浙江大学化学系2023年度重要科技进展亮点成果公布
浙江大学化学系始终聚焦“四个面向”，不断推进有组织科研，坚持“顶天、立地、育人”科研价值取向，培育胸怀祖国、追求卓越、引领未来的科技领军人才，努力打造化学拔尖创新人才培养高地和基础研究学科高峰，实现教育科技人才协同融合发展。2023年，浙江大学化学系在基础研究领域取得显著成果，以第一作者或通讯作者单位发表SCI论文283篇，其中IF10以上的高影响力论文115篇，占比超40%；以第一作者和通讯作者单位发表《Nature》1篇，以通讯作者单位发表《Nature》 1篇。以第一完成单位荣获浙江省自然科学一等奖3项，浙江省自然科学三等奖1项。化学系组织遴选了“2023年度重要科技进展亮点成果”，现予公布。
1. 成果名称：无机离子寡聚体的官能团化与材料合成
主要完成人：刘昭明、唐睿康等
成果类型：高影响力学术进展
简介：有机化学通过分子的官能团化思路定制分子的结构与功能，而无机化学中鲜有提及相关方法。刘昭明、唐睿康团队在前期的无机离子寡聚体（Nature, 2019）基础上提出其官能团化反应思路，设计并合成出首个有机-无机/共价-离子分子，由其自下而上制备出弹性陶瓷塑料这一全新物质。相关论文于2023年在国际顶级期刊《Nature》上发表。研究工作受到国家自然科学基金优秀青年科学基金、面上基金、浙江大学紫金计划项目的资助。研究以碳酸钙寡聚体作为无机分子，以硫辛酸作为官能团化分子，通过分子间酸碱反应构建出具有有机和无机离子化合物片段的杂化分子。利用这种新分子的组装进一步构建出有机共价和无机离子相互穿插的双连续网络结构。该结构首次从分子尺度将有机化合物和无机离子化合物融合在一起，创造出一种“刚柔并济”的全新物质。由于其有着陶瓷般的硬度、橡胶般的弹性和塑料般的组成与可塑性，不同于传统塑料、橡胶、金属及陶瓷，因此得名“弹性陶瓷塑料”。该成果是刘昭明研究员承担的国自然优秀青年科学基金的标志性成果之一（2023年结题优秀）。研究所发展的无机离子寡聚体官能团化思路为离子的可控装配提出全新的研究方法，目前已实现了离子分子的构型调控（Chem, 2024），多元无机离子化合物的可控合成（Adv Mater, 2024）等研究进展。
2. 成果名称：基于氧化锌电子传输层的高性能电致发光器件
主要完成人：金一政、刘杨、何思雨等
成果类型：高影响力学术进展
简介：氧化锌纳米晶薄膜具有透明性好、光电性能可调、兼容溶液工艺加工等诸多优点，作为电子传输层被广泛应用于量子点发光二极管（QLED）和钙钛矿发光二极管（PeLED）等溶液法电致发光器件。然而，氧化锌电子传输层的性能优化长期依赖于模糊的经验规律和“试错式”的迭代模式，其合成化学与器件性能（尤其是工作稳定性）之间的关联机制仍不明晰。这一现状严重了制约了溶液法电致发光器件的实用化。
针对以上问题，化学系金一政团队近年来发展了系列新表征手段和材料合成策略，在基于氧化锌电子传输层的电致发光器件方向取得系列进展：1.开发一套器件光电性能原位表征手段，定位出QLED中ZnO/Ag电极界面的关键衰减位点，探明其对器件老化过程中载流子动力学的影响，揭示了QLED电激发反常效率上升的机制；2.揭示氧化锌表面吸附的乙醇分子对量子点的猝灭机制，发展了新的氧化锌配体修饰策略，实现了迄今为止放置稳定性最优的高性能红光QLED；3.提出开关可控的氧化锌/钙钛矿的界面反应策略，从而充分利用氧化锌与钙钛矿之间的界面反应，制备出高质量、高稳定性的CsPbI3钙钛矿薄膜，实现了目前最高性能的溶液法深红光LED器件。系列进展为精确调控氧化锌电子传输层的光电与化学性质，进一步提升电致发光器件性能提供了新的思路。相关成果在发表于Nano Lett.（2023）、Nat. Commun.（2023）和Nat. Photon.（https://doi.org/10.1038/s41566-023-01369-9）。以上研究获得科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委重大研究计划集成项目、面上项目和博士后基金会面上项目等项目的支持。
