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發(fā)展了一種理論計算與實驗測試相結(jié)合的三光子熒光染料有效篩選方法，設(shè)計、合成了一類具有三光子磷光的新型銥(III) 配合物，并成功將其用于生物熒光成像研究。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)不改變配合物母體結(jié)構(gòu)，僅通過引入一些特殊的官能團修飾，能有效地將配合物的三光子躍遷幾率和量子產(chǎn)率提升近四倍，極大地改善了銥(III)配合物的三光子光物理性質(zhì)。       利用三光子顯微共聚焦/磷光壽命成像技術(shù)，銥(III)配合物3PAIr2只需低的染色濃度（50 nM）、短的孵育時間（5分鐘）和低的激發(fā)功率（980 nm飛秒激光功率為0.5 mW），就可以有效地實現(xiàn)細胞水平的快速線粒體磷光成像。利用大鼠腦部海馬體切片生物模型，完成了3PAIr2在組織切片層面的深度測試，發(fā)現(xiàn)其以980 nm激光激發(fā)的三光子磷光成像可以達到約500 微米的穿透深度，這個距離是以750 nm激光激發(fā)的雙光子磷光成像深度的兩倍。同時在通過雙親性聚合物DSPE-PEG2000包裹后，利用3PAIr2-DSPE-PEG2000進一步嘗試小鼠開顱情況下的腦血管生物熒光成像，得到了450 微米的小鼠腦血管成像深度和三維高分辨率腦血管重構(gòu)圖。這是首次使用銥(III)配合物作為三光子磷光染料實現(xiàn)了對完整顱骨下腦血管的高穿透和高分辨觀測。不僅為三光子熒光染料的合理設(shè)計提供了一條簡便、行之有效的途徑，還獲得了一類具有優(yōu)異生物成像能力的金屬配合物磷光染料。

配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。 一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業(yè) 入學/畢業(yè)時間 祝渙鈞 化學與化工學院應用化學專業(yè) 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學與化工學院應用化學專業(yè) 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學與化工學院應用化學專業(yè) 2019年9月至2023年6月 王梓 化學與化工學院應用化學專業(yè) 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學與化工學院應用化學專業(yè) 2019年9月至2023年6月 三、指導教師 姓名 學院/所學專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 覃玲 化學與化工學院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應用研究 四、項目簡介 配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。它具有多樣的拓撲結(jié)構(gòu)，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點使得它在吸附，催化，儲能的各個方面有著優(yōu)良的效果。 本項目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機配體與金屬離子鈷/鎳通過配位鍵構(gòu)筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對其結(jié)構(gòu)及組成進行表征，或者通過合成和摻雜的方式，調(diào)控它的析氫性能，設(shè)計出高催化活性和穩(wěn)定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項目組成員通過設(shè)計選擇有機配體與金屬離子，通過溶劑熱方法合成了多種金屬有機框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過線性伏安掃描法等多種實驗方法測試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過摻雜Zn2+后，過電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒有催化位點，我們通過摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。 項目為研究高性能和穩(wěn)定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素熒光探針材料的設(shè)計合成提供了可行的思路。

丁二烯是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一，其生產(chǎn)過程中需要耗費大量的能量和有機溶劑對成分復雜的C4烴類混合物進行蒸餾分離。利用多孔材料進行吸附分離是一種潛在的高效分離提純方法，但分子較小、極性較大的丁二烯容易被吸附，在脫附過程中不但容易被殘留的其它C4烴類污染，而且容易受熱聚合。我們前期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以利用合理設(shè)計的超微孔親水多孔材料對C2烴類實現(xiàn)反常的極性選擇。針對丁二烯分子柔性顯著小于其它鏈狀C4烴類的特點，我們希望能進一步通過特殊的孔道形狀控制這些柔性客體分子的構(gòu)型，利用構(gòu)型變化的能量差獲得反常的吸附選擇性和最優(yōu)的C4烴類吸附分離順序。?形狀尺寸合適的離散孔洞最有利于控制柔性客體分子的構(gòu)型和并反轉(zhuǎn)吸附選擇性，而連續(xù)的孔道對客體分子的吸附擴散又是必須的。通過模擬計算,發(fā)現(xiàn)具有準離散孔洞的柔性多孔材料MAF-23在兩種要求中取得平衡，實現(xiàn)了反常而且最優(yōu)的C4烴類混合物吸附分離順序。常溫常壓下將丁二烯、丁烯、異丁烯和丁烷混合物通過MAF-23填充的固定床吸附裝置后，吸附最弱的丁二烯最先流出而且純度很容易達到99.9%，同時可避免常規(guī)純化方法中因加熱而產(chǎn)生的丁二烯自聚問題。

