[高分子材料] 华东理工大学田禾院士团队《自然·通讯》：可见光控分子开关领域取得突破
田禾院士与友好材料
• 田禾教授长期从事精细化工研究，重点为功能染料。他从产品工程的 基础研究入手，针对染料分子内弱相互作用可控转换与其多尺度功能 调控的关键科学问题，提出染料分子设计新概念，发展了多尺度体系 的精细荧光表征方法，探索多功能应用新体系，解决了产品清洁高效 合成工艺的关键难题，取得系列研究成果，发表sci论文288篇，获34 项授权中国发明专利，sci他引7100多次。
田禾教授针对功能染料新品种、关键生产工艺和应用开展了深入 研究，构筑了具有自主知识产权的产品体系，在产品工程的应用和产 业化方面解决了一系列工艺难题；发明了新型多枝结构稀土金属盐多 相催化剂，形成高性能颜料清洁生产的创新工艺；开发出系列全新结 构的高性能光盘染料，解决了低成本合成生产技术难题，突破了光盘 染料的国外技术壁垒。这些创新的生产工艺和已实施的发明专利技术， 创造出显著的经济与社会效益。
DVD/CD都是一样的，因为它们都是将所需要的数据存储在光盘轨道 中极小的凹槽内，然后再通过光驱的激光束来进行读取工作。但是在 光盘的密度方面，DVD要比CD/VCD大得多，因此在读取DVD数据 的时候就需要比读取CD/VCD的数据时更短波长的激光束。因为只有 这样，才能够让激光束更加准确地在光盘上面聚焦和定位。CD的最 小凹坑长度为0.834μm，道间距为1.6μm，采用波长为780～790nm 的红外激光器读取数据，而DVD的最小凹坑长度仅为0.4μm，道间距 为0.74μm，采用波长为635～650nm的红外激光器读取数据。 • CD/VCD只能容纳650MB-700MB左右的数据，而DVD最少可以容纳 4.7GB的数据。按单/双面与单/双层结构的各种组合，DVD可以分为 单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。单面单层 DVD盘的容量为4.7GB(约为CD－ROM容量的7倍)，双面双层DVD盘 的容量则高达17GB(约为CD－ROM容量的26倍)。读出信号的可擦式光信息存储新概念，创 新合成一系列具有高信噪比的光致变色荧光材料，大幅度提高其应用 稳定性；创新合成可用荧光信号表征的可“锁”的光驱动分子梭和多 构型逻辑功能分子机器等，解决了分子尺度上精确表征分子机器运动 的关键问题；在国际上首先报道高选择性汞的荧光比率传感体系，在 荧光探针和高性能有机太阳电池染料等方面进行了创新探索。通过20 年的研究积累，他形成了以“共轭π体系结构与多尺度功能精细调控” 为主要特色的研究体系。
水的光解
清洁能源“点金石”：高效光解水催化剂问世倘若有一种神奇的催化剂，能够只依靠太阳光完全分解水，生成氢气和氧气，那么人类也许可以永远摆脱能源危机的阴影。
而如今，休斯顿大学包吉明教授的团队又朝着目标前进了一大步——他们发现氧化钴纳米晶可以高效催化水在太阳光下的分解反应。
这项研究成果发表在本周的《自然-纳米技术》上。
催化光解水是一项自上世纪七十年代以来被广泛关注的领域。
包吉明团队的突破之处，在于光源由可见光而非传统的紫外光充当，而且无须消耗性材料和助催化剂，即可使水完全分解为氢气与氧气。
光能-化学能转化效率（按氢气产量计算）从过去使用人造树叶时的0.1%提升到了5%。
包吉明团队所使用的氧化钴（II）纳米晶的透射电子显微镜图像。
图片来源：Longb Liao,et al.（2013）Nature Nanotechnology.研究者通过球磨法及飞秒激光烧蚀法制备得到性质完全一致的氧化钴（II）纳米晶（CoO nanoparticles），将它们悬浮在呈中性的水里，装满烧瓶，再用一束由固态激光器发射的激光（波长为532nm）或由AM 1.5G（地表标准化太阳能）太阳模拟灯发出的光自烧瓶底部向上照射。
