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[转贴]聚焦“十一五”化工科技发展
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聚焦“十一五”化工科技发展———《“十一五”化学工业科技发展纲要》要点 总体目标及重点任务 总体目标 《“十一五”化学工业科技发展纲要》从全面建设小康社会的全局出发，按照化工科技自身发展的特点和规律，以推进行业结构调整和技术升级、推进循环经济、提高行业竞争力为目标。 ———增强科技进步对化学工业发展的推动作用，科技贡献率达到60％，科技投入占销售收入比重达到1．5％，重点骨干企业达到5％，高新技术企业达到8％。 ———通过自主创新与引进技术的消化吸收，进一步突破30项制约行业发展的重大关键、共性技术，自行研制5～8套大型成套化工装备。到2010年，使行业的自主创新能力和国际竞争力有明显提高，使我国化工行业整体技术水平达到本世纪初国际先进水平。 ———经过科技开发和技术攻关，为满足国民经济各领域和人民生活的需要提供一批高性能、高附加值的新产品。精细化工产值率达到48％左右。 ———培育一支较强的行业科技队伍，努力整合科技资源和优化科技配置，加强技术创新服务体系建设，进一步完善行业技术创新体系。到2010年，初步形成以企业为主体，产、学、研有机结合的技术创新格局。 重点任务 《“十一五”化学工业科技发展纲要》以经济和社会发展对行业的需求为着眼点，把提高自主创新能力作为化工科技工作的首要任务。 ———突破关键共性技术，集中精力实施产业化 以大型、成套和实现产业化为目标，以工程技术开发为重点，通过突破制约行业发展的关键、共性技术和技术集成创新，开发若干套大型、成套技术，完成若干套工业化示范装置建设，从而从整体上带动行业的发展。 ———加强自主创新，坚持“两个结合”的原则 要加强自主创新，不断提高技术创新能力，同时要坚持新技术开发与传统产业技术改造相结合，坚持自主创新与引进技术消化吸收再创新相结合；积极采用先进技术改造传统产业，促进产业结构优化、技术升级；要加强对引进技术的消化吸收和创新，争取在高起点上形成拥有自主知识产权的技术、装备；要努力实现传统产业高技术化、高新技术产业化、引进技术国产化。 ———坚持“有所为，有所不为”的方针，实施重点跨越 根据国家、企业的财力状况和已有的技术基础、产业需求的实际，确定重点领域、关键技术和重点产品等目标，集中力量，重点攻关，以取得技术上的超前突破，带动相关行业的跨越式发展。 ———坚持以企业为主体，形成“产、学、研”的有机结合 促进科技与经济结合，实现经济增长方式的转变和产业技术升级，使企业成为技术创新的主体是关键。在实施产业化技术开发过程中，要坚持以企业为主体，认真落实项目的依托工程和配套条件，实行产、学、研联合攻关和开发。 优先发展的六大领域 根据世界化工产业技术发展趋势，“十一五”期间以下六大领域将得以优先发展。 ●农用化学品 化肥工业 氮肥将重点发展具有自主知识产权的新型煤气化技术，新型净化技术，节能型氨合成技术，水溶液全循环尿素改造技术，尿素改性技术，氮肥联产甲醇、二甲醚等能源化工技术等。磷肥将开发大型磷复肥生产技术、磷肥生产过程中的循环经济技术及低品位磷矿石综合利用工业化技术等。钾肥将重点开发大型化的氯化钾、硫酸钾、硝酸钾生产新技术，盐湖提锂等综合利用技术。 化学矿 针对中低品位胶磷矿难采、难选问题，开发先进采矿技术和选矿技术；硫铁矿则重点围绕解决硫铁矿制酸过程中副产大量的烧渣，造成环境污染严重问题，开发硫铁矿制酸烧渣综合利用技术。 农药工业 农药科技创新的重点是加强基于生物合理性原始创新产品的开发与转化，开发农药生产与使用过程中绿色化关键共性技术等。重点发展的品种有：替代高毒有机磷杀虫剂新品种和地下害虫防治剂，用于水果蔬菜的新型杀菌剂和病毒抑制剂以及杀线虫剂，适于水用轻型耕作的除草剂和新型旱田除草剂。 ●新型煤化工及天然气化工 发展新型煤化工和天然气化工，要集中精力突破煤焦化、煤气化、煤液化、天然气转化、净化、催化合成等关键共性技术。 “十一五”重点开发和实施煤的焦化技术、大型煤气化技术和以煤气化为核心的“多联产”技术、大型天然气蒸汽转化成套技术、碳一化工产品的产业化技术、大型煤液化技术。 ●化工新材料 当前我国化工新材料工业相对落后，与国外差距大，主要表现在生产技术落后、规模小、成本高、产品质量波动明显，许多国外已大规模生产的品种国内尚不能工业化。 “十一五”发展的重点是通用塑料的改性技术、工程塑料的产业化技术、工程塑料的高性能化技术、高性能子午线轮胎工业化技术、大型合成橡胶工业化技术、橡胶复合材料及橡胶新型加工助剂产业化技术、功能高分子材料、氟硅新材料、新型无机功能材料等。 ●精细化工 我国精细化工业应强化自主创新，突破核心催化技术、现代反应工程技术和精细加工技术，开发环境友好工艺。 “十一五”技术开发和产业化的重点是功能涂料及水性涂料，染料新品种及其产业化技术，重要化工中间体绿色合成技术及新品种，电子化学品，高性能水处理化学品，造纸化学品，油田化学品，功能型食品添加剂，高性能环保型阻燃剂，表面活性剂，高性能橡塑助剂等。 ●氯碱工业 目前我国氯碱工业发展态势较好，但目前存在的问题仍十分突出。 “十一五”将围绕降低能耗和实施规模化、精细化，重点开发和推广：离子膜法制碱国产化技术；扩张阳极与改性隔膜应用技术；聚氯乙烯改性和聚合工艺优化技术；万吨级三相流蒸发装置开发；高速自然强制循环蒸发器开发；滑片式高压氯气压缩机推广；以氯气、氢气为原料的下游产品的生产技术等。 ●化工装备 我国化工重大技术装备研制亟待解决的问题是：自主创新研制能力不足，技术装备总体水平不高。 “十一五”期间，一是要尽快将具有我国自主知识产权的粉煤气化、甲醇低压羰基合成醋酸等先进技术转化成生产力；二是进一步加大工程子午胎成套装备的研制工作，努力提高我国工程子午胎的生产技术水平；三是研发一批先进化工装备，满足化工生产需求。 重点开发的六项技术 化学工业是技术密集型产业，解决化工生产过程中的诸多问题，需要众多的技术予以支撑。“十一五”乃至今后一段时期，我国化学工业需重点攻克以下六项重大共性、关键技术。 ■新催化技术 催化技术始终是化学工业中最重要的关键共性技术之一。我国催化技术与国外相比尚有一定差距。 “十一五”将重点发展炼油催化技术、精细化工催化技术、合成氨工业催化技术、碳一化工催化技术、高分子聚合物催化技术、纳米催化技术、生物催化技术、光催化技术以及催化新材料等。 ■新分离技术 分离技术是化学工业的一项重要的共性技术。我国分离技术与国外先进国家相比，落后国外10年左右。 “十一五”的重点是开发石油炼制、石油化工、大宗有机化工产品生产过程的精馏技术；酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、烃化、卤化、乙酰化和硝化等过程的催化精馏技术；工业气体净化分离、化工废水处理的膜分离技术；热敏性化工产品分离的分子蒸馏技术；精细化工生产过程的超重力技术；无机盐、化肥、纯碱生产的高效结晶技术等。 ■生物化工技术 我国生物化工技术从上世纪80年代初开始起步，至今已取得一批产业化的成果，但总体上与工业发达国家相比存在较大差距。 “十一五”生物催化技术的发展重点是研究生物反应器、高效生物分离技术与设备、生物反应与分离耦联技术，扩大生物催化剂的来源，扩大酶源等。重点开发的产品有：生物能源、生物材料、有机酸、氨基酸、功能食品添加剂等。 ■自动控制与信息技术 我国信息技术在化学工业中的应用还仅仅是开始，目前发展还不平衡。 “十一五”发展的重点是大型化工、石化企业的ERP技术，将化肥、石化和氯碱等生产过程的自动化科技成果进行推广应用；开发完善、提高各种优化技术。具体内容为：计算机控制、故障诊断、仿真技术；计算机分子设计技术；计算机人工智能技术；发展化工行业的电子商务，开展国内外电子商务网络活动等。 ■纳米技术 与国外相比，我国纳米产品的生产成本高、粉体结构和性能稳定性差；纳米材料应用技术研发尚处于初级阶段。 “十一五”重点开发纳米粉体规模生产的一些关键技术，纳米催化技术，纳米材料在涂料中的应用技术，纳米材料在橡胶、塑料、化学纤维等高分子材料改性中的应用技术，纳米材料在能源、环境、资源和水处理领域的应用技术。 ■清洁生产技术与节能技术 高能耗、高污染仍然是制约我国化学工业发展的“瓶颈”，发展循环经济、建立节约型工业是当前我国化学工业的重点任务之一。 “十一五”优先发展大宗化工产品及精细化学品清洁生产技术，高浓度难降解有机废水处理技术，固体废弃物的资源化技术，工业尾气的净化回收技术；在节能方面重点开发和推广高效燃烧技术、高效蒸发和喷雾干燥技术、蒸汽冷凝水回收技术、热管技术、热泵技术等。 [ Last edited by berlin on 2006-11-14 at 10:10 ] |
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百名专家指点化工发展方向