3. 成果名称：电化学诊疗
主要完成人：苏彬、王亚锋、周璘、颜亚娟、曹芷源等
成果类型：高影响力学术进展
简介：苏彬课题组主要致力于电化学诊疗新方法、新技术及其生物医学应用研究，近5年在J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.两刊发表高水平研究论文15篇。2023年度，课题组在电化学发光免疫检测、神经退行性疾病电化学诊疗方面取得了系列重要进展：1）研发了多种谱学电化学技术，深入解析了电化学发光探针的反应机制和磁微粒免疫分析过程的空间调控机制，显著提升检测灵敏度和准确度；2）以电化学发光成像和发光机制工作为基础，空间调控发光反应路径，实现了免疫细胞免疫突触的非标记成像，鉴别了免疫细胞与肿瘤抗原、相关辅佐分子和粘附分子的相互作用，为肿瘤特异性抗原多肽及免疫细胞受体克隆的筛选提供了新方法；3）将脑电化学测量和动态给药系统结合，发展了一种帕金森症闭环诊断和给药治疗方法，通过实时测量脑内多巴胺浓度水平动态跟踪帕金森症进而调节左旋多巴给药速度和剂量，有效提高左旋多巴治疗效果。课题组以电化学为底层技术，从分子、细胞和活体层面发展高效诊断方法和疾病诊疗技术，2023年度在J. Am. Chem. Soc.（4）和Angew. Chem. Int. Ed.（2）等期刊发表论文19篇。丁昊的博士学位论文被评为校级优秀博士学位论文和浙江省优秀博士学位论文提名论文，杨蓉婕博士学位论文被推选为浙江大学优秀博士学位论文。
4. 成果名称：绿氢能源的催化基础研究
主要完成人：王勇、毛善俊等
成果类型：高影响力学术进展和重要科技成果奖
简介：绿色低碳已成为全球能源发展的大趋势，而氢能具有无污染和能量密度高等特点，被誉为“21世纪最理想的能源”。发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措之一，我国将氢能视为一项战略性能源技术。通过可再生能源电解水制氢，不仅可以实现“零碳排放”，生产真正洁净的“绿氢”，还可以将间歇、不稳定的可再生能源（如太阳能、风能等）转化储存为化学能，促进新能源电力的消纳，助力建立绿色低碳循环经济体系。在中性介质中的电化学析氢由于动力学缓慢而被认为是能源催化中最困难的挑战之一。项目团队成功合成了新型HxWO3负载型纳米催化剂，并在中性条件下展现出优异的产氢性能。HxWO3被用作质子海绵，形成金属活性位点周围的局部酸性微环境，从而实现了快速的反应动力学。该工作中所阐释的概念为调节催化活性和反应途径提供了塑造局部反应微环境的新可能性。项目团队开发了系列基于廉价金属的自支撑析氢催化剂，在10 × 10 cm2的膜电极组装（MEA）电解槽中，达到了12.12 L h−1的高H2产生速率，并展现出长达1600小时的超长稳定性，验证了其在工业产氢应用中的巨大潜力。此外，项目团队还积极开发基于氢能的下游应用，将先进纳米催化及过程强化技术与化工产业深度融合，开发了系列具有自主知识产权和核心竞争力的新型催化技术和绿色生产系统解决方案，并实现工业应用。项目团队在Nat. Commun., Prog. Mater. Sci., ACS. Catal.等国际著名期刊发表SCI论文12篇。荣获中国专利金奖、浙江省自然科学一等奖、浙江省知识产权奖专利一等奖以及中国催化青年奖等荣誉。
5. 成果名称：基于不对称碳氢键活化的复杂分子体系高效构建
主要完成人：史炳锋，姚启钧，吴勇杰，陈嘉豪，周刚，滕茗芽，王振锴
成果类型：高影响力学术进展
