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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”表現出獨特的反應性和物理性質，其中π電子廣泛分佈於平面分子骨架中。分子的平面性也是芳香分子的重要性質之一。若芳香分子在反應中被彎曲，折疊或形成任何非平面結構，其物理性質會發生什麼變化？出於好奇心，我們研究了球形芳香族化合物“富勒烯”和碗狀化合物“巴基碗”的化學性質。特別是，由於其獨特的碗狀結構，巴基碗不僅具有各種獨特的性質，而且還有期望形成具有新功能的獨特材料，這是平面芳香化合物無法實現的。我們成功地完成了第一次合成“素馨烯（sumanene）”，這是巴基碗的原始結構之一。目前，我們研究各種巴基碗的新合成方法和性能，以及通過巴基碗開發功能材料。這裡列出了最近的研究題目。

  • ・構建具有素馨烯作為基序的新結構和超分子結構及其物理性質
  • · 構建巴基碗框架的新合成方法，特別是雜化巴基碗。
  • · 利用由巴基碗凹面和凸面引起的內在雙面性（Janus性質）的新材料
  • · 由水溶性富勒烯衍生物保護的金屬膠體的製備及其在催化劑和材料中的應用

  

  

• 金屬納米粒子的化學

  金屬納米粒子的化學

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  當金屬的尺寸從塊狀態減小到納米尺寸（簇）時，金屬的特性完全不同。例如，“金”是最具腐蝕性（空氣氧化）的金屬之一，可永久地散發光亮，但納米級金對有氧氧化具有極高的催化活性。通過這種方式，金屬納米糰簇中將存在各種未知的催化活性和隱藏在塊狀態的物理性質。
  此外，在納米糰簇狀態下，可以通過以各種組合和比例混合多種金屬來製造合金簇狀態。這種合金簇可以表現出與原始單金屬完全不同的活性。我們可以說我們做的就像現代的“煉金術”。
  由於這些金屬納米糰簇傾向於聚集而成為塊狀物，因此必須用保護劑使它們穩定。我們發現即使是保護基質的類型也會極大地改變簇的性質。我們現在研究使用各種合成和天然聚合物作為保護劑的新型金屬納米糰簇催化劑的開發，其有助於綠色化學。這裡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

  

  

• 有機晶體材料的動力學

  有機晶體材料的動力學

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  晶體是一種物質，其中原子，分子和離子在固態下有序地排列。岩鹽，石英，寶石中的紅寶石和藍寶石也是各種類型的晶體。即便是有機化合物，在結晶態下也以特定的重複模式進行排列。這些有機晶體非常堅硬，這屬於物理特性上的優點，但同時由於缺乏柔韌性而易碎。然而，最近能通過靈活地改變結構，以抵抗外部刺激的“動態”有機晶體引起了極大的關注。例如，一個隨著壓力改變而發射不同顏色的系統已被報導。
  近日我們發現了一系列動態有機晶體，通過捕獲或釋放客體分子如溶劑分子，保持結晶態的同時，顯示可逆地動態結構變化。其中部分晶體可通過加熱或光照激發而可逆地改變顏色和結構。這些有機晶體僅由非常簡單的有機化合物組成，這些有機化合物通過弱分子間相互作用結合。此外，期望通過對這些化合物進行化學修飾，可在不改變基本動態性能的情況下進一步控制。最近研究的例子如下。

  • · 闡明伴隨溶劑吸收或釋放的動態有機晶體中的多孔或無孔結構變化。
  • · 研究動態有機晶體的加熱和/或光照射引起的結構轉變現象及其對功能材料的利用。
  • · 通過對有機分子進行化學修飾來控制分子攝取特性。

  

  

• 激光燒蝕化學

  激光燒蝕化學

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  通過將激光照射到固體和液體之間的界面，固體表面上的組成物質被爆炸性地釋放（消融）。這允許在液體中產生極其活躍的化學物質。我們正試圖將這種方法應用於基於有機和材料化學的各種研究。
  例如，我們用它來闡明產生第一種原始酶樣物質的機制，這種物質是43億年前地球上生命進化的關鍵（所謂的“冥王代地球”）。這裡，激光燒蝕技術用作當時存在的天然核反應堆的電離輻射效應的替代物。我們使用在冥王代地球上豐富的純黃鐵礦（FeS₂）作為目標，並在簡單的有機化合物存在下進行黃鐵礦的激光燒蝕。通過使用該方法，生成原始 - 酶模型複合物並評估它們的反應性。
  除此之外，我們通過激光燒蝕金屬和固體化合物表面製備活性納米粒子，並研究它們的催化反應。最近研究的具體例子如下。

  • · 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。