化学前沿综述
化学前沿综述报告
摘要：催化剂的概念以及在新能源和环境治理中的应用，如：煤燃烧、废水处理。关键字：催化剂煤燃烧废水处理
化学前沿综述课不是一门只是教授书本知识的课程。在这里我学到了很多新鲜、实际的知识，大大拓宽了知识面。从中了解了当前化学各学科大致的发展方向以及如何在实际中将所学到的化学专业知识应用起来。在“化学反应动力学前沿简介”报告中我了解到了固体表面特征、固体表面孔的类型、固体表面力与吸附的关系、以及吸附原理、吸附平衡及其表征方法。在“自组装与光子晶体”报告中我了解了光子晶体是将两种或两种以上介质材料排列成具有光波长量级的一维、二维或三维周期结构的人工晶体。由于光子晶体具有光子带隙,光子局域等特性, 所以它具有巨大的应用前景。在“过渡金属催化的碳氢键活化”报告中我了解了碳氢键活化反应都需要对底物进行卤化或金属化等预活化步骤,因此过渡金属催化的通过碳氢键活化直接构筑碳-碳键的方法就成为构筑碳-碳键的绿色经济的途径。在这门课中也是我对催化剂有了新的了解和认识，催化剂在实际应用是广泛的，如在新能源和环境治理中。
当前新能源问题和环境治理是社会关注的热点，而催化剂在这两个领域将是很有作为的。新能源领域：我国是能源消耗大国，而在我国能源消耗结构中，煤占有重要地位。所以合理有效开发利用煤是一个具有现实意义的课题。环境治理方面：我国和全球都面临着严重的环境问题，其中水污染尤为严重，治理也就尤为迫切。所以利用催化剂在治理水污染具有长远意义。下面就简述一下催化剂的概念和在工业实际中的应用。
催化剂会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行反应。催化剂在工业上也称为触媒。化学催化剂的应用历史很长，特别在石油化工、精细化工、有机化工和生物化工中，可以说，催化技术已成为化学工业最关键的核心技术之一。据统计，到目前为止，人类所掌握的化学反应80%以上必须在催化剂存在下才能实现。在化学工业生产中，最常用的催化剂是无机酸和无机碱。催化剂对化学反应速率的影响非常大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂一般具有选择性，它仅能使某一反应或某
一类型的反应加速进行。例如，加热甲酸发生分解反应，一半进行脱水，一半进行脱氢。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位。现在几乎有半数以上的化工产品，在生产过程里都采用催化剂。例如，合成氨生产采用铁催化剂，硫酸生产采用钒催化剂，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中，都采用不同的催化剂。由氯酸钾分解制取氧气，除了用二氧化锰作催化剂以外，还可用氧化铁、粗食盐、氧化铜、氧化镁、氧化铬、褐色细砂、粘土等作催化剂。但它们的催化作用，依次减弱。
燃煤催化剂一般选择最廉价的原料——工业废弃物。试验证明, 许多废弃物具有明显的催化燃烧作用, 且具有环境保护的效能。常用燃煤催化剂的废气物有: 第一,煤灰。煤灰是煤中灰分在燃烧过程形成的剩余物。煤中的灰分是内在的催化剂。灰分过多不利于燃烧, 过少也很难着火。
第二, 造纸黑液。造纸厂排放的碱性黑液含有大量K2CO3, Na2CO3, KOH, NaOH和Ca( OH) 2等, 它是效果较好的燃煤催化剂。将干燥的造纸黑液适量加入煤中, 可使煤的着火温度降低30 ℃～50 ℃, 促使煤完全燃尽。另外, 它还有脱硫作用, 脱硫率可达到35%～58% , 这对环境保护是有利的。
第三, 碱厂废液。碱厂废液中含有大量CaCO3和少量CaCl2, 适当加入这种废液有利于煤着火燃烧, 同时也具有脱硫作用, 脱硫率可达到44%以上。
第四, 铁矿石粉,铁矿开采过程中产生的铁矿石粉, 其中富含Fe2O3, 是较好的燃煤催化剂原料。有的铁矿石山不具备开采价值, 经多年的风化, 山坡多积存大量的铁矿石粉末,可以收集使用。
第五, 草木灰。草木灰中含有KOH ,冲水过滤后可以得到溶液, 晒干后便可从溶液中提取用作燃煤催化剂的粗品KOH。
第六, 石灰。生石灰和熟石灰均可作为燃煤催化剂原料, 其中要特别强调的是Ca2+明显具有脱硫的作用。除上述几种之外, 其他可用作燃煤催化剂的废弃物还有很多, 例如废弃的白泥、炼铁炉炉渣电石废渣以及某些化工厂的废液等等。总的来说, 燃煤催化剂提高了煤的挥发分析出速率, 降低了煤的着火温度, 缩短了点火延迟时间, 加快了焦炭燃尽速率, 并具有脱硫脱氮的明显作用( 提高了固硫率和固氮率) 。其次, 加入催化剂后, 锅炉燃烧趋于完全, 在锅炉蒸发量略有增大的情况下, 煤耗量有所降低, 汽煤比相对提高 6.02%。尽管变化幅度不大,
却说明催化剂能够改善锅炉燃烧工况, 提高了锅炉热效率。( 1) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程中提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不好, 通过添加催化剂, 也可以保证锅炉的燃烧情况和出力负荷, 充分利用了煤炭资源。( 2) 含催化剂C 的矿粉是效率较好的催化剂, 价廉、来源广、有很好的工业应用前景; 煤脱硫助燃材料, 适用于各种工业锅炉、电站锅炉燃煤过程中SO2的脱除。( 3) 在煤燃烧以及煤中S与N向SO2及NO 转化的过程中, FeCl3既起到催化剂的作用, 同时又起吸收剂的作用。FeCl3催化作用表现在降低了SO2和NO 生成反应的表观活化能。( 4) “煤脱硫助燃材料”内含有钙、镁和催化剂, 煤炭燃烧时, 产生的二氧化硫、三氧化硫与钙化合成亚硫碳酸钙、硫酸钙, 固定在灰渣中。“煤脱硫助燃材料”内的活性金属氧化物, 可以起到助燃和催化燃烧的作用, 改变了原来燃烧不充分的状况。脱硫粉内还有相当数量的单质金属高能燃料, 燃烧时和强氧化剂发生反应释放出大量的热能, 使燃烧温度提高, 促使劣质煤中原来不能燃烧的成分, 如煤矸石, 也能充分燃烧, 使燃烧后的炉渣含碳量下降。( 5) 在煤中添加某些碱金属或碱土金属化合物可不同程度地起到促进燃烧作用。燃煤催化剂在煤炭燃烧中能有效地降低煤炭着火温度, 同时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。催化剂为原料煤在燃烧过程中提供了燃烧初期必需的氧气, 提高了煤炭颗粒的燃烧速度, 即使煤质不好, 通过添加催化剂, 也可以保证锅炉的燃烧情况和出力负荷, 充分利用了煤炭资源。