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针对我国未来化学工程科学的优先发展战略,国家自然科学基金委员会政策局和化学部于3月3日－5日在北京联合举办了第19次九华论坛。论坛由中国科学院院士袁权和李静海主持，来自国内27个单位的近百名专家参加了论坛，包括16位院士、11位杰出青年基金获得者、17名管理专家。基金委名誉主任张存浩院士亲临会议半天。九华论坛由自然科学基金委创立、专门研讨学科发展的国家战略，用以指导基金委重大、重点基金项目的设置。 基金委化学部主任张礼和院士在开幕式上介绍了九华论坛是基金委开辟的讨论园地，属领域专家为基金发展方向提供咨询意见的场所。化学部曾两次参与九华论坛，讨论“生命科学中的化学问题”和“绿色化学”。他说，九华论坛是起点很高的会议，要求大家站在国家的高度提出如何使我国的基础研究能够瞄准国际的发展趋势和前沿领域。基金委化学部梁文平副主任在开幕式上再一次强调九华论坛是从国家战略高度研讨学科发展的会议，并强调,基金委主要资助基础研究,特别是源头创新，研发则交给科技部支持，产业化则由国家计委支持。论坛第一天以邀请报告为主；第二天为自由讨论。论坛还设计了调查表，请代表在离会前填写化学工程领域的优先发展方向。 两院院士闵恩泽先生在他的报告中通过三个方面论述了新化学反应的工程化在石化催化技术创新中的重要作用，即配合新催化材料应用开发新型反应器——非晶态合金/磁稳定床；绿色催化技术与化学反应工程结合——钛硅分子筛催化环己酮氨氧化制环己酮肟；催化反应与分离相结合——负载型杂多酸/悬浮床催化蒸馏。他特别强调产、学、研相结合，他说，以企业为创新基地是转化新反应工程成果的必由之路。 中科院院士陈俊武阐述了炼油反应工程及其基础研究。对炼油反应工程，他特别强调要更好地结合应用和基础研究，认真研究炼油反应工程中的复杂反应，强化反应过程，要在认真研究反应过程的基础上合理地、由简到繁地研究反应模拟。 工程院院士杨锦宗指出世界化工企业目前正在重组改制，一个动向是发展附加值高的精细化工,通过发展专用化学品，可大幅增值资源/原料的利用，从而提高企业的竞争力。 工程院院士张懿指出化学化工的绿色化是学科发展和社会需求的必然趋势;资源环境－冶金材料－生物工程－计算技术的交叉结合，将是解决过程工业可持续发展的关键科学与工程问题；化学工程应用基础研究应尽快过渡到普适性技术平台与应用工程示范。 中科院院士胡英提出了在化学研究中的一条主线——结构、性能与制备的关系，不但要重视分子结构，也要关注聚集态的分子间结构乃至材料的介观结构。化学工程通常面向的是均相或多个均相及其间的相际传递，但现在已愈来愈多地关注宏观层次的结构，如流场结构、湍流结构、界面结构、颗粒分布等。借鉴化学中的研究方法，来研究结构、性能与制备的关系，将成为新世纪化学工程研究的一个重要方向。 工程院院士袁渭康介绍了“产品工程”，并认为它是化学工程的新范畴。产品工程包括产品定义、产品设计、过程设计、生产加工，其中结构与性能的关系(包括分子结构与性能、配方构成与性能)是产品工程的中心问题，模型化是产品设计与过程设计的基础。 中科院院士陈家镛首先通过回顾化学工程的发展史，强调化学工程是唯一研究伴有化学反应的过程、具有独特性的工程学科，发展前景非常光明。工业可粗分为“过程工业”和“(消费品)制造工业”。过程工业一般以大规模、连续性为特征，制造业主要使用过程工业的产品作为原料，通过装配线来生产。化学工程的应用将从过去主要针对过程工业，扩展到(消费品)制造工业。化学工程未来很可能会发展出化学工程师用化学工程方法研究生物系统的化学工程生物学，同时化学工业的全球化将为发展中国家在过程放大、新过程开发方面的发展提供机遇。 中科院院士袁权介绍了近10年来兴起的、顺应可持续发展与高技术发展需要而产生的“微化工技术”。它着重研究特征尺度在数百微米以下的微型设备和系统中的过程特征和规律。微化工技术的基本特征是：线性尺寸减小和物理量梯度提高、高表面积／体积比、体积减小、流动通常为层流。其优点是可通过并行单元来实现柔性生产、快速放大、快速和高通量筛选等。微化工系统包括微传热系统、微反应系统、微分析系统、微分离系统、微制造。袁权院士指出化学工程师在微系统化学工程中的基础研究，微系统的设计、制造、装配，微系统中的测量、控制，以及微系统应用开发等方面前景广阔、大有可为。 工程院院士金涌介绍了“生态过程工程”。生态过程工程要帮助人类实现资源的循环利用，就需要遵循低能耗转化技术规则、低物质化运行规则、产品灵巧化设计原则、过程的工程强化规则等，并坚持环境源头治理的理念——要开发清洁生产工艺与绿色化学工程。因此，人类追求生态过程工程的理想将为化学工程开辟广阔的发展空间。 工程院院士王静康首先指出在国际上“制药工业”是化学工业的一部分，也是发展最快的部分。药物的结构与生物活性之间的关系是制药工业的核心问题。计算机模拟、计算和软件方面的开发对制药工业和化学工业都是至关重要的。她认为，功能物质的分子设计和药物的超分子设计是21世纪的发展方向，缩短药物开发周期的途径就是化学和化工在药物开发的早期就密切合作。 中科院院士郭慕孙主要介绍他和中科院院士汪家鼎共同主持的化学工程发展战略的调研，在1995年形成了题为《发展中中国的化工前沿》的院士咨询报告。郭慕孙院士指出前沿应建立于国内外知识的积累、国内的人力和思想产出、我们拥有的物质条件的基础之上。前沿是动态的，随着工业、经济、社会的需求而不断向前推移，但脱离不了基本国情。选择前沿课题要注重课题的产出，产出∝(选题)×(做题)×(输出)，选题需综合考虑有课题的领域、有思想内容的课题和有人牵头的思想等。郭慕孙院士通过举例对四个方面的化工前沿提出建议：(1)活跃的生长点：交叉边缘技术；(2)接受新产业的推动；(3)发挥我国资源、经济特色；(4)建立我国的学科优势。郭慕孙院士最后把“过程工程”的核心归纳为“三传一反＋X”，确定其中的X就是未来化学工程学科发展的主要任务。 李静海院士介绍了最近十几年来国外化学工程学科发展战略的基本情况，特别是美国的化学工程发展战略的研究成果(例如1988年的Amundson报告和1996年的Vision 2020)对美国化学工程学科和化学工业发展所产生的重大而深远的影响。他分析了化学工程优先发展方向软课题调研的结果以及国家自然科学基金委化工领域近几年中面上基金申请项目和获资助的情况。提出了化学工程领域发展和变化的一些看法。 袁乃驹教授介绍了90年代初国家自然科学基金委组织的关于化学工程学科发展战略的调研；李成岳教授介绍了关于“十五”和2015规划——化学工程学科发展建议书的内容。论坛第一天的“5分钟论坛”的报告和第二天的自由发言均精彩纷呈，气氛热烈，限于篇幅，无法一一详细报道。 会议结束时论坛主持人李静海院士对论坛做了学术性总结。他将代表的报告和自由发言所涉及到的内容(包括学科发展和为经济服务)总结为四个主要方面：(1)纳、微尺度工艺，过程，设备和产品:包括表面与界面，纳米材料与过程(催化剂、反应器、工艺)、嵌段共聚物、微化工系统(传热、反应、分离)、单分子层、生物活性与化学修饰、电极过程；(2)复杂系统/非线性/多尺度: 包括小尺度复杂系统流体(共聚物，油、水乳液，高分子)，化工过程(过程强化，固体颗粒系统，反应器放大);(3)计算机模拟、信息系统和系统集成:包括分子模拟、计算流体力学、多目标优化、分子与超分子设计(药物、精细化学品、材料)、并行计算、系统集成、网上计算、工艺流程模拟;(4)产品、产业等目标导向的化工过程:包括绿色化工、生态过程工程、产品工程、精细化工、重油和石油化工(催化剂、反应器、过程放大)、资源生态化利用(磷、稀土、矿物、煤炭、生物质)、农产品与果品加工。 李静海院士进一步指出，由于时间限制，论坛对前沿的一些热点问题讨论较多，对传统化工的问题关注不够，如能源、矿产和化肥。他说，本次论坛大家基本达成了以下共识，即今后化学工程要拓展应用领域，以进一步获得社会认可，为国家经济发展发挥重要作用。这主要包括三个方面：(1)化学和生物转化为核心的过程工业，(2)化工为主要学科基础的制造业，(3)日常消费品生产的过程和技术。与此同时，他认为，化学工程作为一门学科一定要重视提升学科水平，以满足新的需求。主要应重视以下几个方面：(1)纳、微尺度过程，设备和产品;(2)计算机模拟、信息系统;(3)复杂系统与结构;(4)工艺和系统集成方法。他认为，制定化学工程优先发展方向既不能脱离国际上学科的最新动态、也必须强调我国的具体情况和需求。本次论坛做得不太够的地方是涉及传统产业不够，以及出席本次论坛的工业界的专家太少。 李静海院士在总结中还希望通过我们自身的工作，提请社会对化工予以足够的关注，他相信化工一定会迎来新的蓬勃发展的时期。会议的成果将逐步在Internet上公布，网址为http://pevrc.ipe.ac.cn。最后李静海院士代表论坛主持人感谢各位专家贡献出自己的智慧。 论坛的日程紧凑、气氛活跃、富有效率，代表们一致认为这是化工界近年来少见的一次盛大聚会，也是一次非常成功的会议。《科学时报》 |
2楼2006-07-07 14:12:14
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化学前沿发展的趋势