简介：团队聚焦惰性碳氢键不对称催化转化，提出“配位自适性”概念，发展了新型水杨基噁唑啉手性配体（Salox），实现了对六配位正八面体手性钴金属配合物的精准调控，解决了金属钴价态和配位模式多变的难题，实现了首例电促进廉价金属催化的不对称碳氢键活化反应。基于Co(II)/Salox催化的不对称碳氢键活化策略，实现了手性膦化合物、手性二芳基甲胺、手性四氢异喹啉、手性异吲哚啉酮以及轴手性联芳等手性分子的高效构建，并应用于具有重要生物活性的天然产物和药物分子，如(S)-xylopinine, (S)-cryptostyline II, (S)-sebiferine, (S)-norlaudanosine, (S)-pazinaclone和(S)-PD172938等的模块化不对称合成。2023年度，团队在Angew. Chem. Int. Ed. (4)和J. Am. Chem. Soc. (1)等知名期刊发表论文十余篇，周涛专职研究员晋升副研究员，姚启钧博士获聘浙江大学“百人计划”研究员，金良博士学位论文被评为校优秀博士学位论文，陈嘉豪获校争创优秀博士学位论文资助。
6. 成果名称：基于微流控技术的单细胞多组学分析
主要完成人：方群，潘建章，王慧峰，蒋易蓉，吴琼等
成果类型：高影响力学术进展
简介：单细胞多组学技术是全景式表征单个细胞中复杂信号传递与通路调控的重要手段。然而，由于单细胞中的化合物存在成分复杂、含量极低、动态范围大、性质差异明显等特点，开发单细胞多组学技术仍然面临极大挑战。针对这一难题，浙江大学化学系方群团队与浙江大学医学院良渚实验室王永成团队和傅旭东团队开展合作研究，充分发挥微纳流控技术在超微量液体操控与样品预处理中的突出优势，结合并优化单细胞水平的蛋白质组与转录组分析流程，发展了scSTAP（Single-cell simultaneous transcriptome and proteome）单细胞多组学分析平台，首次实现针对同一单细胞个体的转录组和蛋白质组深度联合定量分析，相关成果发表于《细胞报告》（Cell Reports，2023，42， 113455）期刊。基于该平台，研究团队进一步分析了卵母细胞减数分裂过程中转录组与蛋白质组的表达相关性，并揭示了不同种类的基因具有不同的转录和蛋白质表达规律。这一成果为深度表征单细胞中转录与蛋白质翻译过程提供了可靠的数据基础，有助于进一步构建转录与蛋白质表达的预测模型，对人类熟知的“中心法则”提出新的理解与认识。该工作得到了国家自然科学基金和科技部等项目的支持。
7. 成果名称：基于去芳构化策略的天然产物集群式合成
主要完成人：丁寒锋、朱安、孙冬宇、许凯翔、陈如意、吕雨蒙、夏启东、唐东民
成果类型：高影响力学术进展
简介：天然产物已成为现代药物的重要组成部分和新药研发的主要源泉，而化学合成依然是其最有效的获取途径之一。因此，发展普适性的合成策略，“一石多鸟”地实现多个家族天然产物及类似物的系统性合成已成为现阶段合成化学领域的一个重要挑战。针对这一关键科学问题，丁寒锋团队近年来通过发展新型氧化去芳构化促进（ODI-）的串联环化反应体系，建立了高度官能团化核心骨架构建新策略，为天然产物的集群式获取提供了强大的工具。2023年度的工作主要包括：1）以ODI-[5+2]串联环化反应为关键步骤，实现了分属五种亚型骨架、九个具有强镇痛活性木藜芦毒素家族成员的集群式合成，为全新镇痛机制药物的开发奠定了基础；2）基于ODI-[5+2]串联环化反应，发展了新颖、可控的骨架重排策略，仅以15步完成了角三奎烷网肺酸的全合成，解决了此类天然产物合成路线冗长、效率低、不能规模制备等难题，为深入研究其生物学功能提供了技术支撑。研究结果在J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（1篇）等期刊发表，多篇论文被Synfacts（1篇入选“Synfact of the Month”）及“Organic Chemistry Highlights”作为亮点评述。以上工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。