我国是世界上染料生产和消费的第一大国,染料及印染废水污染量大面广。染料及印染废水属于治理难度较大的工业废水之一,它具有水量大、色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点。这类废水中的主要污染物有BOD、COD、有机有毒物质和色素等。染料及印染废水常采用过滤、沉淀、混凝为主的物化法, 光催化氧化法降解染料废水是最近的一个研究热点,研究表明以TiO2、ZnS、CdS 等作为光催化剂可以有效降解废水中的染料等有机物。综述了不同光催化剂的研究状况及其对染料和印染废水处理的作用机制。ZnS对染料的光催化效果除TiO2以外,作为半导体光催化剂的还有ZnS、CdS、CuO等。
随着催化剂等新材料的不断发现和能源意识的逐渐增强,越来越感觉到基于
光催化的废水处理技术的良好前景。对于高效光催化剂的研究和开发, 最佳催化条件的探索以及如何将该技术从实验室推广到大规模的工业化应用,还有许多研究工作要做。发展光催化氧化技术需要解决的问题主要包括: (1)几乎所有的催化需要解决的第一个问题就是高效催化剂的研制,光催化氧化也不例外。具体来说,目前这方面要做的工作是开发高效的、合乎实际使用需要的催化剂。(2)利用先进手段,识别和鉴定催化氧化中间产物和活性组分,揭示催化机理,指导催化剂制备。(3)在催化机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上,对光催化反应器进行最优化设计,并对催化过程实行优化操作。(4)利用多项单元技术的优化组合,在加深对光催化氧化技术认识的基础上,与其他技术配合,将会开拓更广阔的应用前景。
(整理)化学未来的发展趋势.
白春礼：对化学未来的发展趋势的阐述以及对于广大化学工作 者的期望 发布时间：2011-06-07 【字 号：小中大】谈一下化学未来的发展，有四点趋势。化学将向更广度、更深层次的方向延伸；新工具的不断创造和应用促进化学创新发展；绿色化学将引起化学化工生产方式的变革；化学在解决战略性，全局性，前瞻性重大问题当中将继续发挥更大的作用。 化学向更广更深的层次延伸体现在几个方面，对原子，分子的认识将更为深入，多层次分子研究更为系统，创造新分子，新材料的基础上更加注重功能性。超分子是一个分子结构与宏观性能的关键纽带，是产生更高级结构的基础。如何设计超分子结构和材料，对复杂生命体系的理解和模拟及调控都是前沿的课题。这是化学向更深层次，更复杂拓展的延伸。 新工具的创造和应用会促进化学的发展，随着技术能力和仪器设备的不断进步，空前准确和灵敏的仪器不断被创造和应用，科学家不仅能在原子，分子甚至电子层次观察并研究微观世界的性质，而且能够对其物质结构和能量过程进行操控。1981年，人类实现了观察单个原子的愿望，实现了移动单个原子和单个分子，促进了化学的创新和发展。同步辐射及各种实验方法和技术的改进，使同步辐射光源在化学研究领域中发挥重要的作用，比如真空紫外辐射光可以在量的水平上观察化学共振态。原位气固反应X射线吸收精细结构谱实验新方法，各种应用促进了化学向更深层次的发展。 绿色化学将促进化学化工生产方式的变革，绿色化学不仅是对现有过程的改进和新过程的研究，未来化学的研究将更加注重绿色产品设计的理念。绿色化学将注重经济，高效，制备与人类生活相关的物质，绿色化学不仅是创造可持续的化学产品，也需要变废为宝，将今天的废弃物变为明天有用的资源，将引起化学化工的变革。美国在1995年设立了总统绿色化学挑战奖，07年通过了绿色化学研究和发展法案。日本在上世纪90年代旨在防止全球气候变暖，在21世纪重建绿色地球的新阳光计划开始实施，主要内容为能源和环境技术研究开发。97年德国提出为环境而研究的计划。化学家开发了大量的化学合成反应，制备人类息息相关的物质，超过80%的化学生产需要催化剂，70%以上的化学化工过程使用溶剂。我们现在考虑如果从合成方法学来讲，原子经济学，计算化学，绿色化学结合，合成方法学的角度上进行绿色化学的研究。80%化学品的生产需要催化剂，如何通过发展新型的高效催化剂高稳定性，并且在制造的过程中对环境是无害，使用的过程可以回收再利用，使催化剂不污染环境这也是一个非常重要的方面。70%以上的化学化工过程要使用溶剂，我们要采用绿色的溶剂，二氧化碳做溶剂，离子液体，聚乙二醇等等使之更加清洁和可持续。绿色化学还需要变废为宝，把引起气候变暖的二氧化碳转化利用，通过开发新的技术进行转化应用。前不久我们曾经在宝钢与新西兰研究一个新的技术，利用钢厂的尾气对二氧化碳进行转化研究。秸秆，树木，藻类转化为燃料，重要化学品核材料，木质素，纤维素为原料的新化学反应，粘土等天然无毒原料在材料科学中的应用，不仅是创造新一代的可持续的化学产品，还要考虑如何变废为宝，这是下一步发展的重要方面。 第四方面，化学在解决全局性，前瞻性，战略性的重大问题中会发挥重要的作用，社会的发展不断对化学发展提出新的需求，比如能源危机要求我们如何像光合作用那样高效的利用太阳能。前不久有仿造树叶的光合作用来高效利用太阳能。环境保护方面如何控制降解驱除污染，资源利用方面必须做到合理高效的利用资源，最大显著的利用资源，材料方面绿色化及智能化，可再生循环利用，社会安全方面防患于未然，比如易燃品，爆炸品的检查和防护，有很多的工作需要化学家发挥更大的作用。 刚才讲了环境，能源，资源利用等方面，在材料化学方面，要设计铸造分子，生命科学方面不仅是研究生命起源，调控机制，疾病发生机制和药物的作用机制，在脑科学和认知科学方面，如何在生物分子的水平上认识结构，化学都有十分重要的作用。