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化学前沿发展的趋势 “化学前沿”在不同的历史时期有着不同的表现，但就其实质来说是不变的。那就是指在不久的将来，在这些领域可能得到新的发现或突破，从而带动一个学科或几个学科的发展。同时，化学前沿的发展还存在着两种重要趋势，且也是同一的：一方面是分科越来越细；另方面是逐步走向综合、走向统一。这种综合和分化是两个方向相反而又有密切联系的发展过程。综合可导致新的分化，而新的分化又酝酿着新的综合。这可以说是化学前沿形成和发展的基本模式。这种模式在整个化学前沿发展的历史进程中得到了清楚的体现。 一、沿着物质结构层次双向探索 化学科学的基础学科是在19世纪形成的，并导致了化学科学从整体向专业化方向的发展。道尔顿的化学原子论和阿佛加德罗的分子假说是19世纪化学阐述各种问题的基本理论依据。由此可见，化学科学认识的深化是从原子层次开始的——新的化学前沿（或称化学新时代）就这样出现了。 进入20世纪以后，化学一方面沿着物质结构层次的微观方向（如原子核和基本粒子）深入发展，相应地形成了核化学和基本粒子化学等前沿领域。另方面沿着物质结构层次的宏观方向发展，形成了新的前沿（如高分子化学和凝聚态化学、地球化学和宇宙化学等）。凝聚态化学是现代化学前沿的一个重要组成部分，重点研究凝聚态的物理化学性质与化学组成、微观结构和化学反应之间的关系及有关材料的应用。该前沿领域与量子化学、结构化学等密切相关。 上述物质结构层次及其研究各个层次的化学学科，在其发展过程中是相互渗透、互为促进的，进而不断形成许多新的边缘学科和交叉学科。 二、在运动形式交叉领域开拓 在任何物质系统中，物理运动和化学运动是难于截然分开的。可是在19世纪之前、化学研究与物理学研究是互不相谋、各自发展的。从19世纪开始，化学家和物理学家开始认识到：只有把两者辩证地结合起来，才能比较满意地解释化学现象和物理现象。物理化学的诞生就是一个标志。从此以后，化学和物理关系日益密切，两者相互交叉的领域越来越扩大，相继出现了多个化学前沿，如量子化学、分子动力学、催化化学等。与此同时，化学运动与力学运动在橡胶高分子材料的机械加工过程中联系在一起，形成“力化学”。化学运动与生物运动进一步相联系，形成并发展了生物化学和化学仿生学。如今，正在形成中的生命化学，则比生物化学有着更多、更复杂的内容。生命化学需要实现更高度的综合。它不仅研究化学运动、物理运动与生命运动的联系，而且还研究它们与社会行为和思维活动的联系。例如，脑化学就是重点研究思维运动与化学运动的关系和规律，是生命化学这一前沿领域中颇具活力和诱人的一个方向。 此外，化学运动和多个运动形态的联系与渗透，又导致出现综合性非常强的化学前沿学科，如环境化学等。 三、向应用性和综合性方向发展 应用化学架接于基础化学和化学工业之间，是化学理论向生产力转化的中介。它具有明显的应用性和综合性。也正是这两点使得化学前沿更具丰富多采。从其应用性来看，应用化学同国民经济和人类生活的各个方面有关。而且关系越密切的领域，越易被重视而成为重要的化学前沿。众所周知，不少化学前沿是属于应用化学的范围，诸如能源化学、材料化学、海洋化学等。另外，从综合性角度来看，应用化学研究对象都是较复杂的物质客体或较复杂的物质系统，往往需要多种学科的结合以及多种理论与技术的结合。可见，应用化学的发展既能促进方法的交叉和理论的交叉，同时又能加速化学科学前沿的分化和综合。 总之，化学前沿发展规律是多层次、多元化的。人们对它的规律性探讨，目前还只是初步的，有的看法也不尽一致或有待深化。但有一点可视为共识，即普遍认为对于化学前沿发展规律的探讨是重要的，决不能忽视。因为它有助于我们不失时机地抓住化学前沿而大有作为，否则会坐失良机而陷入长期徘徊不前的境地。抓住前沿，可以明确主攻方向、加快化学科学研究的步伐，达到后来居上的目的；抓住前沿，可以培育出一批第一流的化学人才；抓住前沿，可以研究并学会使用大量先进的科研设备，掌握新的实验手段和运用大量新技术，有力地带动整体化学的发展。 |
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有机化学的发展前沿和研究热点
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20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，显示出蓬勃发展的强劲势头和活力。世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、石油化工、交通、环境科学等与人类生活密切相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到更迅速的发展。 有机化学的迅速发展产生了不少分支学科，包括有机合成、金属有机、元素有机、天然有机、物理有机、有机催化、有机分析、有机立体化学等。下面介绍其中的一部分分支学科，使我们了解有机化学的发展前沿和研究热点。 （1）有机合成化学 这是有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。1828年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解方法，成功地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的发展非常迅速。 有机合成发展的基础是各类基本合成反应，不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法（Retrosynthesis Analysis）分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。在化学文献中经常可以看到某一有机化合物的全合成同时有多个工作组的报导，而其合成方法和路线是不同的。那么如何去评价这些不同的全合成路线呢?对一个全合成路线的评价包括：起始原料是否适宜，步骤路线是否简短易行，总收率高低以及合成的选择性高低等。这些对形成有工业前景的生产方法和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的发展方向。 （2）金属有机化学和有机催化 金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一，其中特别是与有机催化联系在一起。均相催化使有机化学、高分子化学、生命科学及现代化学工业发展到一个新的水平。金属有机化学使人们认识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机化学会产生如此巨大的活力和作用；同时还发现许多金属有机化合物在生物体系内有重要的生理功能，如维生素B12，引起了生物学界的关注。由于金属有机化学的本身结构和功能的特殊性，以及广泛的应用前景，它在21世纪将有更大的发展。 含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上的金属元素尚无合成的金属有机化合物。因此，金属有机化合物的合成方法有待进一步研究和深入。如1849年就制得乙基锌〔Zn（C2H5）2〕，发现它有极好的反应性能；以后才相继制得含锂、钠、钾、镁、铝、汞、锡等的金属有机化合物。但直到20世纪50年代才发展到主族元素和过渡元素的金属有机化合物。金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。如茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在又发现二茂铁可做燃烧催化剂。应用金属有机化合物作为光学材料、电子材料和医药也是正在开发的领域。在21世纪将会发现更多具有各种特殊功能、可用作功能材料的金属有机化合物。 金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。往往在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反应。各种金属有机化合物的催化活性是不同的，将其应用于有机合成中将会产生各种不同的反应。有机反应催化剂的研制趋势是模拟那些能起催化反应的酶。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈现日新月异的新局面，故有的诺贝尔化学奖获得者称其为化学酶。 （3）天然有机化学 天然有机化学是研究来自自然界动植物的内源性有机化合物的化学。大自然创造的各种有机化合物使生物能生存在陆地、高山、海洋、冰雪之中。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。从事天然产物化学研究的目的是希望发现有生理活性的有效成分，或是直接用于临床药物和用于农业作为增产剂和农药，或是发现有效成分的主结构作为先导化合物，进一步研究其各种衍生物，从而发展成一类新药、新农药和植物生长调节剂等。对于自然界的天然产物，有机化学家和药物化学家长期以来一直对它具有广泛的兴趣，并从中已经获得了许多新药和先导化合物。 （4）物理有机化学 物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。对有机分子结构与性能的关系以及对有机化学反应机理的研究，是希望从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论化学的高度来理解和认识。 ①分子结构测定目前，有机化合物结构测定所用的波谱（紫外、红外、核磁共振、质谱）和X-射线单晶结构分析等已经能测定大多数有机分子的结构，但对于结构很复杂的生物大分子或存在量极微的有机化合物结构的测定尚有待于分析仪器设备的不断发展。如目前已有800兆核磁共振仪，更高级的已在研制中。某些新型的显微镜也正在发展之中，例如可以直接观察单个分子及其结构的显微术。这一领域的发展可能导致一系列生物大分子的发现，并测定它们的一级结构以及二、三级结构，了解分子在空间的排列以及分子-分子体系是如何组合的。