（專利號：ZL 201410066913.3） 簡介：本發(fā)明公開了一種綠色催化合成N-(苯基亞氨基)吲唑-1-硫代酰胺類化合物的方法，屬于有機合成技術(shù)領(lǐng)域。該合成反應中芳香醛、雙硫腙與5，5-二甲基-1，3-環(huán)己二酮的摩爾比為1：1：1，多磺酸基布朗斯特酸性離子液體催化劑的摩爾量是所用芳香醛的20～50%，反應溫度為80～100℃，反應時間為25～60min，反應后冰水冷卻，抽濾，濾渣經(jīng)硅膠色譜柱分離得到純N-(苯基亞氨基)吲唑-1-硫代

煤炭氣化，即在一定溫度、壓力下利用氣化劑與煤炭反應生成潔凈合成氣（CO、H2的混合物），是實現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵，可為煤基化學品（合成氨、甲醇、烯烴等）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）、煤基多聯(lián)產(chǎn)、直接還原煉鐵等系統(tǒng)提供龍頭技術(shù)，為現(xiàn)代能源化工、冶金等行業(yè)的技術(shù)改造和節(jié)能降耗提供技術(shù)支撐。 多噴嘴對置式干煤粉加壓氣化技術(shù)是世界上最先進的氣流床氣化技術(shù)之一。干煤粉經(jīng)四個對置的噴嘴彌散后進入氣化爐（可以是耐火磚為襯里，也可以以水冷壁做襯里）內(nèi)，與氧氣反應生成含CO、H2和CO2的合成氣，從氣化爐出來的粗合成氣經(jīng)新型洗滌冷卻室、混合器、旋風分離器和水洗塔等設(shè)備的洗滌和冷卻后進入后序工段；氣體洗滌設(shè)備內(nèi)的黑水則經(jīng)高溫熱水塔進行熱量回收和除渣后成為灰水再返回氣體洗滌設(shè)備內(nèi)，全氣化系統(tǒng)實現(xiàn)零排放。 該技術(shù)煤種適應性廣，如果采用水冷壁襯里，則可氣化灰熔點超過1500℃的煤種，具有廣闊的應用前景。 該技術(shù)工藝指標先進，以耐火磚襯里氣化爐、北宿精煤進料為例，其合成氣中（CO+H2）含量89%～92%，碳轉(zhuǎn)化率>98%，與水煤漿進料相比，比氧耗降低16%～21%、比煤耗2%～4%。該技術(shù)生產(chǎn)強度大，專利實施許可費低。

該研究提出了聚合物粘合劑的新型策略，通過合成一個柔性的共軛n型聚合物，使其能夠作為一種粘合劑粘合小分半導體的晶界，提升其機械性能，實現(xiàn)了柔性有機晶體管器件。這種聚合物能有效地抑制小分子和聚合物之間的相分離，進一步實現(xiàn)了晶粒間的粘合作用。