1计算化学概述
1计算化学概述 计算化学在最近十年中可以说是发展最快的化学研究领域之一。究竟什么是计算化学呢?由于其目前在各种化学研究中广泛的应用, 我们并不容易给它一个很明确的定义。简单的来说, 计算化学是根据基本的物理化学理论通常指量子化学、统计热力学及经典力学及大量的数值运算方式研究分子、团簇的性质及化学反应的一门科学。最常见到的例子是以量子化学理论和计算、分子反应动力学理论和计算、分子力学及分子动力学理论和计算等等来解释实验中各种化学现象,帮助化学家以较具体的概念来了解、分析观察到的结果。对于未知或不易观测的化学系统, 计算化学还常扮演着预测的角色, 提供进一步研究的方向。除此之外, 计算化学也常被用来验证、测试、修正、或发展较高层次的化学理论。同时准确或有效率计算方法的开发创新也是计算化学领域中非常重要的一部分。简言之, 计算化学是一门应用计算机技术, 通过理论计算研究化学反应的机制和速率, 总结和预见化学物质结构和性能关系的规律的学科。如果说物理化学是化学和物理学相互交叉融合的产物, 那么计算化学则是化学、计算机科学、物理学、生命科学、材料科学以及药学等多学科交叉融合的产物, 而化学则是其中的核心学科。近二十年来, 计算机技术的飞速发展和理论方法的进步使理论与计算化学逐渐成为一门新兴的学科。今天、理论化学计算和实验研究的紧密结合大大改变了化学作为纯实验科学的传统印象, 有力地推动了化学各个分支学科的发展。而且, 理论与计算化学的发展也对相关的学科如纳米科学和分子生物学的发展起到了巨大的推动作用。 2计算化学的产生、发展、现状和未来 2.1计算化学的产生 计算化学是随着量子化学理论的产生而发展起来的, 有着悠久历史的一门新兴学科。自上个世纪年代量子力学理论建立以来, 许多科学家曾尝试以各种数值计算方法来深人了解原子与分子之各种化学性质。然而在数值计算机广泛使用之前, 此类的计算由于其复杂性而只能应用在简单的系统与高度简化的理论模型之中, 所以, 即使是在此后的数十年里, 计算化学仍是一门需具有高度量子力学与数值分析素养的人从事的研究, 而且由于其庞大的计算量, 绝大部分的
当代无机化学研究前沿与进展研究
化学前沿 【论文摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的 基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温 和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中 占有一席之地。 （三）缺陷与价态控制 缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象, 也是决定和优化材料 性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切, 因此, 缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关, 因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。 （四）计算机辅助合成 计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库, 再在系统研究其合成反应与机理的基础上, 应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型, 并进一步建立定向合成的专家决策系统。
化学学科发展前沿
当代无机化学发展前沿 【论文摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科 学的基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶 化, 即温和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究 领域中占有一席之地。 （三）缺陷与价态控制 缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象, 也是决定和优化 材料性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切, 因此, 缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关, 因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。 （四）计算机辅助合成 计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库, 再在系统研究其合成反应与机理的基础
计算化学学习指南