这是物理有机化学研究的基础工作，只有了解清楚分子结构，才有可能联系其性能，研究结构与性质的关系。 ②反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的研究和确证，往往一个有机化学反应将不单纯是某一类反应机理，而是涉及多类有机反应历程，如自由基反应会涉及电子转移反应。现有的研究进展表明，对任何一个有机化学反应历程，最终必须搞清楚反应过程中原子和分子的碰撞及重组情况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在研究有机反应机理中发现新的反应机理是一个方面，而搞清楚已知反应历程的速率、能量也是控制有机化学反应的一个重要方面。 ③分子间的弱相互作用分子间的弱相互作用决定参与反应的分子间的识别，因而决定反应的选择性；它还决定分子间的聚集方式。研究分子间弱相互作用及其后果是十分重要的。 （5）生物有机化学 生物有机化学的主要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参与生命过程的其他有机化合物分子。它们是维持生命机器正常运转的最重要的基础物质。 核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。近10年来对核糖核酸的研究发现，除上述功能之外，它还显示出独特的催化活性，即有着酶一样的作用。这大大加深了对核酸和蛋白质这两类重要生命基础物质的性质和相互关系的认识。核酸研究的深入发展，深刻揭示了DNA复制、转录、RNA前体加工、蛋白质生物合成过程中的相互关系，从而了解许多疾病的病因与核酸的相关性，为核酸在医学上的应用开拓了广阔的前景。 全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。国际上正在尝试按化学、生物、催化等性质的需要合成新的蛋白质分子，对酶蛋白和膜蛋白的研究和模拟将起到重要作用。 多糖也是生物体内的重要信息物质。目前多糖研究侧重于分离、纯化、化学组成及生物活性测定等方面。对多糖的溶液构象、空间结构与功能的关系都还未深入研究。要深入研究多糖结构和功能的关系，必须首先在将其分离、分析和合成方法上有所突破。 模拟酶的研究。模拟酶的主客体分子间的相互识别与相互作用已取得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上最近出现了所谓催化性抗体的新策略，这种设想有可能创造出新型的高效、高选择性催化剂。 生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响 |
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天然气合成油和天然气化工的发展机遇
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目前世界石油炼制业正面临生产低硫和超低硫汽、柴油以满足日益苛刻的环境法规的挑战。例如，欧盟柴油含硫量将从目前350μg/g减小到2005年50μg/g、2008年30μg/g，美国柴油含硫也将从现在500μg/g减小到2006年15μg/g。通过费-托法工艺将天然气转化成合成油的柴油燃料含硫小于1μg/g、芳烃含量小于1%（体）、十六烷值大于70，为生产清洁燃料开辟了一条新途径。经过改进的费-托法合成技术，采用新型钴基催化剂和先进的淤浆床反应器，使GTL装置投资和*作费用大大降低，GTL的生产成本已可与18~20美元/桶的原油价格相竞争，催化剂性能的新突破己使壳牌公司设计的GTL装置与原油价格的可竞争性由1987年30美元/桶、1996年20美元/桶进一步降低到2000年15美元/桶，为建设天然气炼油厂注入了新的活力。天然气制合成油（GTL）正成为天然气高效利用的途径脱颖而出。21世纪将是GTL的发展期，在未来15年内，预计GTL装置生产能力将增加到4500万～6750万吨/年。油价如长期维持在较高水平，建设GTL装置具有更大的吸引力。除中型装置外，全世界现在建和拟建的GTL装置至少有10套之多，其规模为22.5万～450万吨/年。建设地点包括尼日利亚、埃塞俄比亚、澳大利亚、卡塔尔、南非、印度尼西亚、埃及、委内瑞拉、特立尼达-多巴哥、玻利维亚和巴布亚新几内亚。2005年前，将有7套GTL装置投产，总能力将达880万吨/年。GTL技术为天然气资源尤其是偏远地区天然气田的开发利用提供了有效的途径亚洲地区能源需求及利用天然气合成油的可行性。 最新出版的《亚洲烃》杂志刊载文章对亚洲地区的能源需求趋势以及利用天然气合成油在这一地区的可行性进行了分析。认为GTL技术对于扩大天然气利用途径和使能源供应来源多样化方面可以起到重要作用。亚太地区的能源需求在可预见的未来将继续快速增长，为满足经济发展的要求，就需要亚洲地区的能源需求在今后20年保持稳定增加。预计到2020年亚洲地区的能源消费将比1996年增加一倍，达到230*1015英热单位（Btu）。中国，印度和这一地区其他欠发达国家将占增长的大部分，而像日本和澳大利亚这样的发达国家将保持平缓增长。按行业来看，新增需求将主要来自电力和运输业。预计2005~2020年电力需求将增长50%，达到68*1015Btu，运输业需求将增长57%，达到38*1015Btu。随着天然气在发电方面应用的增加，天然气需求的增长预计将超过煤炭和石油，从2005年的16*1015Btu增长到2020年的34*1015Btu。2020年天然气将占亚洲能源消费总量的18%，煤炭和石油将分别占44%和35%。由于亚洲地区石油储量有限，只占世界探明储量的4%，因此亚洲对石油进口的依赖将日益增加，地区经济将受到油价波动的影响。亚洲在2010年可能成为世界最大的石油消费地区。运输业发展所需的中间馏分油（喷气燃料和柴油）将成为这一地区需求增长最快的产品，2005年所需进口量将超过67万桶/天。而且这些产品的规范将更加严格。随着石油需求的增长和对中间馏分油进口依赖的增加，天然气无疑将起到更重要的作用。天然气不仅能促进该地区燃料的多样化，也将作为一种重要的更加清洁的运输燃料。事实上，相当大部分的天然气有待于经济性的开发和利用，同时伴生气的产量也日益增加。估计中东地区有230万亿立方英尺的天然气，远东和澳大利亚能以0.5美元/百万Btu的成本生产天然气。因此，边远天然气被认为是促进能源多样化的补充资源。 通过费希尔特罗普希工艺制合成油（GTL），为天然气转变成清洁燃料提供了机会。我国天然气资源 我国偏远地区天然气的后续开发潜力将为天然气制合成油（GTL）技术提供用武之地。 2001年天然气占中国总能源需求比例为2.96%（石油占27.4%，煤炭占62.0%，核能占0.47%，水力占6.9%）。中国天然气资源量为38.04万亿立方米，估计可采储量（7~10）万亿立方米。陆上62个盆地和地区的天然气储量29.9万亿立方米，78.6%集中在四川盆地、陕甘宁地区、塔里木盆地和青海省。10个海上盆地大多集中在南海和东海，总计8.14万亿立方米，占总量21.4%。据分析，全国常规天然气资源量中，最终可采储量为14万亿立方米，其中东部占30.3%，西部占28.2%，海上占21.4%。中国天然气储量大于1万亿m3的地区有10个：塔里木、四川、陕甘宁、东海、渤海湾、莺歌海、琼东南、珠江口、准噶尔和柴达木。现已形成以四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、莺琼、东海六大盆地为主的气层气资源区，以及渤海湾、松辽、准噶尔三大盆地气层气与溶解气共存资源区格局。据统计，全国共发现69个含天然气盆地，其中天然气资源量比较丰富的塔里木、四川、陕甘宁、东海、渤海湾、琼东南、珠江口、准噶尔、柴达木盆地的总资源量为32.26万亿立方米，占全国天然气总资源量的84.8%。2001年中国天然气探明储量为1.37万亿立方米，占世界0.9%。资源探明率3.6%。2000年我国还在内蒙古伊克昭盟发现首个世界级大气田：苏里格大气田，天然气探明地质储量达到6025.27亿立方米，相当于一个储量6亿吨的特大油田，不仅是我国现在规模最大的天然气田，也是我国第一个世界级储量的大气田。我国近海天然气工业拥有较大发展潜力。对近海10个沉积盆地的油气资源综合评价认为，天然气总资源量8.4万亿立方米。目前在海上找到的天然气储量4211亿立方米，占近海天然气资源量9%。中国海洋石油总公司（CNOOC）天然气生产能力将由2000年100亿立方米增加到2010年150亿~200亿立方米。莺歌海、琼东南、珠江口盆地、东海西湖和渤海渤中是今后寻找天然气的有利地区。莺歌海-琼东南盆地有巨大的天然气资源，其中崖13-1气田年产天然气36.13亿立方米，预计天然气资源量约为1.5万亿立方米。东海盆地探明天然气地质储量达2000亿立方米以上。1998年全国天然气产量223亿立方米，天然气消费量221亿立方米，在能源消费结构中仅占2.1%。2000年中国天然气生产量277.3亿立方米（2001年303亿立方米），其中，CNPC占66%，CNOOC占14.3%，SINOPEC占14.2%，地方占5.5%。21世纪我国天然气发展将进入黄金期。2001年产量增加到303亿立方米，消费量302亿立方米，在能源消费结构中比例提高到2.96%。