采用冷連軋法生產(chǎn)線、絲材是北京科技大學在國內(nèi)率先研究成功并推廣的一項新技術(shù)。其關(guān)鍵設(shè)備是Y型三輥冷連軋機組，具有生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品變形均勻、綜合機械性能優(yōu)良，總變形量大；可減少中間退火和酸洗工序。適用于中、高碳素鋼絲、合金結(jié)構(gòu)鋼絲、實心焊絲、藥芯焊絲、軸承鋼絲、不銹鋼絲、精密合金絲以及有色金屬和合金等各種光圓的和異型的絲線的生產(chǎn)。 用主動式Y(jié)型冷連軋法生產(chǎn)絲線材與傳統(tǒng)的冷拔法相比，具有以下特點： 變形區(qū)金屬受到三向壓應力作用，無拉拔變形的拉應力，有利于材料塑性潛能的發(fā)揮，產(chǎn)品延伸率較高，特別適用于連鑄盤圓坯的延伸軋制；適用于難變形金屬的加工。 無需預先多次壓尖，主動旋轉(zhuǎn)的軋輥自動咬人盤條，操作十分方便； 主動連軋的原料可以是盤圓也可以是直條，軋出的產(chǎn)品呈直條狀，既可進行盤卷收錢（盤徑隨意可調(diào)），又可得到直條產(chǎn)品，方便用戶使用； 原料不要求酸洗和潤滑涂層處理，采用直徑14毫米的連鑄合金線坯，通過連軋得到直徑6毫米以下的盤卷，省去了中間的退火和酸洗工序。因而顯著地節(jié)約能源，提高成材率，減少或消除廢酸的污染； 采用乳化液對軋輥、齒輪，軋件冷卻潤滑，循環(huán)使用，減少粉塵污染，無“三廢”； 微型軋機，設(shè)備緊湊，占地面積少，每條生產(chǎn)線的操作人員只需2人； 我國第一臺Y型三輥冷連軋機是由北京科技大學自行設(shè)計、制造。1989年Y型三輥軋機冷連軋絲線材技術(shù)就通過了原冶金部組織的技術(shù)鑒定，專家組認為：“工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，工藝技術(shù)具有先進性和實用性，是對傳統(tǒng)的拉絲生產(chǎn)工藝和設(shè)備的一項重要改革，在主要技術(shù)方面達到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際八十年代的先進水平。”經(jīng)過多年研究和生產(chǎn)實踐，工藝優(yōu)化的第二代軋機已在北京、上海等地成功推廣使用。Y型三輥軋機冷連軋絲線材技術(shù)是一項成熟的生產(chǎn)工藝，八十年代以來，在意大利美國德國等已普遍采用。實際生產(chǎn)證明，采用鋼絲冷連軋新工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粗拉和中拉生產(chǎn)各種光圓和異型的絲線材，其經(jīng)濟效益顯著提高。

先進聚合物材料研究所建于1999年10月18日。研究所以黃培教授為技術(shù)帶頭人，擁有一批高水平的科研隊伍，參與研究工作的教授、博士及研究生二十余人，研究所的主要特點是產(chǎn)、學、研相結(jié)合，在基礎(chǔ)性研究、應用研究、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等不同層次上開展科研工作。先后參加國家"863"項目、國家科委"九五"攻關(guān)項目的研究工作，承擔完成國家自然科學基金重點項目、**和化工應用課題多項。研究所主要突出以單體合成、聚合、復合材料、結(jié)晶等具有明顯優(yōu)勢的學科領(lǐng)域的綜合集成開展研究工作。目前主要研究對象主要為以聚酰亞胺為代表的一系列功能高分子材料。聚酰亞胺（PI）是指分子主鏈中含有酰亞胺基的一類高分子聚合物。近年來聚酰亞胺以其優(yōu)異的機械性能、電性能、耐輻射性能和耐熱性能越來越受到人們的重視，它在航空航天、電氣、通訊和汽車等行業(yè)得到廣泛的應用。然而熱固性聚酰亞胺不溶解、不熔融，加工成型困難，限制了其應用范圍，因此合成熱塑性的PI，進一步制備聚酰亞胺復合材料，擴大應用面是當前聚酰亞胺研究和開發(fā)的主要趨勢。熱塑性聚酰亞胺（TPI）作為一種高性能工程塑料，不僅具有優(yōu)異的耐熱、力學、介電、耐腐蝕及抗輻射等性能，還表現(xiàn)出卓越的熱加工特性，可采用熱模壓、擠出和注射方法成型。在特定場合下為一種替代金屬、陶瓷、熱固性樹脂、低溫熱塑性塑料和大多數(shù)難加工聚酰亞胺的理想材料。聚酰亞胺的單體合成是以苯酐為基礎(chǔ)原料，通過酰基化、硝化、縮合、水解酸化、脫水等一系列步驟得到二胺，該合成路線原料來源充足，工藝簡單，產(chǎn)物純凈，產(chǎn)率高，易于純化，三廢少，具有很好的工業(yè)化價值。聚酰亞胺的聚合是以二酐和二胺通過溶液聚合，再分別通過化學環(huán)化或熱環(huán)化得到聚酰亞胺樹脂。聚酰亞胺樹脂與碳纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯、石墨等復合，可顯著提高材料的力學強度和自潤滑耐磨等性能。研究所以自主研發(fā)高性能熱塑性聚酰亞胺及其復合材料作為研究對象，系統(tǒng)考察復合材料摩擦磨損性能，重點研究各種填料改性材料在不同工況體條件摩擦磨損行為，深入了解填料對其摩擦性能影響機理，從而達到材料摩擦性能設(shè)計的長期目標。利用有限元技術(shù)建立過程物理及數(shù)學模型，對滑動摩擦過程中的溫度分布進行模擬計算，取得了較好的模擬結(jié)果。通過摩擦表面微觀形貌觀察，可了解摩擦磨損機理。前期的研究結(jié)果已運用于滑片式壓縮機的滑片、汽車發(fā)動機活塞環(huán)等產(chǎn)品形式，為應用提供指導。研究所擁有一批先進的分析測試儀器：熱機械分析儀、差示掃描量熱儀、高效液相色譜儀、凝膠色譜、紅外分析儀、微機控制電子萬能試驗機、摩擦磨損試驗機，可對合成的單體、聚合物、復合材料進行全面的性能測試。

