进行化学修饰，可在不改变基本动态性能的情况下进一步控制。最近研究的例子如下。

  • ・阐明伴随溶剂吸收或释放的动态有机晶体中的多孔或无孔结构变化。
  • · 研究动态有机晶体的加热和/或光照射引起的结构转变现象及其对功能材料的利用
  • · 通过对有机分子进行化学修饰来控制分子摄取特性

  

  

• 激光烧蚀化学

  激光烧蚀化学

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  通过将激光照射到固体和液体之间的界面，固体表面上的组成物质被爆炸性地释放（消融）。这允许在液体中产生极其活跃的化学物质。我们正试图将这种方法应用于基于有机和材料化学的各种研究。
  例如，我们用它来阐明产生第一种原始酶样物质的机制，这种物质是43亿年前地球上生命进化的关键（所谓的“冥王代地球”）。这里，激光烧蚀技术用作当时存在的天然核反应堆的电离辐射效应的替代物。我们使用在冥王代地球上丰富的纯黄铁矿（FeS₂）作为目标，并在简单的有机化合物存在下进行黄铁矿的激光烧蚀。通过使用该方法，生成原始 - 酶模型复合物并评估它们的反应性。
  除此之外，我们通过激光烧蚀金属和固体化合物表面制备活性纳米粒子，并研究它们的催化反应。最近研究的具体例子如下。

  • · 阐明了冥王代地球环境中原始酶样物质的产生机制。
  • · 通过液相激光烧蚀在金属和固体化合物表面上开发尺寸/形态选择性纳米颗粒形成方法。
  • · 使用激光键合技术生成新合金并评估其反应性。