《计算化学》课程学习指南 计算化学学习基本要求： 在学习了化学系列基础课程之后，通过本课程的学习，掌握化学中常用的数值计算方法，并能利用计算方法来解决化学中和部分工程实践中的实际问题，学习中坚持理论与实践相结合，才能更深刻的理解与运用理论，并在解决实际问题中，掌握理论和方法，培养学习能力、实践能力和创新能力。 计算化学学习的难点： 学生学习计算化学时由于受原有化学、数学、计算机基础的制约，感到课程涉及知识面广，入门较慢。尤其是对各种化学、化工知识的综合应用及编程需要有一个熟悉的过程。坚持一定会有收获！ 计算化学的研究方法： 传统意义上的计算化学要完成的任务一般包括以下几个方面： 1．量子结构计算，分子从头计算（Schrodinger方程的精确解）、半经验计算（Schrodinger方程的估计解）和分子力学计算（根据分子参数计算），属于量子化学和结构化学范畴； 2．物理化学参数的计算，包括反应焓、偶极矩、振动频率、反应自由能、反应速率等的理论计算，一般属于统计热力学范畴； 3．化学过程模拟和化工过程计算等。 但是随着科学的发展，要界定计算化学的范围是很困难的，因为它是化学学科现代化过程中新的生长点，它与迅速崛起的高科技关系密切，深受当今计算机及其网络技术飞速发展的影响，正处在迅速发展和不断演变之中，研究的侧重点也因研究者及其所处的学术环境、原有基础和人员的知识背景而异。在今后的一段时期内，计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计将是计算化学的主题。尽管实际上计算化学覆盖的面还要广得多，比较公认的研究领域至少有：1．化学数据挖掘(Data mining)；
2．化学结构与化学反应的计算机处理技术； 3．计算机辅助分子设计； 4．计算机辅助合成路线设计； 5．计算机辅助化学过程综合与开发； 6．化学中的人工智能方法等。 无论计算化学涉及的内容多么广泛，其核心依然是数值计算问题。 本课程主要学习利用计算机解化学中的数值计算问题，一般包括以下几个步骤： 1．对所要解决的问题进行分析，将化学问题转变为数学模型，选择所需的计算方法； 问题分析是完成计算任务的基础，包括对问题所含物理化学意义的清楚认识。在进行数值计算时要量纲明确，保证计算步骤分解准确。采用的数学理论正确、计算方法合理有效。 2．写出解决问题的程序框图 根据分析结果给出程序框图是编写程序的基础和关键。写出清晰、流畅、准确的程序框图是任何计算机语言编写程序的必要步骤。程序框图的绘制要根据计算机运算的特点和编写代码程序的需要。 3．代码程序的编写 选择一种合适的计算机语言，运用该种语言将上述程序框图写成计算机程序（高级程序）。由于一种计算机语言往往有不同版本，适合于不同的编译平台，彩的程序代码要符合该编译平台的规范。 4．程序的调试和编译 一个计算机程序编写完成后，一般需要通过编译、调试和修改步骤，构成计算机可以识别的代码集，并找出问题，加以完善。编译和高度的方法依据不同的程序编译平台会略有不同。 5．试算分析，输出结果 调试得到执行程序后，用已知的算例去试算检查，分析结果正确无误码，才能用于未知的算例。
物理化学-化学前沿与进展资料
砷钼酸盐化学研究进展与展望 巩培军104753140807 物理化学 摘要：多金属氧酸盐以其丰富多彩的结构及其自身的优良分子特性，包括极性、氧化还原电位、表面电荷分布、形态及酸性，使其在很多领域，尤其是材料、催化、药物等方面具有潜在应用前景，因而受到人们的广泛关注。本文选择目前报道尚少的砷钼杂多化合物为研究重点。 Abstract: Polyoxometalates (POMs), a fascinating class of metal–oxygen cluster compounds with a unique structural variety and interesting physicochemical properties, have been found to be extremely versatile inorganic building blocks in view of their potential applications in catalysis, medicine, and materials. In this paper, the main work has been focused on the rare reported arsenomolybdates. Keywords: polyoxometalates; physicochemical properties; applications 1 多酸概述 多金属氧酸盐化学至今已有近二百年的历史，它是无机化学中的一个重要研究领域[1-3]。早期的多酸化学研究者认为无机含氧酸经缩合可形成缩合酸：同种类的含氧酸根离子缩合形成同多阴离子，其酸为同多酸；不同种类的含氧酸根离子缩合形成杂多酸阴离子，其酸为杂多酸[4]。现在文献中多用Polyoxometalates (多金属氧酸盐) 及Metal-oxygen clusters (金属氧簇)来代表多酸化合物。 从结构上多酸是由前过渡金属离子通过氧连接而形成的金属氧簇类化合物，它的基本的结构单元主要是八面体和四面体。多面体之间通过共角、共边或共面相互连接。根据多面体的连接方式不同，多金属氧酸盐可划分为不同的结构类型，如Keggin、Dawson、Silvertone、Anderson、Lindqvist 和Waugh 结构等，它们被称为多金属氧酸盐最常见的六种基本结构类型（图1）。（1）Keggin 结构，其阴离子通式可表示为[XM12O40]n– (X = P、Si、Ge、As、B、Al、Fe、Co、Cu 等；M = Mo、W、Nb 等)；（2）Wells—Dawson 结构，其阴离子通式可表示为[X2M18O60]n– (X = P、Si、Ge、As 等；M = Mo、W 等)；（3）Silverton 结构，其阴离子通式为[XM12O42]n– (X = Ce IV等；M = Mo VI 等)；（4）Anderson 结构，其阴离子通式为[XM6O24]n– (X = Al、Cr、Te、I 等；M = Mo 等)；（5）Lindqvist 结构，其阴离子的通式为[M6O19]n– (M = Nb V、Ta V、Mo VI、W VI等)；（6）Waugh 结构，其阴离子通式为[X2M5O23]n– (X = P V等；M = Mo VI等)。其结构又决定其特殊性质的，如强酸性、氧化性、催化活性、光致变色、电致变色、导电性、磁性等。多金属氧酸盐由于各种确定的结构和特异、优越的物理化学性质，使它们在催化[5]、材料科学[6]、化学及医药学[7]等方面具有重要的应用前景。多金属氧酸盐可根据组成不同分为同多(iso)和杂多(hetero)金属氧酸盐两大类。这种分类方法一直沿用早期化学家的观点:即由同种含氧酸盐缩合形成的称同多酸(盐)，由不同种含氧酸盐缩合形成的称为杂多酸(盐)。多酸化学经过近两个世纪的发展，已经成为无机化学的一个重要分支和研究领