瓶中产生的混合气体被注射器采样，通过装有热导检测器（TCD）的气相色谱（GC）分离。
气相色谱分析结果表明，在光的照射和氧化钴纳米晶的催化下，水发生分解生成氢气和氧气。
图a：气相色谱的分析结果。
氢气（H2）和氧气（O2）的比值非常接近预期的2:1，预示水的完全分解。
此外，没有检测到明显的氮气信号，证明烧瓶气密性良好，氧气来源并非外界大气。
图b：水在约15mg氧化钴纳米晶的催化下光解产生的氢气和氧气的量。
氢气与氧气的生成源于光照，并与光照功率正相关。
图片来源：Longb Liao,et al.（2013）Nature Nanotechnology.为了证实生成的氧气中不含氧化钴纳米晶中的氧原子，实验团队又以18O标记的水为材料重复了实验，并通过质谱（MS）和残余气体分析仪（RGA）确认了氧原子来源仅为水。
华东理工大学科技成果——生物合成谷胱甘肽
华东理工大学科技成果——生物合成谷胱甘肽项目简介谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸（Glu）、半胱氨酸（Cys）和甘氨酸（Gly）通过肽键形的三肽化合物，为生物体中含量最丰富的小分子巯基醇类化合物，具有重要生理功能，可用于抗辐射、肿瘤、癌症、氧中毒、衰老和协调内分泌的治疗，并是临床上大规模使用的保肝类药物，还广泛用于食品、运动营养学、保健品和化妆品，市场前景广阔。
国内的GSH生产工艺开发多沿用国外公司的发酵方法，但发酵法到目前为止未能取得突破，因此没有成功产业化生产，目前国内制药企业所用的GSH制药原料全部依赖进口。
本项目为华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室研制，通过构建反应速率快、转化率和生产水平高的重组菌株，开发优化培养工艺，可以实现谷胱甘肽发酵水平达到3500mg/L，生产强度超过250mg/L/H，达到国际先进水平。
在实验室规模效果良好，小试工艺成熟，相关技术已申请中国专利，具有自主知识产权。
所属领域化工、医药项目成熟度小试应用前景1999年，日本原料生产的注射用还原型GSH在国内上市。
2002年，GSH国内市场销售额为8.02亿元；2003年全国市场销售额为13.55亿元；2004年国内销售额为15亿以上。
目前国内制药企业的月需求量在3-4吨左右，据预测，GSH将取代辅酶Q10而成为全球销量最大的医药化工产品。
国外主要生产厂家有Roche、Fluka、Sigma、和光纯药等企业，全世界产量在330吨左右。
日本现已成为GSH的主要生产和供应商，由于产量有限而且GSH的应用范围及用量越来越大，GSH的市场价格一直居高不下，这给GSH的广泛应用带来了许多困难。
实现GSH的国产化，可以改变我国GSH原料药依赖进口的局面，同时为GSH得到大规模应用奠定基础。
知识产权及项目获奖情况已申请相关专利4项。
合作方式技术开发、技术转让、专利（实施）许可。
田禾：与诺奖得主并肩开拓创新
田禾：与诺奖得主并肩开拓创新作者：暂无来源：《发明与创新·大科技》 2020年第7期文/许琦敏早年研发变色镜关键涂层、可擦写光盘专用染料；20年前在国内率先建立分子机器研究团队，成果广受国际学术界赞誉，诺奖得主在其专著中大篇幅引用……这是中国科学院院士田禾传奇的科研经历。
很多人也许不知道，我们已经在生活中多年受惠于这位化学家的创新发明。