8. 成果名称：二维有机-无机界面激发态动力学
主要完成人：朱海明等
成果类型：高影响力学术进展
简介：将二维无机半导体与有机功能材料相结合，在二维极限下制造范德华异质结构，为按需制造多功能光电器件创造了新的平台。其中的关键科学问题是异质界面光诱导激发态动力学过程。针对该问题，朱海明课题组通过构建单晶TIPS-pentacene和MoS2模型异质界面，利用超快的单线态裂分过程和足够的驱动力实现单线态和三线态共同的电子转移过程并且通过优化有机层厚度首次实现光生载流子数目超过100%。此外，结合有机分子VOPc和单层MoS2，通过跟踪界面电荷分离诱导产生的电场Stark效应特征光谱，观察到超快（<1 ps）无势垒的电子空穴长程分离过程并且发现有机层的结晶度即电荷离域程度对其分离的重要影响。相关工作在JACS上连续发表（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145 (20), 11227-11235；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145（48）, 26257–26265）。这一系列工作利用先进的时间分辨光谱学技术，展示了有机/无机二维半导体界面激发态电荷转移及电荷分离新的现象和新的机制，为理解和推动有机/无机二维半导体光电器件提供了重要参考。该研究获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金和面上项目支持。朱海明研究员连续入选科睿唯安全球高被引科学家。
9. 成果名称：非绝热动力学的量子退相干新方法
主要完成人：王林军等
成果类型：高影响力学术进展
简介：化学中的很多重要过程（如质子、电子和激子转移）都属于非绝热动力学的范畴，而量子退相干对正确刻画非绝热动力学至关重要。国际上很多理论化学课题组都对量子退相干开展了研究，但是离彻底解决该问题还有不小的差距。王林军课题组在《物理化学快报》（J. Phys. Chem. Lett., 2023, 14, 7680-7689和J. Phys. Chem. Lett., 2023, 14, 9855-9863）上发文，提出了非绝热动力学中量子退相干研究的两种新方法，一定程度上解决了混合量子-经典动力学描述中量子退相干的重要理论挑战，为系统研究化学中的复杂非绝热动力学问题打下了坚实的基础。我们提出了退相干时间公式的机器学习方法，新公式揭示了能差符号的重要性，精度远高于领域内现有的各种退相干时间公式。另外，我们通过引入辅助波包刻画轨线分叉，自洽地描述量子退相干，超越了常用的平行动量假设，新方法首次得到了与全量子精确解接近的布居空间分布和含时演化，揭示并基本解决了被使用近百年的平均场动力学中的本征问题，有望用于有机分子、量子点等重要光电材料的本征机制和性质研究。2023年以通讯作者发表Acc. Chem. Res.（1篇）、Nat. Commun.（1篇）、JACS（1篇）、JPCL（3篇）、JPCC（1篇）和JPCM（1篇），这些工作得到了国家自然科学基金的支持。
10. 成果名称：基于机械互锁结构实现聚合物机械性能调控
主要完成人：黄飞鹤、李光锋
成果类型：高影响力学术进展
简介：机械互锁聚合物(Mechanically Interlocked Polymers, MIPs)是高分子科学与机械互锁结构融合的产物，机械互锁聚合物兼具超分子聚合物的动态特性和共价聚合物的稳定性。黄飞鹤教授研究团队致力于研究机械互锁基元的分子尺度微观运动，如索烃的旋转、伸长、扭转，轮烷的滑动、旋转等，在聚合物上的积聚和放大对晶态和非晶态高分子材料宏观性能的独特影响。对于晶态高分子，机械互锁结构内部运动会对有机聚合物的结晶造成明显的干扰。针对这项挑战，团队提出一种配位硼氮键驱动自组装的新策略，实现了纯有机聚轮烷晶体的有效构筑。