生物无机与合成化学教育部重点实验室2014年度工作总结

填报要求

1．  统计表中，各项指标统计当年数据。

2．  承担项目以当年签订合同项目数计。

3．  获奖项目指标数量根据实际数量填写，并在备注栏注明第几完成单位/人。

4．  技术转让和开发项目必须是由本实验室研究成果转化的。

5．  国内核心期刊主要是指《中文核心期刊要目总览》和《中国科技期刊引证报告》收录的期刊。

6．  研究生培养数指已毕业的研究生人数。

7．  横向经费收入指当年技术合作、开发、转让、咨询服务等收入；纵向课题收入以当年下拨科研经费实际数（包括跨年度项目的当年经费）。

8．  人才情况指院士、杰青、长江、国家高层次人才计划、万人计划、珠江学者、优青、省杰青等称号。

9．  学术委员会会议需附会议签到表、会议纪要及相关照片等材料。

10． 如有实验室年报或简报需附原件一份。

一、研究成果

二、队伍建设

三、运行管理

四、总结

（简述实验室当年的代表性研究成果、队伍建设和人才培养、开放交流和运行管理等情况。）

1、当年的代表性研究成果

一、生物无机化学与应用

设计了系列的铱（III）配合物作为监控自噬的溶酶体的诊疗剂。在自噬过程中，细胞内的物质被自噬体吞噬，自噬体将其传递到溶酶体内降解以便细胞循环利用。而调节自噬的关键是溶酶体成分的改变。这些铱（III）配合物能够对溶酶体进行专一标记，并显示了较高的光学稳定性及磷光活性。同时，它们能够诱导溶酶体自噬，但不引起细胞的凋亡响应。它们可以在诱导自噬的同时追踪溶酶体的变化使得自噬体与溶酶体的融合变得可视化。更重要的是，它们的双光子激发荧光（TPEF）性能很强，这对于活细胞成像及活体应用非常有利。该工作已发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

铱配合物是一类非常有希望的金属抗肿瘤药物，合成和表征了3个含有双氮杂环卡宾的环金属铱(III)配合物，研究了其作为线粒体靶向的诊疗和光动力治疗试剂的潜力。该类配合物具有丰富的光物理性质，有利于研究其在细胞内摄取和定位。与顺铂相比，配合物都表现出更高的抗癌活性。它们能够快速高效地进入细胞，通过同时诱导和示踪线粒体的形态变化实现了诊疗学的功能。抗癌机理研究表明，配合物能够引发线粒体功能紊乱相关的级联事件。另外，在365 nm照射下，配合物的细胞毒性能够提高3个数量级，是目前已经报道的铱配合物光毒性的最高值。该论文已发表在Biomaterials上。

二、稀土光电材料合成与应用

1)　系统设计并合成了系列稀土光功能材料，研究了其在UV-blue、VUV-UV光、X-射线、低压阴极射线等系列宽谱激发源激发下的发光性质以及能量传递机理；面向高端医用闪烁材料，获得具有较高光产额、快衰减的新型稀土硅酸盐荧光材料。面向未来大功率照明，获得了兼具荧光功能和封装功能的新型稀土荧光玻璃，具有优良的热稳定性和光学稳定性，提供了高效稀土荧光材料的新设计思路；获得了量子效率77%的红色荧光粉稀土硼酸盐荧光粉，构建了铽能量桥的能量传递模型；相关成果分别发表在Chem. Mater., ACS Appl. Mater. Inter., J. Phys. Chem. C, J. Mater. Chem. C等国际重要学术刊物上；