化学学科的前沿方向与优先领域
化学学科的前沿方向与优先领域基础学科在整个自然科学体系中占有十分重要的地位和作用。由基础科学研究产生的大量新思想、新理论、新效应等为应用科学提供了理论基础，对现代技术的发展有巨大的推动作用。国内外大量事实说明，"科学理论不仅更多地走在技术和生产的前面，而且为技术、生产的发展开辟着各种可能的途径"。基础研究是社会与科学发展的基础，而基础学科的建设与发展，是基础科学研究的基础。 化学和其它科学一样，是认识世界和改造世界重要学科。它与物理科学、生命科学等相互渗透，不断形成新的交叉学科。 学科的前沿方向与优先领域为： （1）合成化学； （2）化学反应动态学； （3）分子聚集体化学； （4）理论化学； （5）分析化学测试原理和检测技术新方法建立； （6）生命体系中的化学过程； （7）绿色化学与环境化学中的基本化学问题； （8）材料科学中的基本化学问题； （9）能源中的基本化学问题； （10）化学工程的发展与化学基础。 今日化学何去何从 今日化学何去何从？对于这个问题有两种回答：第一种回答：化学已有200余年的历史，是一门成熟的老科学，现在发展的前途不大了；21世纪的化学没有什么可搞了，将在物理学
与生物学的夹缝中逐渐消微。第二种回答：20世纪的化学取得了辉煌的成就，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉，相互渗透，相互促进中共同大发展。本文主张第二种回答。 1. 20世纪化学取得的空前辉煌成就并未获得社会应有的认同 在20世纪的100年中，化学与化工取得了空前辉煌的成就。这个“空前辉煌”可以用一个数字来表达，就是2 285万。1900年在Chemical Abstracts（CA）上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种。经过45年翻了一番，到1945年达到110万种。再经过25年，又翻一番，到1970年为236.7万种。以后新化合物增长的速度大大加快，每隔10年翻一番，到1999年12月31日已达2 340万种。所以在这11年中，化学合成和分离了2 285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要，而在1900年前的历史长河中人们只知道55万种。从上面的数字还可以看出，化学是以指数函数的形式向前发展的。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中创造出如此众多的新化合物。这个成就用“空前辉煌”来描述并不过分。但“化学家太谦虚”（这句话是Nature 杂志在2001年的评论中说的，参见文献[1]），不会向社会宣传化学与化工对社会的重要贡献。因此20世纪化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。 2.20世纪发明的七大技术中最重要的是信息技术、化学合成技术和生物技术 报刊上常说20世纪发明了六大技术： ①包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络等的信息技术； ②基因重组、克隆和生物芯片等生物技术； ③核科学和核武器技术； ④航空航天和导弹技术； ⑤激光技术； ⑤纳米技术。
化学前沿综述
化学前沿综述报告 摘要：催化剂的概念以及在新能源和环境治理中的应用，如：煤燃烧、废水处理。关键字：催化剂煤燃烧废水处理 化学前沿综述课不是一门只是教授书本知识的课程。在这里我学到了很多新鲜、实际的知识，大大拓宽了知识面。从中了解了当前化学各学科大致的发展方向以及如何在实际中将所学到的化学专业知识应用起来。在“化学反应动力学前沿简介”报告中我了解到了固体表面特征、固体表面孔的类型、固体表面力与吸附的关系、以及吸附原理、吸附平衡及其表征方法。在“自组装与光子晶体”报告中我了解了光子晶体是将两种或两种以上介质材料排列成具有光波长量级的一维、二维或三维周期结构的人工晶体。由于光子晶体具有光子带隙,光子局域等特性, 所以它具有巨大的应用前景。在“过渡金属催化的碳氢键活化”报告中我了解了碳氢键活化反应都需要对底物进行卤化或金属化等预活化步骤,因此过渡金属催化的通过碳氢键活化直接构筑碳-碳键的方法就成为构筑碳-碳键的绿色经济的途径。在这门课中也是我对催化剂有了新的了解和认识，催化剂在实际应用是广泛的，如在新能源和环境治理中。 当前新能源问题和环境治理是社会关注的热点，而催化剂在这两个领域将是很有作为的。新能源领域：我国是能源消耗大国，而在我国能源消耗结构中，煤占有重要地位。所以合理有效开发利用煤是一个具有现实意义的课题。环境治理方面：我国和全球都面临着严重的环境问题，其中水污染尤为严重，治理也就尤为迫切。所以利用催化剂在治理水污染具有长远意义。下面就简述一下催化剂的概念和在工业实际中的应用。 催化剂会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行反应。催化剂在工业上也称为触媒。化学催化剂的应用历史很长，特别在石油化工、精细化工、有机化工和生物化工中，可以说，催化技术已成为化学工业最关键的核心技术之一。据统计，到目前为止，人类所掌握的化学反应80%以上必须在催化剂存在下才能实现。在化学工业生产中，最常用的催化剂是无机酸和无机碱。催化剂对化学反应速率的影响非常大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂一般具有选择性，它仅能使某一反应或某