对比相应的非轮烷聚合物晶体，聚轮烷晶体在收到外部压力的过程中，由于大量协同微观运动的轮烷单元有效耗散了外部的机械压力，晶体的柔软度和回弹性表现出显著提升。另一方面，针对非晶态高分子材料中同时增强增韧的性能提升难题，团队提出将多重氢键和机械互锁机构单元索烃结合起来，利用其构象的灵活性和空间的稳定性，实现了具有方向性和选择性的氢键解离和重组。将此机械互锁氢键结构单元引入到聚合物中，能够同时实现聚合物的增强和增韧。相关研究成果2023年发表在Science Advances, J. Am. Chem. Soc.等期刊。该工作得到了国家自然科学基金重点项目的支持。
11. 成果名称：量子点激发态合成控制及应用研究
完成人：彭笑刚，秦海燕，高远，周健海，濮超丹
成果类型：重要科技成果奖
简介：量子点是溶液合成与加工的半导体纳米晶，具有连续可调的半导体能隙和优异的单晶稳定性。然而，对量子点激发态的认知匮乏制约着量子点的基础研究与广泛应用。针对这一科学难题，该团队在国际上率先提出了“量子点激发态合成控制”新概念，发展出“合成化学、配体化学与激发态谱学相结合”的新手段，取得了三个重要科学发现：（1）系统阐明量子点表面本征缺陷对其激发态性质的影响机制，进而引入熵配体实现无表面本征缺陷核壳结构量子点合成，在II-VI和III-V族核壳量子点系统中实现可控、可调的理想激发态性质。（2）将激发态合成控制研究从光致激发态拓展至电致激发态，为红光量子点发光二极管（QLED）量身定制了量子点，构筑了外量子产率、大功率效率和寿命均创记录的红光器件，实证QLED应用于显示和照明产业的可行性。（3）将激发态合成控制研究深入到单量子点尺度，建立光物理-光化学复合模型，揭示单量子荧光闪烁机制，进而制备了全色系非闪烁量子点。在此基础上，制备了首个室温单量子点电致发光器件。并建立了量子点激发合成控制的材料标准：荧光量子产率 100%、荧光衰减呈单指数、集合体荧光与单颗粒荧光半峰宽一致、单颗粒荧光无闪烁。创新成果在Nature、Nat. Comm.、J. Am. Chem. Soc.等期刊发表，获浙江省自然科学一等奖。
12. 成果名称：自佐剂水凝胶调控病毒到疫苗快速转变
主要完成人：唐睿康，王晓雨，侯丽华等
成果类型：高影响力学术进展
简介：疫苗对于保护人类免受病毒感染疾病的威胁至关重要。然而，由于疫苗开发滞后，新出现的病毒感染仍然对全球公共卫生构成巨大挑战。唐睿康教授带领团队开展跨学科合作研究，在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering, 2023,7,928–942）上发文揭示将野生活病毒直接封装进新型自佐剂水凝胶材料中，在体内定点形成免疫“微工厂”，锁住病毒的同时安全、高效地激活免疫反应，形成免疫记忆。通过时空调控病毒和免疫细胞之间的相互作用，操纵病毒驻留的免疫微环境是疫苗工程的有趣的替代方案。然而，由于缺乏对先天免疫的时空控制，以往具有加载和释放效应的水凝胶材料不符合病毒疫苗的设计标准。因此，为限制病毒释放的同时诱捕病毒；同时，在注射部位招募和调节免疫细胞，以控制病毒处理的时间和位置。研究团队展示了一种名为Vax的病毒诱捕水凝胶，由壳聚糖低聚物水凝胶作为病毒捕获剂，内置佐剂和碳酸钙纳米颗粒作为稳定剂和Ca2+源。带正电侧链的壳聚糖支架通过静电相互作用有效地捕获病毒，水凝胶阻止了病毒颗粒的逸出。而它们的自佐剂特性通过激活模式识别受体（PRRs）来激活先天免疫反应和细胞募集。因此，水凝胶产生用于病毒摄取和抗原加工的炎症生态位，这对淋巴结中的抗原呈递具有调控作用。在此基础上，由于生发中心（GC）B细胞的扩大和交叉呈递的改善，导致有效的体液和细胞免疫。因此，未经事先处理将活致病性ZIKV加载到支架中制备的单剂量疫苗接种可以唤起有效的免疫力并保护小鼠免受致命感染。诱捕活病毒的炎症性免疫生态位策略有望为预防新发传染病提供新的策略。