据预测，天然气需求量将增加到2005年640亿立方米、2010年950亿立方米和2015年1850亿立方米，在能源消费中比例将分别提高到3.61%、6.02%和10.08%。预计到2020年，化工领域对天然气的需求量将达325亿立方米。但是我国天然气产量还不能满足需求，预计2010年中国天然气缺口将达数百亿m3，2020年将达上千亿m3。俄罗斯和中国签署了天然气供应初步协议，俄罗斯东西伯利亚林斯克Chayadin天然气田天然气可望于2015年通过3009公里管道输送到中国沈阳、北京、大连，该气田天然气储量约为1.24万亿m3，年输气量可达200亿m3。土库曼斯坦（或俄罗斯西西伯利亚）至上海的天然气*线也在研讨之中。由于我国能源紧缺，大量进口成品油，再加幅员辽阔，天然气多数产于西部，因此天然气合成油和其他化学转化都有积极意义。 天然气化学转化 天然气的化学转化目前可以工业化的有：费希尔特罗普希工艺天然气制合成油（GTL），大规模甲醇生产，二甲醚（DME）。甲醇生产目前可以实现工业规模生产，并用于生产MTBE和甲醛等。1999年世界甲醇产量接近2700万吨。世界级规模：1000吨/天的工厂生产甲醇能够在能源市场有竞争力，可以作为发电燃料，或作为燃料电池动力汽车的燃料。DME是一种与LPG物理性质类似的醚类，能够作为低排放柴油的替代物，也适合作发电燃料。目前世界DME的年产量只有15万吨。如扩大规模到5000~10000桶/天，其生产成本可以在能源市场竞争。除了以上提到的利用方法外，还可以利用化学方法转化天然气中的丙烷，通过脱氢可以将丙烷转化成丙烯并进一步聚合成聚丙烯。利用天然气生产聚丙烯能够增强计划的经济性。天然气中的碳4组分可以用于生产MTBE，碳5成分可以用于生产TAME，或直接出售。等等。 我国在天然气化学转化方面也已起步，据悉，内蒙包头市将建成天然气化工基地。此地距世界级大气田--苏格里气田仅200多公里，南临煤炭资源丰富的鄂尔多斯市，本地及周边地区的市场潜力大。该项目建成后，可达到年产甲醇105万吨、甲醛4.5万吨、多聚甲醛2万吨等。 天然气的化学转化为把边远天然气转变成清洁能源和高附加值产品提供了机会，为能源多样化提供了条件。 |
5楼2006-07-07 14:15:26
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纳米催化技术发展前景好
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在我国刚刚起步的纳米催化技术，目前尽管仅有Ti02,ZnO、Si02、CaC03等少数品种实现了产业化。但已经显现出了良好的发展前景。在 2004年底结束的纳米科技研讨会上，专家认为，纳米材料具有独特的晶体结构及表面特性，其催化活性和选择性大大高于传统催化剂，可作为新型的催化材料应用于化学工业。 无庸置疑随着纳米微粒粒径的减小，表面积逐渐增大，吸附能力和催化性能也随之增强。这些独特效应使纳米催化剂不仅可以控制反应速度，大大提高反应效率，甚至可以使原来不能进行的反应进行。据介绍，纳米金属粒子作为催化剂已成功应用到加氢催化反应中。以粒径小于0．3nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物加氢的效率比传统镍催化剂提高10倍。纳米Pt粉、WC(碳化钨粉)也是高效的加氢催化剂。超细Ag粉则可以作为乙烯氧化的催化剂。 据悉，目前的纳米金属氧化物催化剂有Fe304、Ti02和Ce02等。美国有公司推出的系列纳米CuO抗菌剂已具备商业实用性，这种粒径范围在20~50nm的CuO易加入塑料、合成纤维、黏合剂和涂料中，主要用于防护漆、防污漆和不同涂料的添加剂。而一种稀土氧化物／ZnO复合材料则可作为选择性氧化乙烷制乙烯的催化剂，用其催化的反应，乙烷转化率可达60％，乙烯选择性则高达90％。 纳米结晶物质在增加催化剂的活性部位方面具有很大优势。它应用于结构敏感性反应的典型例子是作为光催化反应的催化剂，纳米钙钛矿型复合氧化物就是一种理想的光催化材料。在光催化降解领域采用的光催化剂多为 Ti02、ZnO、Fe203、Sn02等半导体材料，但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因，实用性较好的只有 Ti02和ZnO。其中以Ti02的使用最为广泛。 以氧化物为载体的负载型纳米金属催化剂具有许多优异性能，其载体种类很多，有氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、沸石及分子筛等。纳米负载型催化剂用Ni／MgO催化甲烷法制得的纳米碳管作催化剂载体，嵌入钾催化剂，经脱氧、净化处理后，用于合成氨的催化反应中，合成氨的产率大大高于同条件常用催化剂的产率．而且纳米碳管表面更趋于碱性，有利于生成的氨脱附。 纳米结构自组装体系和分子自组装体系是当前纳米材料的前沿领域。在分子筛的孔腔中组装或封装金属配合物，所制备的金属配合物／分子筛复合催化材料是传统均相催化剂和多相催化剂不可比拟的新型催化材料，也为重油、渣油等的催化裂化开辟了新天地。这些材料在催化过程中具有反应条件温和、反应活性和选择性高，易与产物分离、可重复使用，位分离效应及择形效应高等优点。 尽管在纳米催化剂方面已取得了一些成果，但也还有许多问题需要解决，主要包括四个方面：一是对合成纳米催化剂的过程机理，如对控制微粒的形状、分布、粒度等技术和纳米微粒的收集、存放问题缺乏深入研究；二是多数制备纳米材料的技术成果仅停留在实验室和小规模生产阶段，缺乏对规模生产所涉及工程技术的认识；三是系统研究纳米催化材料的实用化技术尚少，对纳米催化材料的性能测试和表征手段有待改进；四是缺乏系统的综合各学科的研究体系，无法解决交叉学科的纳米技术问题。 这些问题的解决不仅将为纳米材料的制备提供一套科学的方法和理论，加速纳米材料的应用和开发，也能为纳米催化剂产业化和市场化奠定基础。建议相关行业克服制约因素，不断完善现有纳米催化剂的制备技术，开发纳米催化剂的工业化生产设备，尽可能地拓展纳米材料的催化应用领域，努力实现纳米催化技术的工业化。 |
6楼2006-07-07 14:17:54
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基础化学的新前沿领域
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1．用大量相同的组分作为给定的键合单元或配体的受体的方式来合成化合物。 Create chemical entities made up of many identicalcomponents arranged in away as to serve as receptors for given binding units or ligands． 2．合成出自复制分子和寻找自矫正反应。后者包括催化反应，在催化反应中产物中的 错误能被去除和矫正。 Create self-replicating molecules and self-correctting Chemical react- ions．Included in this latter category are catalytic reactions where errors introduced in the product are deleted and corrected． 3．充分理解给定的以及预期的化学反应的本质，以便为这种反应设计出合理的催化剂 Understand the nature of a given or desired new chemicaltransformation sufficiently well that a catalyst for the reaction can be designed in a rational manner． 4．探索表面化学性质(表面化学)，控制以多相催化剂作为体相物种的立体化学。 Explore the chemistry at interfaces and control the stereochemistry of heterogeneous catalysts used as bulk species． 5．利用超分子结构维持化学不稳定物质的完整性。同时保存包含产物释放的化学反应 中的催化位点， Harness supramolecular constructs to preserve the integrity of chemi- cally labile species while conserving sites for the catalysis of chem- ical reactions including product release. 6．用平行的自动的合成方法或组合试探反应来逐步地提高化学反应的转化率。 Use parallel automated synthesis or combinatorial trial-and error reactions to improve on a chemical transformation in an evolutionary manner． 7．对参加反应的两个分子接近时的取向进行控制。 Control the direction and orientation of the approach of one molecule reacting with another． |