2)　面向新能源，在电化学储能领域，系统开展了超级电容器负极材料的设计、电化学可控合成和超级电容器的器件组装研究。通过在α-Fe2O3纳米棒和V6O13-x纳米线中引入适量氧空位，获得２种混合型超级电容器负极材料，成功地解决了其导电性差、电化学性能低及循环寿命短的问题，研制了一种柔性固态混合型超级电容器。获得了具有高功率密度、高能量密度以及高循环稳定性的基于纳米构筑和薄膜纸质的非对称超级电容器的组装。在光电化学池分解水产氢领域，通过TiO2的表面负载一层Au颗粒和还原气氛后处理，获得一种高活性TiO2半导体光阳极材料，有效地提高了分解水效率。获得了具有很好的催化活性及循环稳定性的多孔PtPd空心纳米棒阵列，是一种很有应用前景的甲醇燃料电池催化剂；研究了内界面具有（001）面特征的层状钛酸的高吸附和高光催化特性，并对其具有分子识别的结构和性能特征进行的充分的研究；相关成果分别发表在Adv. Mater.，Energy Environ. Sci.，Adv. Funct. Mater., NPG Asia Materials, Nano Energy等国际著名学术期刊上，并被Wiley Materials Views网络媒体的专题介绍。并应邀在Chemical Society Reviews和Energy Environ. Sci. 撰写综述文章。

三、无机－有机杂化材料合成化学与晶体工程

1）继续深入研究配位聚合物多孔材料的设计合成、功能与机理。利用桥联多氮唑配体设计合成了具有类卟啉配位模式的多孔配位聚合物，并通过后合成氧化策略得到高活性类卟啉三价锰活性中心，实现了搞笑催化氧化反应；发现了一种不含贵金属的超高灵敏度磷光传感配位聚合物，并制备成柔性薄膜器件；长期关注动态多孔配位聚合物在客体吸附、脱附和交换过程中结构变化，利用X射线单晶衍射技术观察到许多独特的框架动态行为，应邀撰写综述论文，发表在Chem. Soc. Rev.的MOF专刊。对于无法使用单晶衍射技术的材料，发展了一种计算机模拟与粉末衍射联用的技术，成功解析了系列结构高度相似的穿插方向异构体的复杂框架动态行为。

2）紧密围单分子磁体的分子设计与磁-构关系研究，发现多种结构新奇和性能卓越的单分子磁体。设计合成了首例一价钴（d8）的单离子磁体（J. Am. Chem. Soc.，审稿中）。继2013年从理论上预测并在实验上证实可有效抑制量子隧穿的D5h对称性策略基础上（Chem. Sci., 2013, 4, 3310），进一步用FeII和CoII替换ZnII，制备出{Fe2Dy}和{Co2Dy}单分子磁体，其自旋翻转能垒分别达到458K和585K，将第二代单分子磁体的性能提高了3倍（Angew. Chem. Int. Ed.）。

3）针对3d-3d、4f-4f、3d-4f金属间不同的磁耦合特性，提出“桥连间隔d-f金属”等组装新方法来设计磁热效应显著的配合物基磁热材料，获得最大磁熵变-ΔSm分别为66.7和61.2 JK-1kG-1的碱式碳酸钆（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 9851）和羟基乙酸锰（Chem.-Eur. J., 2014, 20, 3029），其磁热效应性能远超出迄今所有超低温分子磁制冷材料和商业化GGG材料。应邀以“分子基磁制冷材料设计的最新进展”为题撰写综述（Coord. Chem. Rev.）。

4）成功将室温自旋交叉化合物、导电组分和高分子聚合物组装成导电自旋交叉复合材料，不仅实现了自旋交叉性质与导电性之间的共存与协同，而且实现了通过电信号检测磁信号的目的，为实现室温下自旋交叉材料在信息存储、开关、信号处理等实际应用奠定了基础（Adv. Mater）。