1 成果簡介水質(zhì)有機污染預警儀（ FF-WY-01 型） 是在課題組自主開發(fā)的水質(zhì)有機污染熒光指紋技術(shù)的基礎(chǔ)上針對突發(fā)性水污染的實時預警研制出的第一代成果。預警儀由主機和其控制軟件（ FWY solution 1.0）組成，可用于水體監(jiān)控斷面、企業(yè)排污口、游泳池以及浴場等污染敏感位置的有機污染在線實時監(jiān)測及預警。2 應用說明儀器實現(xiàn)了自動取樣與過濾，恒溫測量，溫控精度達到±0.3％，可以消除環(huán)境溫度變化對測量結(jié)果的負面影響。儀器依靠硬件設(shè)置和軟件設(shè)計實現(xiàn)了對光源的實時監(jiān)控，消除了光源的瞬時抖動及光源衰減對測量的影響，使測量結(jié)果更穩(wěn)定、精確。軟件設(shè)計人性化，能以實時波形圖方式動態(tài)顯示測量結(jié)果；超過污染閾值時，自動報警；所有監(jiān)測數(shù)據(jù)自動保存，數(shù)據(jù)保存格式為 excel 表格，以便于后續(xù)處理；當儀器光源老化時，自動提示更換等。儀器操作簡便靈活，用戶能根據(jù)實際情況設(shè)定報警閾值或使用推薦的閾值。該儀器完成一次測量僅需 30 秒，不加任何試劑，連續(xù) 24 小時使用耗電不足 3 度，維護簡便。儀器主機體積小，僅 450×400×160 mm，便于攜帶和安放，如圖 1 所示。目前二代機也已經(jīng)問世。  圖 1 水質(zhì)有機污染預警儀(FF-WY-01 型) 可用于水體監(jiān)控斷面、企業(yè)排污口、游泳池以及浴場等污染敏感位置的有機污染在線實時監(jiān)測及預警。4 效益分析成本儀器大于 1.5 萬元/臺，運行費 250 元/年。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

水源圖像檢測和分類在監(jiān)測和識別河流冰災、洪水、垃圾污染和死水等方面有很多應用。然而，海水、河水、湖水和池塘這些稱之為干凈水源的圖像，可能和一些污染水源的圖像重疊，加之冰雪天氣下水體結(jié)冰等因素的存在，使得水源圖像分類的問題更加復雜。在這些情況下，精確的水資源圖像檢測和分類就顯得至關(guān)重要。本項目基于RGB圖像對水源進行分類，達到水污染檢測的目的。本項目的創(chuàng)新點在于提出一種新的圖像頻率域分塊方法，將圖像之間的細微變化放大，有效地提取圖像的紋理特征，區(qū)分污染水源圖像和干凈水源圖像，并且對水體