7楼2006-07-07 14:18:38
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纳米科技最新进展2则！！！
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1. 给纳米试管装上塞子 研究者利用化学自组装技术，将用来运输物质的硅纳米试管，在其开口端用纳米颗粒封住。 现在，全球科学界和工程界都在赶纳米这个时髦。纳米管在材料方面的优良特性，正被开发应用到诸多实用领域，甚至包括生物医学方面；一些对材料研究有兴趣的生物医学专家希望将纳米管开发成传输药物或基因的体内运输机器。 这只是美国佛罗里达大学纳米管研究专家Charles Martin和他在生物化学方面的合作者Jon Stewart所关注的一个“小”问题。Martin的实验室此前开发出了一种模板合成方法，用以制作一种新型纳米试管，它与传统纳米试管不同，因为它在一端是封闭的。“我们认为这些新型试管对于货物运送是非常有用的，但这有点像用一个没有瓶塞的红酒瓶运送红酒，” Martin说。近来，他们迈出了解决这一问题的第一步，通过运用化学自组装技术，使用一种恰当尺寸的纳米颗粒塞住了硅纳米试管的另一端。 在硅纳米试管一端可进行氨基基团的功能化处理，它能和具有醛基基团的纳米颗粒自动发生反应，然后将试管一端盖住。“模版合成的美妙之处在于，你能研制出那些在化学或生物化学方面很容易发生功能化行为的纳米管，” Martin解释说。而且，模版合成的方法几乎能用于任何材料，包括从碳到硅到聚合体。因此，他们的长远目标就是要制造出一种有塞的纳米试管，使用的原料是生物可降解材料，这样应用于生命系统就会是安全的。 对于Martin和Stewart来说，紧接着的下一步工作就是在可想象的范围内进行更多的工作；但是，也包括开发那些特性易于变化的化学物质，以便能将纳米试管打开，然后在不同条件下释放出运送的货物。Martin说：“拔出瓶塞是件困难的事情......我已经毁坏了很多企图拔出瓶塞的螺丝锥，我们确信不想研制那样的纳米类似物!” 2. 新型电子传感器可有效检测小分子 研究者利用适配子开发出的一种电子传感器，可用于对可卡因的检测；检测结果显示，这是一种具有灵敏性和普适性的新型实验平台，可用于小分子的识别。 不像核酸和蛋白质这些大分子，对一些小分子目标物的快速检测仍旧是一个相当大的技术挑战，这种情况对于生物样品更是如此。“如果医生想在血清中寻找一种药物或者药物代谢物，他就不得不将药品送给一些安装有气相色谱和质谱设备的实验室，等那里的技术人员帮他们测定后，然后数日内将结果返还给他们，” 来自美国加州大学圣巴巴拉分校的化学家Kevin Plaxco这样说。 Plaxco的研究小组在开发这类生物检测系统方面积聚了丰富的经验，他们使用了一种被称为“适配子”的DNA小分子，它对目标分子具有高亲合性和特异性。去年，他们研发出了一种利用适配子的电子蛋白质传感器(E-AB)，它安装有一组成共轭关系的金电极和吸附凝血酶的适配子，而该适配子和一种能够操纵电子向电极转移的化合物亚甲基蓝连接在一起；这种由凝血酶和适配子组成的复合体呈现出一种抑制电子转移的结构；最终获得的信号显示，凝血酶出现在了生物样品中。 在今年的这项新工作中，他们介绍了一种类似的实验系统，来检测一种目标小分子可卡因。他们的E-AB传感器被证明具有检测微克分子量级的可卡因，通常这样的含量发生在像人体唾液这样的复杂生物活性液体中；该种传感器甚至能够将与苏打粉混合在一起使用的可卡因识别出来。目前这种检测装置仍无法获得足够的定单，原因是费用过高而无法应用于测试病人体内的可卡因；但Plaxco研究小组通过应用其它的E-AB传感器，已经将其灵敏度提高到皮克分子这样的量级，这表明通过使用改良的适配子，可以将灵敏度提高。 在Plaxco看来，很多传感器是由高中学生在实验室工作时做出来的。因此，汇聚了简单的构造和广泛的灵活性，这一系统为研制新型医学诊断工具提供了令人激动的前景。Plaxco的研究小组目前正试图设计出一种E-AB传感器，用于多分子复合体的同步检测，以及疾病标记物的检测。“我们已经构建了一种能够检测小分子的实验平台，它与众多的适配子一样具有普适性，而目前的文献已经报道说适配子具有相当的普适性，”他说：“利用这些适配子，我们应当很容易就研制出一种掌上装置，用它能在几秒种内检测出各种各样的小分子。那可是史无前例的，也是我最为激动的原因。” 更多信息请访问：http://www.natureasia.com/ch/naturemethods |
8楼2006-07-07 14:19:32
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无机化学研究最新进展
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无机化学研究最新进展 陈 荣 梁文平 (国家自然科学基金委员会化学科学部，北京 100085) 近几年我国无机化学在国家自然科学基金及其它基础项目的支持下，基础研究取得突出进展，成果累累，一批中青年专家的工作脱颖而出。有的专家在科研成果转化、产业化方面作出了突出成绩；有的专家在国际高水平的专业杂志Science, Accounts of Chemical Reserch , Angew.Chem.Int.ed., J. Am. Chem. Soc.上发表了一批有影响的科学论文。以化学著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.和J. Am. Chem. Soc.为例，据不完全统计，近10年来，大陆学者在Angew. Chem. Int. Ed. 上共发表论文44篇，其中无机化学领域的专家发表18篇，占41%。特别是近两年，大陆学者在Angew. Chem. Int. Ed. 上共发表论文30篇，无机化学领域的专家发表16篇，占53%，增长迅速；近10年大陆学者在J. Am. Chem. Soc. 上发表论文53篇，无机化学学者发表11篇，占20%；有机化学领域的专家，在Angew. Chem. Int. Ed. 上共发表论文8篇；在J. Am. Chem. Soc. 上发表论文14篇，也表现出良好的发展势头。我们相信在国家自然科学基金的资助下，化学学科能够继续取得基础研究的突破，开创新领域，开展国际领先的独创性研究工作。无机化学的在以下几个方面取得了令人瞩目的成绩： 1. 中国科技大学钱逸泰、谢毅研究小组在水热合成工作基础上,在有机体系中设计和实现了新的无机化学反应,在相对低的温度制备了一系列非氧化物纳米材料。溶剂热合成原理与水热合成类似，以有机溶剂代替水，在密封体系中实现化学反应。他们在苯中280℃下将GaCl3和Li3N反应制得纳米GaN的工作发表在Science上，审稿人评价为“文章报道了两个激动人心的研究成果：在非常低的温度下苯热制备了结晶GaN；观察到以前只在超高压下才出现的亚稳的立方岩盐相。……”文章已被Science 等刊物引用60次。在甲苯中溶剂热共还原制成InAs，文章发表在J. Am. Chem. Soc.上；在KBH4存在下，在毒性低的单质As和InCl3反应制得纳米InAs，文章发表在Chem. Mater.上；在700℃下将CCl4和金属Na发生类似Wurtz反应制成金刚石，该工作在Science上发表不久就被美国《化学与工程新闻》评价为“稻草变黄金”；用溶剂热合成了一维CdE(E=S,Se,Te)，文章发表在Chem. Mater.上；用金属Na还原CCl4和SiCl4在400℃下制得一维SiC纳米棒的工作发表在Appl. Phys. Lett.上，被审稿人认为这是一种“新颖的和非常有趣的合成方法，……将促进该领域更深入的工作”；多元金属硫族化合物纳米材料的溶剂热合成：如AgMS2 和CuMS2(M=Ga,In)的文章分别发表在Chem. Commum.和Inorg. Chem.；成功地将部分硫族化合物纳米材料的溶剂制备降至室温，其中一维硒化物的工作发表在J. Am. Chem. Soc. 和Adv. Mater.上；不定比化合物的制备和亚稳物相的鉴定：如Co9S8等不定比化合物的溶剂热合成发表在Inorg. Chem.上，岩盐型GaN亚稳相的高分辨率电镜鉴定工作发表在Appl. Phys. Lett.上。 2. 吉林大学冯守华、徐如人研究组应用水热合成技术，从简单的反应原料出发成功地合成出具有螺旋结构的无机椨谢擅赘春喜牧希?/FONT>M(4,4'-bipy)2(VO2)2(HPO4)4 (M=Co; Ni)。在这两个化合物中，PO4四面体和VO4N三角双锥通过共用氧原子交替排列形成新颖的V/P/O无机螺旋链。结构中左旋和右旋的V/P/O螺旋链共存。这些左旋和右旋的螺旋链严格交替，并被M(4,4'-bipy)2结构单元连接，形成开放的三维结构。无机螺旋链的形成，归因于M(4,4'-bipy)2结构单元上的两个联吡啶刚性分子分别与两个相邻螺旋链上的钒原子配位产生的拉力。研究结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2000, Vol. 39, No. 13, 2325-2327。 鉴于在国际上无机水热合成前沿领域的系统和创新性研究工作，吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室冯守华教授和徐如人院士2001年应邀为美国化学会《化学研究评述》（Accounts of Chemical Reserch）撰写综述论文。