《工程化学》课程教学资源_拓展性资源_近几年化学领域新兴技术

归东理王大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 近几年化学领域新兴技术 测控2001张慧子，龚静童，王静雯，于一铭 陈怡，侯燕，席樱郡，程晓燕，陈瑾珺 HAMU DESIGN

近几年化学领域新兴技术 测控2001张慧子，龚静童，王静雯，于一铭 陈怡，侯燕，席樱郡，程晓燕，陈瑾珺

目录 CONTENTS 01 纳米传感器 06 大分子单体 凶 02 快速诊断测试 07 双离子电池 03 RNA疫苗 08 聚乳酸PLA 04 聚集诱导发光 09 纳米农药 05 液体门控技术 10 对映选择性有机催化 IAMU DESIGN

CONTENTS 01 纳米传感器 02 快速诊断测试 03 RNA疫苗 04 聚集诱导发光 05 液体门控技术 目 录 06 大分子单体 07 双离子电池 08 聚乳酸PLA 09 纳米农药 10 对映选择性有机催化

纳米传感器 归东理子大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY UPAC盘点的十项将改变世界的化学创新中就有三项和新冠疫情相关。其一就是纳米传感器。我们的生活几乎 被各种传感器包围，小到智能手机、智能手环，大到各种仪器设备。化学纳米传感器的应用范围更是非常广 泛，可监测环境污染、食品安全以及用于医疗保健。今年，化学家们使用纳米材料的独特性能构建的金纳米 颗粒可以在15分钟内检测出新冠病毒SARS-CoV-2

纳米传感器 UPAC盘点的十项将改变世界的化学创新中就有三项和新冠疫情相关。其一就是纳米传感器。我们的生活几乎 被各种传感器包围，小到智能手机、智能手环，大到各种仪器设备。化学纳米传感器的应用范围更是非常广 泛，可监测环境污染、食品安全以及用于医疗保健。今年，化学家们使用纳米材料的独特性能构建的金纳米 颗粒可以在15分钟内检测出新冠病毒SARS-CoV-2

快速诊断测试 归东理2大子 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 快速诊断测试是适用于快速医学筛查的化学分析方法，通常经过一些简单的操作步骤，在几分钟 内即可知道结果，并且还很少需要大型仪器设备，因此备受民众和医生的青睐。在全球新冠疫情 爆发的背景下，许多地方实验室设备短缺，无法进行标准的PC测试以完成病毒核酸检测。世界 各地的科学家们正在研究针对新冠疫情的快速诊断方法。比如，据称雅培(Abbott)制药开发的 一项COVID-19检测方法，仅五分钟即可得出结果。更多的化学家正在努力开发针对COVID-19的新 型快速诊断方案。 AMU DESIGN

快速诊断测试 快速诊断测试是适用于快速医学筛查的化学分析方法，通常经过一些简单的操作步骤，在几分钟 内即可知道结果，并且还很少需要大型仪器设备，因此备受民众和医生的青睐。在全球新冠疫情 爆发的背景下，许多地方实验室设备短缺，无法进行标准的PCR测试以完成病毒核酸检测。世界 各地的科学家们正在研究针对新冠疫情的快速诊断方法。比如，据称雅培（Abbott）制药开发的 一项COVID-19检测方法，仅五分钟即可得出结果。更多的化学家正在努力开发针对COVID-19的新 型快速诊断方案

RNA疫苗 归东强王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 目前全球已上市或在研的新冠疫苗有多种作用机制，UPAC则推荐 了其中的RNA疫苗。RNA疫苗非常巧妙地为患者提供编码抗原生成 的RNA序列，该序列最终会刺激免疫反应导致抗体的生成。其优势 之一是可以非常快速地被设计并大规模快速合成，这是传统疫苗 所无法比拟的。全球第一个获批上市的新冠疫苗就是由辉瑞制药 (Pfizer)研制的RNA疫苗

RNA疫苗 目前全球已上市或在研的新冠疫苗有多种作用机制，IUPAC则推荐 了其中的 RNA疫苗。RNA疫苗非常巧妙地为患者提供编码抗原生成 的RNA序列，该序列最终会刺激免疫反应导致抗体的生成。其优势 之一是可以非常快速地被设计并大规模快速合成，这是传统疫苗 所无法比拟的。全球第一个获批上市的新冠疫苗就是由辉瑞制药 （Pfizer）研制的RNA疫苗

聚集诱导发光 归东理2大子 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 从LED到生物成像技术，如今发光材料无处不 在。这些物质通常都具有很多芳香结构，因此 分子倾向于高度堆积，这最终导致材料无法发 光，这种现象称为聚集荧光淬灭”。2001年， 唐本忠院士团队观察到了与之截然相反的现 象—某些分子在稀释溶液中的发光非常弱， 而在分子堆积时则显示出强烈发光效应。这个 现象被称为聚集诱导发光(AIE)"（)。 与经典的发光分子不同，具有AIE活性的分子 是非平面的，它们就像微型螺旋桨一样不断运 动。当它们聚集时，旋转停止，并且所有能量 以光的形式释放。自从发现AIE以来，化学家 已经鉴定出多种具有这种性质的化合物，A1E 已经在OLED器件、传感器和新型生物成像工 具中得到了应用，为发光材料的开发提供了新 途径。 AMU DESIGN