2017研究前沿_化学与材料科学
2017 研究前沿 中国科学院科技战略咨询研究院 中国科学院文献情报中心 科睿唯安 七、化学与材料科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 化学与材料科学 Top 10 热点前沿发展态势 化学与材料科学领域Top10热点前沿主要分布在太阳能电池、有机合成、纳米技术、超级电容器、自由基聚合、上转换发光等领域。与2013-2016 年相比，2017年 Top10热点前沿既有延续又有发展。在太阳能电池领域，关于钙钛矿太阳能电池和聚合物太阳能电池的研究连年入选热点前沿或新兴前沿。在今年的Top10热点前沿中，聚合物太阳能电池延续了去年对非富勒烯受体（小分子和聚合物）的关注，钙钛矿太阳能电池则侧重空穴传输材料研究。在有机合成领域，碳氢键的活化反应也是连年入选，往年侧重在钌、铑等贵金属的催化转化，今年是非贵金属钴的催化转化，另外今年还突出了间位碳氢键的活化。在纳米技术领域，不仅继续有具体的前沿研究入选，而且首次出现宏观的研究概念――纳米组装学。在超级电容器领域，基于纳米孔碳电极（2014年）、纳米二氧化锰电极材料（2016年）的超级电容器曾经入选热点前沿或新兴前沿，今年入选的是基于NiCo2S4电极材料的超级电容器。在自由基聚合领域，继2014年入选新兴前沿后，光引发的聚合反应今年成为热点前沿。在上转换发光领域，“三重态-三重态湮灭上转换”入选热点前沿。
1.2 重点热点前沿——三价钴催化的碳氢键活化反应 传统的合成化学基于活性官能团的相互转化，通常需要繁琐的预官能团化步骤。而碳氢键的直接化学转化可以避免这一过程，大大提高反应的原子经济性和步骤经济性，因而受到广泛关注并取得蓬勃发展。近十年来，过渡金属催化的碳氢键直接官能团化反应已成为重要的合成工具，特别是贵金属（铑、钌、铱、铂、金、银等）催化成果显著。然而，高昂的成本以及对环境可能造成的不利影响限制了贵金属催化的大规模应用。因此，越来越多的研究人员将目光转向储量丰富、成本低廉的第一行过渡金属（锰、铁、钴、镍、铜等）。这点在《研究前沿》系列报告中也得以体现：在2013年和2014年的报告中，“钌、铑催化的碳氢键活化反应”进入化学领域Top10热点前沿，本年度则是“钴催化的碳氢键活化反应”入选。钴催化的碳氢键活化反应可分为低价钴（CoⅡ）催化和高价钴（CoⅢ）催化两类。本研究前沿是高价钴催化的碳氢键活化反应。2013年，日本东京大学金井求（Motomu Kanai）教授和川岛茂裕（Shigehiro Kawashima）博士报道了Cp*CoⅢ（Cp*= 五甲基环戊二烯）络合物催化的2-苯基吡啶碳氢键活化直接加成到亚胺、烯酮上的反应。此后，研究人员不断扩大Cp*Co Ⅲ催化剂的应用围并研究其催化机理。与其替代对象Cp*RhⅢ相比，Cp*CoⅢ不仅可用于前者催化的反应，而且由于反应活性差异，导致可能采取不同的反应路线从而生成不同的产物。 如表31所示，在本研究前沿中，德国、日本、美国、国以及中国等国家或地区发表了多篇核心论文。日本东京大学、德国哥廷根大学、明斯特大学、美国耶鲁大学、国基础科学研究院等研究机构在该领域做出了突出贡献。大学、大学、中科院化物所等研究机构的工作也比较突出。
当代无机化学研究前沿与进展
当代无机化学研究前沿与进展 【摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 【关键词】:无机化学；研究前沿；研究进展 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”, 正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
应用化学专业前沿应化11-2
应用化学学科前沿 高分子材料
前言： 高分子材料也称聚合物材料，它是以高分子化合物（树脂）为基体，再配以其他添加剂（助剂）所构成的材料。高分子材料包括天然高分子材料，如棉、麻、丝、毛等；由天然高分子原料经过化学加工而成的改性高分子材料，如粘胶纤维、醋酸纤维、改性淀粉等；由小分子化合物通过聚合反应合成的合成高分子材料，如聚丙烯树脂、顺丁橡胶、丙烯酸涂料等。由于高分子材料概括性太大，先介绍几种不同高分子材料的发展现状。
高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。高分子材料与其他的各种材料（如木材、陶瓷、金属、水泥、棉、毛、丝、皮革、纸张等）并驾齐驱，在各种工业部门得到了广泛的应用，这主要是高分子材料本身具有许多的优良特性，例如塑料质地轻盈、加工成型方便，可以制成各种生活用品；工程材料具有较高强度，可以代替金属,由于高分子材料的相对密度为1.0~1.4，是钢铁相对密度的1/8、铝的1/2，这对于要求减轻自重的应用，有特殊的意义。 从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量, 达到至少１万以上, 或几百万至千万以上, 所以, 人们將其称为高分子、大分子或高聚物． 高分子的种类繁多，随着化学合成工业的发展和新聚合反应和方法的出现，种类不断增加，就要进行分类。可以根据来源、性质、用途、结构等不同的角度进行多种分类。依据材料的性能和用途，可以将聚合物分为塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂、功能高分子、离子交换树脂等；按应用功能分类可以分为通用高分子如塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等，功能高分子如具有光电磁等物理功能的高分子、高分子药物等，特殊功能高分子如耐热、高强度的聚碳酸酯等，仿生高分子如高分子催化剂、模拟酶等。 高分子材料可以人为合成，那是不是代表着人们可以随心所欲的合成自己需要的材料呢？答案当然是否定的。就目前人类的科学发展水平来看，想随心所欲的合成高分子材料是不可能的。先来看看目前高分子材料的发展现状以及发展前景吧。 随着高分子材料合成与加工的技术进步,塑料在各行业得到广泛、深入的应