综述题目为“New Materials in Hydrothermal Synthesis” （Acc. Chem. Res.，34(3)，239?/FONT>247，2001）。该文从以下七个方面系统地总结了新材料水热合成化学方面的研究成果：微孔晶体；离子导体；复合氧化物和复合氟化物；低维磷酸铝；无机/有机杂化材料；特殊聚集态材料；材料，生命，环境与社会问题。 3. 南京大学熊仁根、游效曾等在光学活性类沸石的组装及其手性拆分功能研究方面设计和合成具有手性与催化功能的无机椨谢踊亩辔峁梗歉男粤斯庋Щ钚缘奶烊挥谢┪?/FONT>(奎宁)，以它作为配体同金属离子自组装构成了一个能进行光学拆分（或选择性的包合S-构型）消旋2-丁醇和3-甲基-2-丁醇，拆分率达98%以上的三维多孔类沸石。在成功设计这个类沸石时，我们主要考虑了以下一些因素：负一价阴离子的配体（排除了外部阴离子占据空洞的可能性）；配体具有大量的有机部分增强了疏水性；同时也有亲水基团, N、OH等基团共存于一个配体中, 这样配体具有两性；多个手性中心（4个）。这是目前第一个能拆分的具有光学活性的类沸石，该工作被认为是非常重要和有意义的工作，发表在Angew. Chem. Int. Ed.,(2001,40,4422-4425)上，并被选为Hot Paper。 4. 中国科学院福建物质结构研究所洪茂椿、吴新涛等在纳米材料和无机聚合物方面的工作有30篇论文发表在国际高水平的刊物如Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Chem. Eur. J.，Chem. Comm.，Inorg. Chem.上，引起了国内外同行的广泛重视。 他们在纳米金属分子笼（nanometer-sized metallomolecular cage）的合成，结构和性能研究方面考虑有机桥联配体与金属离子的协同作用和结构调控，设计合成了一种含有机硫和氮的三齿桥联配体tpst, 其中的吡啶环与中心隔离体通过柔性的硫醚联结. 通过tpst配体与两价的镍、鈀或铂离子自组装反应，我们成功地构筑了具有Oh对称的立方体金属-有机笼子[Ni6(tpst)8Cl12]，其笼内体积超过1000?3，可以同时容纳多种离子和溶剂分子。 该笼子在100° C下稳定并有12个较大的可变的窗口，可以让小分子进出笼子。这是目前已测定单晶结构的容量最大的一个金属-有机笼子（ J. Am. Chem. Soc. 2000, 122，4819-4820）。 进行了具有大孔洞的新型金属¾ 有机类分子筛(New type of metal-organic macroporous zeotype) 的合成，结构和性能的研究。这一方面的研究工作主要集中在合成合适的有机配体设计合成孔洞大小和形状适宜的复合聚合物。他们最近把tpst 配体和一价的金属离子进行逐步组装，制成了一种具有纳米级管的一维聚合物[Ag7(tpst)4(ClO4)2(NO3)5]n ， 管中可以同时容纳离子和小分子。 这是目前唯一的一种具有金属-有机的纳米管的一维聚合物。 他们还成功地构筑了一个新型的具有纳米级孔洞的类分子筛[{Zn4(OH)2(bdc)3}· 4(dmso)2H2O]n , 其中孔洞的大小近一纳米。骨架的金属可以是具有催化活性的金属团簇。把多齿羧酸大配体与稀土金属和过渡金属离子反应，制成了多种含稀土金属和过渡金属且具有大孔洞的一维、二维和三维聚合物, [Gd2Ag2(pydc)4(H2O)4]n [{Gd2Cu3(pydc)6(H2O)12}.4H2O]n ，[{Gd4Cu2(pydc)8 (H2O)12}.4H2O]n ，[{Gd2Zn3(pydc)6(H2O)12}.4H2O]n ，[{Gd4Zn2(pydc)8 金属纳米线和金属-有机纳米板的合成和结构研究。设计合成了一些金属纳米线、金属-非金属纳米线和金属有机纳米板，应用结构化学研究手段，研究它们的自组装规律、空间结构、电子结构及其物理化学性能，探索空间结构与性质和性能的关系规律。 5．北京大学高松研究小组在磁分子材料的研究方面取得了突出成果。 外磁场依赖的特殊的磁弛豫现象。 在水溶液中以1:1:1的摩尔比缓慢扩散K3[M(CN)6] (M = FeIII,CoIII), bpym (2,2’-bipyrimidine) 和Nd(NO3)3, 合成了第一例氰根桥联的4f-3d二维配位高分子[NdM(bpym)(H2O)4(CN)6]× 3H2O, 24个原子形成的大六边形环, 分别以顶点和边相连, 构筑成独特的二维拓扑结构。通过对结构相同的两个化合物的磁性比较研究，确定了NdIII-FeIII间存在弱的铁磁相互作用。尽管在2K以上未观察到长程磁有序，零外场下变温交流磁化率也表现出通常的顺磁行为，但是，在外磁场(2kOe)存在时交流磁化率表现出慢的磁弛豫现象, 与超顺磁体和自旋玻璃有类似之处。用该体系几何上的自旋阻挫给予了初步解释(Angew. Chem. -Int. Ed., 40(2), 434-437, 2001)。 金属簇合物为结构单元的超分子组装。 以混合稀土盐Dy(ClO4)3和天冬氨酸的水溶液, 调节溶液的pH到大约6.5, 合成得到了一个三维开放骨架结构的配位高分子, 其孔径达11.78A。 用天冬氨酸这个二元羧酸替代一元氨基羧酸的结果是, 在生理pH条件下形成的氨基酸稀土配合物从分立的四核立方烷结构组装成三维的超立方烷(Angew. Chem.-Int. Edit., 39(20), 3644-6, 2000)。 氰根桥联的三维铁磁体。以以4d金属离子Ru(III) 稳定的的二氰根配合物[RuIII(acac)2(CN)2]-为“建筑块”与3d金属离子Mn(II)反应，合成了一个氰根桥联的类金刚石结构的三维配位高分子。磁性研究表明，Ru-Mn间呈铁磁性作用，并且在3.6 K 以下表现出长程铁磁有序。这是第一例含Ru(III)的分子铁磁体。 缓慢扩散Cu(en)(H2O)2SO4的水溶液到K3[Cr(CN)6]的水-乙醇溶液，得到一个氰根桥联的结构新颖的三维配位高分子[Cu(EtOH)2][Cu(en)]2[Cr(CN)6]2，磁性研究表明，Cr-Cu间呈铁磁相互作用，并且在57 K以下表现出长程铁磁有序。这是第一个结构和磁性表征的Cr-Cu三维分子磁体(Angew. Chem.-Int. Edit., 40(16), 3031-3, 2001; J. Am. Chem. Soc., 123, 11809-10, 2001)。 6．清华大学李亚栋研究组在新型一维纳米结构的制备、组装方面取得了突出的进展。 李亚栋课题组首次发现了由具有准层状结构特性的金属铋形成的一种新型的单晶多壁金属纳米管，有关研究成果在美国化学会志上(J. Am. Chem. Soc. 123(40), 9904~9905, 2001)报道。这是国际上首例由金属形成的单晶纳米管，铋纳米管的发现为无机纳米管的形成机理和应用研究提供了新的对象和课题。 他们还设计利用人工合成的有机无机层状结构作为前驱体合成出金属钨单晶纳米线和高质量的WS2纳米管，并借助小角X射线衍射和高分辨电镜微结构分析，详细研究了由层状前驱体到纳米管的层状卷曲机制，为一维纳米线和纳米管的合成提供了新的方法和思路。这方面的工作发表在德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed. 41(2), 333~335, 2002)和美国化学会志(J. Am. Chem. Soc. 124(7), 1411~1416, 2002)上。 一维氧化物纳米线、带及管由于其广泛的应用情景而倍受重视。李亚栋等通过液相反应途径，在较温和的条件下成功地合成了高质量的a 和b 二氧化锰纳米线和纳米棒，同时实现了对产物成相的调控。此外，他们还合成出了单晶MoO3纳米带和钛酸盐纳米管。这方面的工作部分已发表在美国化学会志(J. Am. Chem. Soc. 124(12), 2880~2881, 2002)等杂志上。 无机化学在最近几年里所取得的突出进展主要表现在固体材料化学、配位化学方面，在某种程度上与国际保持同步发展。从传统的无机化学角度来看，生物无机化学和放射化学的研究则相对滞后。在国家自然科学基金委员会政策局、化学部和中国科学院化学部的共同支持下，2002年3月5-7日在深圳举行了生物无机化学发展战略研讨会。会议分析了国内外生物无机化学发展过程和在目前生命科学和化学科学交叉发展相互促进的强大动力和趋势。我国生物无机化学是在20世纪80年代开始发生发展的，当时落后于国际约10年。在国家自然科学基金委员会十几年连续支持下，在全体从事生物无机化学研究者的努力下，生物无机化学的研究10年内跃升了三个台阶，研究对象从生物小分子配体上升到生物大分子；从研究分离出的生物大分子到研究生物体系；近年来又开始了对细胞层次的无机化学研究，研究水平逐年提高。我国在金属配合物与生物大分子的相互作用、金属蛋白结构与功能、金属离子生物效应的化学基础，以及无机药物化学、生物矿化方面都有了相对固定的研究方向，研究队伍日益年轻化。但我国生物无机化学的总体水平与国际水平还有一定差距，究其原因是研究经费投入不足，研究周期较长，但最突出的问题是缺乏杰出的青年研究人才。放射化学的研究也表现出以上特点，其中最重要的也是要扶持年青的研究人才脱颖而出。 |