聚集诱导发光 从LED到生物成像技术，如今发光材料无处不 在。这些物质通常都具有很多芳香结构，因此 分子倾向于高度堆积，这最终导致材料无法发 光，这种现象称为 “聚集荧光淬灭 ”。2001年， 唐本忠院士团队观察到了与之截然相反的现 象——某些分子在稀释溶液中的发光非常弱， 而在分子堆积时则显示出强烈发光效应。这个 现象被称为“聚集诱导发光（AIE）”（ ）。 与经典的发光分子不同，具有AIE活性的分子 是非平面的，它们就像微型螺旋桨一样不断运 动。当它们聚集时，旋转停止，并且所有能量 以光的形式释放。自从发现AIE以来，化学家 已经鉴定出多种具有这种性质的化合物，AIE 已经在OLED器件、传感器和新型生物成像工 具中得到了应用，为发光材料的开发提供了新 途径

液体门控技术 归东强王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 使用液体来构建响应式闸门的想法咋听起来让人有 些难以置信。然而，最初于2015年提出的这个想法 已经成为现实，并可能很快带来许多新颖的应用。 通常情况下，液膜依靠边界浓度差起作用。液体门 控膜可依赖于毛细管现象对压力变化做出响应。在 微观上，某些液体可按需选择性地打开和关闭孔道。 液门技术可用于许多领域，例如分离过滤、化学传 lonic Liguid 感器、微流控阵列、高效催化、生物组织打印等。 该技术极具广阔的应用前景。 Gate Substrate HAMU DESIGN

液体门控技术 使用液体来构建响应式闸门的想法咋听起来让人有 些难以置信。然而，最初于2015年提出的这个想法 已经成为现实，并可能很快带来许多新颖的应用。 通常情况下，液膜依靠边界浓度差起作用。液体门 控膜可依赖于毛细管现象对压力变化做出响应。在 微观上，某些液体可按需选择性地打开和关闭孔道。 液门技术可用于许多领域，例如分离过滤、化学传 感器、微流控阵列、高效催化、生物组织打印等。 该技术极具广阔的应用前景

大分子单体 归东濯2大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 重新设计大分子单体是制造 可回收塑料的一项新兴策略。 化学家们依靠自由基开环反 应，使聚合物在全碳主链结 构中掺入杂原子和官能团。 所得到的新聚合物更容易水 解和再循环利用。最近，几 个小组对这种技术进行了优 化，提供了多种可生物降解 的塑料。有研究人员开发出 一种坚固又稳定的聚合物， 可以在温和条件下循环使用。 HAMU DESIGN

大分子单体 重新设计大分子单体是制造 可回收塑料的一项新兴策略。 化学家们依靠自由基开环反 应，使聚合物在全碳主链结 构中掺入杂原子和官能团。 所得到的新聚合物更容易水 解和再循环利用。最近，几 个小组对这种技术进行了优 化，提供了多种可生物降解 的塑料。有研究人员开发出 一种坚固又稳定的聚合物， 可以在温和条件下循环使用

双离子电池 归东强王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 【双离子电池】 在过去的几十年中，移动设备体积不断变小很大程度上得益于电池 技术的发展。目前，使用最为广泛的就是锂离子电池。在传统的锂 离子电池中，只有阳离子沿着电解质移动，而在最近兴起的双离子 电池中，阴离子和阳离子都参与了能量存储机制。这直接影响电池 容量和电压等性质，在成本、寿命和续航能力上的优势很可能全面 超越锂离子电池。目前，全世界的许多电池科学家都在致力于双离 子电池的开发，包括特斯拉在内的诸多企业也参与其中。相信不久 的将来，电池技术革新必将推动电子设备大迭代

双离子电池 【双离子电池】 在过去的几十年中，移动设备体积不断变小很大程度上得益于电池 技术的发展。目前，使用最为广泛的就是锂离子电池。在传统的锂 离子电池中，只有阳离子沿着电解质移动，而在最近兴起的双离子 电池中，阴离子和阳离子都参与了能量存储机制。这直接影响电池 容量和电压等性质，在成本、寿命和续航能力上的优势很可能全面 超越锂离子电池。目前，全世界的许多电池科学家都在致力于双离 子电池的开发，包括特斯拉在内的诸多企业也参与其中。相信不久 的将来，电池技术革新必将推动电子设备大迭代

聚乳酸PLA 归东理2大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 聚乳酸（以下简称PLA),其 PLA已经广泛用作可降解性手 作为可再生资源聚合物的典范 聚乳酸也称为聚丙交酯，属丁聚酯家族。聚乳酸是以乳腹 术缝合线等生物医用材料，并 是一种生物相容性非常好的聚 为主要原料聚合得到的聚合物，原料米源充分而且可以再生 聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在 且基于PLA的塑料已经在市场 合物，更是在资源短缺环境下 自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。 上出现，可以作为包装与纤维 非常理想的一类聚合物：来源 应用，优势在于与一般的塑料 是基于可再生资源，生产的产 光台作用 发酵 聚合 嫩烧/堆肥 相比它的降解周期更短，对环 品性能足够好，使用完可以在 境的污染自然就更小，同时降 有限的时间内降解，降解后的 解产物就是单体乳酸，所以可 产物可以重新用于生产。它的 知乎@化工 以回收再利用。 出现也激励着人们开发出更多 类似的材料。 HAMU DESIGN

聚乳酸PLA 聚乳酸（以下简称PLA），其 作为可再生资源聚合物的典范， 是一种生物相容性非常好的聚 合物，更是在资源短缺环境下 非常理想的一类聚合物：来源 是基于可再生资源，生产的产 品性能足够好，使用完可以在 有限的时间内降解，降解后的 产物可以重新用于生产。它的 出现也激励着人们开发出更多 类似的材料。 PLA已经广泛用作可降解性手 术缝合线等生物医用材料，并 且基于PLA的塑料已经在市场 上出现，可以作为包装与纤维 应用，优势在于与一般的塑料 相比它的降解周期更短，对环 境的污染自然就更小，同时降 解产物就是单体乳酸，所以可 以回收再利用