关于化学生物学研究前沿进展的综述
关于化学生物学研究前沿进展的综述 姓名：陶宗学号：16010601001 导师：王海华教授 摘要 作为化学领域的一门新兴二级学科，化学生物学已经成为具有举足轻重作用的交叉研究领域，是推动未来生命和化学学科发展的重要动力。本文对近几年来我国化学生物学领域取得的突出进展加以归纳和介绍: (1)基于小分子化合物及探针的研究。利用有机化学手段，通过设计合成一系列多样化的小分子化合物，以这些探针为工具深入开展了细胞生理、病理活动的调控机制、细胞关键信号转导通路及重要靶标、抑制剂和标记物的发现、基于金属催化剂的活细胞生物分子激活等方面的研究；(2)以化学生物学技术为手段，着重发展了针对蛋白质、核酸和糖等生物大分子的合成、特异标记与操纵方法，用以揭示这些生物大分子所参与的生命活动的调控机制；(3)采用信号传导过程研究与靶标发现相结合，以实现“从功能基因到药物”的药物研发模式，发展了药物靶标功能确证与化合物筛选的联合研究策略；(4)以化学分析为手段，发展了在分子水平、细胞水平或活体动物水平上，获取生物学信息的新方法和新技术。这些研究成果极大地推动了我国化学生物学的进步。 关键词：化学生物学; 小分子探针; 生物大分子标记; 信号转导; 药物靶标 近年来，化学生物学已经成为具有举足轻重作用的一门新兴交叉学科，是推动未来生命科学和生物医药发展的关键研究领域。通过充分发挥化学和生物学、医学交叉的优势，化学生物学的研究具有重要的科学意义和应用前景，能够深入揭示生物学新规律，促进新药、新靶标和新的药物作用机制的发现，造福于人类的健康事业，推动社会经济发展。 在化学生物学的发展过程中，相继出现了如组合化学、高通量筛选技术、分子进化等一系列新技术和新方法，为化学与生物学、医学交叉领域的研究注入了新的内涵和驱动力。近年来，化学生物学家以小分子探针为主要工具，对细胞生命现象，尤其是细胞信号转导过程中的重要分子事件和机理进行了深入的研究。与此同时，化学生物学在与包括生物化学、分子生物学、结构生物学、细胞生物学等领域的交叉合作越发深入，研究优势越发明显，这也推动了化学、医学、药学、材料科学和生物学科相关前沿的探索研究。以下对近两年来我国化学生物学领域取得的突出进展进行大致的归纳和介绍。 1 基于小分子化合物及探针的研究
计算化学论文综述上交版
2012年秋季学期《计算化学》综述 分子模拟在化学领域的应用进展 班号：10907401 学号：1090740112 姓名：贺绍飞 2012年哈尔滨工业大学
分子模拟在化学领域的应用进展 摘要:分子模拟作为一种全新的研究手段已经在化学、化工、材料、生物等领域受到了广泛的关注。本文首先对分子模拟进行了简单的介绍，然后举例详细阐述了分子模拟在石油化工领域、超临界流体领域、分子筛吸附、高分子领域以及气体膜分离领域的应用发展，最后展望了分子模拟技术的发展方向。 关键词：分子模拟、问题及发展趋势、应用发展 1.引言 分子模拟技术是随着计算机在科研中的应用而发展起来的一门新的科学，是计算机科学和基础科学相结合的产物。 20世纪80年代以来，随着计算机性能的提高以及各种计算化学方法的改进，分子模拟技术日渐成熟，并逐步发展成为人们进行科学研究的一项新的有效的工具，在化学、制药、材料等相关的工业上发挥着越来越重要的作用。 分子模拟之所以受到这样的重视，与它自身的特点和相关学科的发展是密不可分的。以前，采取的都是实验室人工合成一种新型化合物，但是有一些化合物的合成繁琐而复杂，例如具有多种旋光性的药物，每一种新的药物合成都是一个工作量巨大的实验过程，以往只能采用实验手段研究时，新药的实验过程经常持续数十年，其间经历了许多失败的实验，耗费大量的人力物力。但是，在采用分子模拟的方法后，可以通过计算机模拟的手段对实验进行大量的预先筛选，大大加快了这一研究的进程。又如在对超临界流体的研究中，分子模拟和传统的实验相比有着巨大的经济优势。 2.分子模拟简介 2.1 分子模拟的定义 分子模拟是一个广泛的概念，其包括基于量子力学的模拟和基于统计力学的模拟。前者为计算量子化学(computational quantum chemistry，简称CQC)，后者主要分为两个方法，分别是分子动力学模拟(molecular dynamics，MD)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo，MC)[1]。三者中以计算量子化学的结果最为可靠，但是其计算量也是最大的，通常处理的体系也是比较小的.MC和MD都是基于位能函数的模拟，不同之处在于MD模拟过程与时间相关，除了和MC一样可以处理平衡性质以外，在处理传递性质等与时间相关的问题时有天然的优势，当然MD 和MC相比程序的复杂程度要高，计算的难度要大一些。 2.2 分子模拟的方法[2-7] 分子模拟的方法主要有四种：分子力学方法，分子动力学方法、蒙特卡洛方法、量子力学方法。 2.2.1 分子力学方法 分子力学法又称Force Field方法，是在分子水平上解决问题的非量子力学技术。其原理是，分子内部应力在一定程度上反映被计算分子结构的相对位能大小。分子力学法是依据经典力学的计算方法，即依据Born-Oppenheimer原理，计算中将电子的运动忽略，而将系统的能量视为原子核种类和位置的函数，这些势能函数被称为力场。分子的力场含有许多参数，这些参数可由量子力学计算或实验方法得到。该法可用来确定分子结构的相对稳定性，广泛地用于计算各类化合物的分子构象、热力学参数和谱学参数。 2.2.2 分子动力学方法 分子动力学模拟是一种用来计算一个经典多体系的平衡和传递性质的方法。
从计算化学到生物学_计算生物学的起源