四、金属配合物结构与理论化学

1）氢气被认为是未来最有可能替代石油等化石能源的新型清洁能源。利用太阳能、风能等产生的电能通过电解水生成的氢气可将上述间断性能源储存起来加以利用，因此开发能将水分解为H2和O2的高效电催化水氧化催化剂的研究具有重要科学意义和应用价值。到目前为止，开发能够在低过电位和中性pH值条件下高效电催化水氧化的非贵金属水氧化催化剂仍面临巨大挑战。最近，我们报道了第一例基于镍金属的均相电催化水氧化催化剂。该催化剂可在较低过电位下和中性pH环境中电催化分解水为氧气和氢气，并对其反应过程与反应机理进行了详细的研究。研究结果表明，大环镍在催化反应过程中从反式转变为顺式，处于顺式构象的二个水分子失去电子并形成O-O键的过程为控速步骤。研究结果发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 13042-13048，并被选为Frontispiece（扉页插图）。

2）金属-有机笼状化合物（Metal-Organic Cage, MOC）是一类具有规则外形和尺寸的零维收敛结构超分子组装体，是当前超分子化学领域一个重要的研究方向。该类化合物通常具有很好的溶液热力学稳定性，拥有立体化学专一的纳微配位空腔，因此可以作为纳米分子容器和反应器，用于存储、识别、传输、催化和药物载体等诸多领域。我们以含钌金属配体和Pd2+离子组装得到斜方十二面体金属-有机发光笼状化合物，可以选择性束缚光敏性分子，有效地保护光敏剂而使其在紫外光照射下不产生分解，进而控制光敏分子的反应性，在笼内光催化、光敏分子储存、光动力学治疗药物传输等领域展现出诱人的应用前景（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 4456）.

2、队伍建设和人才培养

陈小明教授和张杰鹏入选2014年世界最具影响力科学家名录；张杰鹏教授获第十二届广东省丁颖科技奖和日本化学会Distinguished Lectureship Award。

苏成勇教授入选中组部“万人计划”首批科技创新领军人才。张杰鹏教授入选中组部首届青年拔尖人才支持计划。

卢锡洪2014年获得广东省“杰青”和广东省“优秀博士论文”，2015年1月晋升为副教授。

联合培养研究生：沈建良，在美国 The Methodist Hospital Research Institute. 与 Dr. Haifa Shen联合培养，已于 2014 年 6 月毕业。

联合培养研究生：翟腾，获国家留学基金资助，在美国南加州大学圣克鲁兹分校与 Prof. Yat Li 联合培养，预计 2015 年 6 月毕业。甘嘉永，获广州“菁英计划”资助，在美国徳州大学联合培养，预计 2015 年 6 月毕业。谢世磊，获国家留学基金资助，在美国洛杉矶大学联合培养，预计 2016 年 6 月毕业。

与广州天赐高新材料股份有限公司，清远市嘉禾稀有金属有限公司，广州鹏辉能源科技股份有限公司，湛江市聚鑫新能源有限公司，广东省工业技术研究院稀有金属研究所合作联合承担科研项目。与广州天赐高新材料股份有限公司合作培养企业博士后一名，2014年11月经答辩出站。

3、 开放交流和运行管理

在学术交流方面，2014年度，共有85位国内外学者国内学者到实验室进行讲学和交流。来访者中包括了Hongcai Zhou（美国Texas A&M University）、Hansjörg Grützmacher（瑞士ETH Zürich）、Christian Serre（法国University of Versailles）、Shengqian Ma（美国University of South Florida）、Kenneth N. Raymond（美国University of California）、Jonathan Nitschke（英国University of Cambridge）、Philip Miller（英国帝国理工学院）、以及来自澳大利亚Prof. JIN, Dayong （Australian Research Council, Future Fellow）、英国圣安德鲁斯大学周午纵教授、法国、波兰和香港浸会大学黄维扬教授 （原杰出青年B）等国家和地区的知名学者，以及国家杰出青年基金获得者武汉大学庄林、复旦大学夏永姚、厦门大学孙世刚、中科院化学所郭玉国等，还有来自国内各高校和科研机构相关学科的专家，进一步加强了和国际国内交流。

进一步完善运行管理体制，落实课题负责人制度，整合研究方向和研究队伍，完善科研评价体系，对成果突出的研究方向给予倾斜支持，在已建立一整套科研激励制度基础上，不断完善和落实。