9楼2006-07-07 14:20:26
berlin
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引用徐光宪院士对于化学发展的一些观点
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一、21世纪化学的11个突破口（10-20年） （徐光宪） 1 新的合成方法学 例如(1)组合化学。(2)手性合成。(3)分子反应器控制的合成。(4) 自复制和自组装合成。(5)定向合成。(6)掌握零维笼状和杯状、一维通道、二维层间、三维网络空腔结构的合成方法，并通过化学、电场或磁场的作用，使囚禁在里面的客体分子被释放或取代出来。 2 纳米化学、纳米材料和分子器件，纳米表面化学、高效 纳米催化剂设计合成及应用。 3 稀土化学特别是有我国知识产权的新型稀土功能材料［9］。 4 能源科学中的化学问题 例如：（1）各种高效换能器(Transducer)，特别是太阳能电池。（2）燃料电池。（3）氢能利用问题。（4）各种再生能源。 5 生命和医药科学中的化学问题 例如：（1）把中国名医的处方和人体的生理病理状态作为两个复杂体系来研究它们之间的 相互作用和 药效。（2）用组合化学的方法来筛选特效中药，并使中药现代化。（3）药物设计、合成和开发应用。（4）生物材料（Biomaterials）和人工器官的合成。（5）配合物小分子作为Key和DNA大分子作为Lock的相互作用。（6）了解神经细胞和生理调控的化学机理（7）糖化学。 6 生态环境科学中的化学问题 例如：（1）环境元素的循环。（2）有害化学物质的控制和治理。（3）以“原子经济”和“零排放”为目标的绿色化学和化工。（4）生态环境化学。 7 信息科学中的化学问题 例如：（1）高效的光纤通信材料，特别是可使激光得到增益的稀土铒羼杂Si基1。54微米材料。（2）高效的光贮存材料。（3）分子芯片。（4）分子计算机。 8 分析化学的十化 9 化工化学复杂体系中的多层次、多尺度效应及其规律和方法学研究。 10 理论化学和计算化学的基础及应用研究 11 化学信息学 20世纪的化学积累了巨量的实验材料和信息，21世纪的化学信息学将建立各种化学信息库，然后分析信息的内涵，总结出规律，最大限度地挖掘、开发和应用信息宝库，使它们作为实验归纳法和理论演绎法的桥梁，推动化学和化工学科的发展，为国民经济服务。 二、21世纪的四大化学难题 (徐光宪) 到了21世纪，数学界、物理学界和生物学界都相继提出了各自领域的重大难题或奋斗目标。但在化学界，一直没有人明确提出哪些是化学要解决的世纪难题。 近年来，在世界范围内出现了淡化化学的思潮。那么化学界果真提不出重大难题吗？有人对这一问题，提出21世纪的四大化学难题供大家一起探讨。 如何建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论？ 化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。应该说，目前的一些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。 因此，建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。 对于这一世纪难题，应予首先研究的课题有：(1)充分了解若干个重要的典型的化学反应的机理，以便设计最好的催化剂，实现在最温和的条件进行反应，控制反应的方向和手性，发现新的反应类型，新的反应试剂。(2)在搞清楚光合作用和生物固氮机理的基础上，设计催化剂和反应途径，以便打断CO2, N2等稳定分子中的惰性化学键。(3)研究其它各种酶催化反应的机理。酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。(4)充分了解分子的电子、振动、转动能级，用特定频率的光脉冲来打断选定的化学键——选键化学的理论和实验技术。 如何确立结构和性能的定量关系？ 这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。这是21世纪化学的第二个重大理论难题。 要优先研究的课题有：(1)分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律。(2)超分子结构的类型，生成和调控的规律。(3)给体-受体作用原理。(4)进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题。(5)生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？(6)分子自由基的稳定性和结构的关系。(7)掺杂晶体的结构和性能的关系。(8)各种维数的空腔结构和复杂分子体系的构筑原理和规律。(9)如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？(10)如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。以上各方面是化学的第二根本问题，其迫切性可能比第一问题更大，因为它是解决分子设计和实用问题的关键。 如何揭示生命现象的化学机理？ 充分认识和彻底了解人类和生物的生命运动的化学机理，无疑是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。 例如：(1)研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理，这是药物设计的基础。(2)化学遗传学为哈佛大学化学教授Schreiber所创建。他的小组合成某些小分子，使之与蛋白质结合，并改变蛋白质的功能，例如使某些蛋白酶的功能关闭。这些方法使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能，为开创化学蛋白质组学，化学基因组学(与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同)奠定基础。(3)搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。(4)人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。(5)了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。(6)了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。(7)如何实现从生物分子(biomolecules)到分子生命(molecular life)的飞跃？如何制造活的分子(Make life)，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。(8)研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线形科学问题。 如何揭示纳米尺度的基本规律 纳米分子和材料的结构与性能关系的基本规律是21世纪的化学和物理需要解决的重大难题之一。 现在中美日等国都把纳米科学技术定为优先发展的国家目标。钱学森先生说，继信息科学之后，纳米科学技术可能引起新一轮的产业革命。在复杂性科学和物质多样性研究中，尺度效应至关重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。 纳米尺度体系的热力学性质，包括相变和“集体现象”如铁磁性，铁电性，超导性和熔点等与粒子尺度有重要的关系。当尺度在十分之几到10纳米的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，此时热运动的涨落和布朗运动将起重要的作用。例如金的熔点为1063℃，纳米金(5-10nm)的融化温度却降至330℃。银的熔点为960.3℃，而纳米银(5-10nm)为100℃。 四大难题破解后的美好前景 经过50-100年的努力，如果解决了我这里提出的化学四大难题，不难设想我们美好的远景： (1)在解决第一和第三难题，充分了解光合作用、固氮作用机理和催化理论的基础上，我们可以期望实现农业的工业化，在工厂中生产粮食和蛋白质，大大缩减宝贵的耕地面积，使地球能养活人口的数目成倍增加。 (2)在解决第二和第四难题的基础上，我们可以期望得到比现在性能最好的合金钢材强度大十倍，但重量轻几倍的合成材料，使城市建筑和桥梁建设的面貌完全更新。 (3)在充分了解结构与性能关系的基础上，我们能合成出高效、稳定、廉价的太阳能光电转化材料，组装成器件。太阳投射到地球上的能量，是当前全世界能耗的一万倍。如果光电转化效率为10%，我们只要利用0.1%的太阳能，就能满足当前全世界能源的需要。 (4)未来的化工企业将是绿色的，零排放的，原子经济的，物质在内部循环的企业。 (5)在合成了廉价的可再生的储氢材料和能转换材料的基础上，街上行走的汽车将全部是零排放的电动汽车。我们穿的将是空调衣服。 (6)海水淡化将成为重要工业，从而解决人类生存最严重的挑战----淡水资源紧缺问题。 |
10楼2006-07-07 14:21:20
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