从计算化学到生物学 杨金才 1501110432 尽管我是生物背景，但我所用的分子模拟方法却多是由计算化学家所建立的，然 后被应用于生物学领域。在计算化学领域主要荣获两次诺贝尓化学奖，第一次是1998年，用于表彰WalterKohn发展了密度泛函理论和John Pople发展了量子化学（QM）计算方法；第二次是2013年，授予Martin Karplus， Michael Levitt 和AriehWarshel，获奖理由 是“为复杂化学系统创立了多尺度模型”。如果说1998年获奖的量子化学计算方法使计算小分子化学体系成为可能，那2013年获奖的分子动力学计算方法则为计算生物大分子的行为提供了有力的工具，并且真正应用于揭示生物大分子功能和药物设计等实际应用 中来，理论化学终于走向了应用。 毫无疑问，量子力学计算方法的发展是极其重要的，但由于其计算量巨大，难以 应用于生物学大分子。因为如果采用量子力学计算方法算蛋白的运动轨迹，或许算100 年也不一定能算出来，对于生物大分子的计算，我们需要的是能在可以接受的时间内获 得有意义的结果。这就要求对体系作一定的近似以减少计算量，同时又最大可能地揭示 其生物学特性。而Martin Karplus在这方面做出了重要的工作，并开辟了用分子模拟解 决生物问题这一全新领域。 时间回到1950年，20岁的Martin Karplus，刚从哈佛大学毕业，当时他有两个选择，学化学或者学生物。经过美国理论物理学家、美国“原子弹之父” Robert Oppenheimer的推荐，他最终选择了生物学。于是Karplus到了西海岸的加州大学攻读生 物博士学位，师从Linus Carl Pauling。Pauling是著名美国化学奖，是量子化学和结构生 物学的先驱之一。他是唯一的一位两次独自获得诺贝尔奖的人。一次是1954年的诺贝尔化学奖，表彰其将量子力学应用于化学键的研究，深刻改变了我们对化学键的认识。于1935年出版了《量子力学导论——及其在化学中的应用》，这是历史上第一本以化学家 为读者的量子力学教科书。另一次则因参与反战反核获得1964年诺贝尔和平奖。Pauling还根据晶体衍射图，于1951年最早提出了蛋白质α螺旋结构模型。有科学史学 者认为沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型就是受到了鲍林的影响。Pauling在量 子化学和结构生物学上的成就深刻影响了Karplus，“我的导师鲍林对我的科学研究产生了非常大的影响。”他说。正是在这样的学术背景下，Karplus开创了自己的领域。
化学前沿报告
化学前沿报告 化学前沿这门课让我领略了化学的力量与魅力，学到了一些新的知识，这是课本和课堂上所学不到的，使我对化学有了全新的了解，加深了我学习化学的兴趣。下面介绍一下我对一些化学前沿的现状以及我的理解： 一、量子化学 它是现代化学科学的理论基础。近30多年来，量子化学的发展呈现出一个很有希望的趋势。这就是量子力学和化学实践的进一步结合。这种结合反映在量子化学的基础研究中具有下列特点，即为解决复杂的化学反应理论问题，而运用的都是简单的模型，尽量不依赖那些高深的数学运算。它们均以简单分子轨道理论为基础，力求提出新概念、新思想和新方法，使之能在更加广泛的范围中普遍适用。例如，“前线轨道”、“等瓣类似”等概念的提出已经显示出重大的意义。多粒子体系问题的处理方法也在不断深入探索。其中密度矩阵理论、多级微扰理论以及运用格林函数方法的传播子理论等则是当前精确求解多粒子体系薛定谔方程的几条值得重视的途径。 量子力学和化学的结合，不仅在化学键理论、多体理论、计算方法的理论等量子化学基础研究方面不断取得进展，而且在量子化学的应用研究方面，即在把量子化学的理论与化学实际中的一些重大应用课题相结合方面展现出广阔的发展前景。这主要突出表现在合成具有指定性能的超导体、染料及其它色料、炸药、催化剂、药物等分子及新材料提供依据上；在光谱、波谱、能谱等各种谱图的解析以及其它精密测定实验的结果分析上；在对化学反应微观机理的研究及反应线路预测上等等。 二、化学反应动力学 这是一门在诸种因素的具体作用下研究化学反应速率的化学学科。这些因素主要有分子的状态、浓度、压力、介质、表面、空间取向、电磁场等。化学动力学研究的重点是基元反应，因为它是代表真正发生的化学反应的动力学过程的。目前，化学动力学的发展已进入微观层次，分子反应动力学的研究有着远大前景。具体而言，化学动力学大体有以下几个发展方向：（1）量子化学的理论计算将在微观反应动力学研究中承担更重要的角色。随着超大型计算机的发展，量子化学的理论计算可望得到精确结果，进而了解很多简单反应体系的性质。 （2）多原子自由基化学性质的深入研究。这方面的研究包括多原子自由基的能量、光谱、反应性和光化学。 （3）激光在促进化学反应方面将得到更有效的利用。激光技术最近较显著的进步是真空紫外激光的发展。利用激光有选择地打断分子内某个化学键，这个前景很有吸引力。有朝一日，也许可通过电子跃迁的途径来实现“分子裁剪”的科学幻想。此外，把激光和分子束技术相结合，有可能进行非常精细的工作，例如能研究原子轨道和分子空间定向的反应等。三、合成化学与催化科学 化学合成是化学研究的基本实验方法。从1828年德国化学家维勒以无机物合成出简单有机物尿素到当代合成维生素B12、红霉素等复杂化合物，化学合成有了一个极大的飞跃，业已形成一门系统化和应用性相当强的合成化学学科。如今，化学合成正在向“分子设计”这个战略目标进军。所谓“分子设计”，即是按预定性能要求设计新型分子，并按科学理论计算得出的合成路线，运用各种手段与技巧把它合成出来，如同造房设计、服装设计那样。这样，分子设计可以从根本上改变化学中传统的“配方炒菜”式的落后方法，从而为材料科学等开辟出众多新的方向（诸如高分子设计、药物设计、催化剂设计及合金设计等）。 要实现化学合成的重大突破其关键在于设计新反应途径，有效控制化学反应性能。如今，在下列诸方面颇引人关注：一是实施无机和有机的交叉，即将研究新无机物的方法应用于有