极少出现在公众视野中的田禾院士，成功地带领团队站在全球科研最前沿。
如何奋力跻身精准化学与分子工程领域的国际学术与产业高地？他的奋斗历程与创新故事不失为一个生动注脚。
玩转“染料的世界”，打破垄断急国家所需夏日阳光渐次强烈，戴上一副变色太阳镜，时髦又舒适。
几乎没多少人知道，镜片上的变色涂层就出自田禾早年的科研成果——光变色浓缩液和光变色树脂。
20世纪末，田禾的学生毕业后，带着这项成果成功创业，如今相关产品已占领浇注变色全球市场60%的份额。
2000年之前，光敏性染料是田禾的主要研究方向。
除了变色镜的变色涂层，他还与中国科学院院士干福熹一起，研发出了可录式光盘的专用染料。
这一技术原本被国外垄断，当他们的发明专利公布之后，国际同类染料的价格立刻下降了1/3。
他们从原理研究入手，提出了以荧光作为读出信号的可擦式光信息存储概念，发现很多能用来做可擦写光盘的染料，使我国成为当时有能力生产该类有机材料的少数国家之一。
出生于1962年的田禾从小就在“两弹一星”精神熏陶下长大，急国家所需、爱国奋斗的理念深入骨髓。
走上学术道路之后，田禾带领团队在国际上最早开展染料敏化太阳能电池研究，多次创造最高光电转换效率纪录。
8万元起步挑战分子机器，诺奖得主33次提到他20世纪90年代后期，田禾注意到，“分子机器”这一全新概念在国际上逐渐兴起。
于是他果断转向，投入这一前沿领域。
由于该领域在国际上尚属“无人区”，极具挑战性，他向国家自然科学基金委申请项目时，最终以“非共识项目”获得了8万元探索经费。
《上海科技报》华东理工大学振动诱导发光机制研究再获新进展
《上海科技报》华东理工大学振动诱导发光机制研究再获新进展近日，华东理工大学化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士团队在振动诱导发光（VIE）机制的研究上再次取得重要进展，相关研究成果以“二氢吩嗪荧光染料的激发态多步逐级结构演变”为题，发表在《德国应用化学》上。
荧光染料分子的光诱导激发态过程存在着无限可能。
大多数的染料分子具有无能垒的激发态弛豫过程，表现出单一波段的荧光发射；一些独特的分子体系在激发态弛豫过程中会出现能垒并导致两个局部最低能态，从而辐射出双波段荧光发射。
然而，单个荧光团具有三重荧光发射的现象则非常罕见。
基于芳香性和立体位阻对二氢吩嗪结构与性质的协同调控作用（J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 4883），田禾院士团队以具有振动诱导发光性质的N,N′-二苯基二氢二苯并[a,c]吩嗪（DPAC）为母体，通过在其邻位引入位阻基团调控激发态过程与光物理性质，成功地实现了基于单个荧光团的宽光谱三重荧光发射，其光谱窗口覆盖紫外至近红外区（约350nm至850nm）。
研究团队进一步结合飞秒瞬态吸收光谱和含时密度泛函理论计算，发现位阻效应对激发态势能面形状和激发态动力学过程产生了显著的影响。
DPAC分子因其对称的几何构型和较弱的分子内位阻效应，激发态弯曲到扭曲的结构演变非常迅速，从而主要辐射出大Stokes位移的红光发射；与DPAC陡峭的激发态势能面相比，增强的位阻效应使得单取代DPAC的激发态结构演化路径变得更宽、演化速度变得更慢，同时诱发产生了新的中间态，进而表现出宽光谱的三波段发射；更强的位阻效应使得双取代DPAC的激发态结构演化受限，表现出正常Stokes位移的蓝光发射。
值得指出的是，该工作首次证明了单一稠环共轭骨架在激发态可以发生从弯曲到平面再到扭曲的多步逐级结构演变，并且这3种构象可以作为发射态产生本征的多重荧光发射。
该工作进一步丰富和完善了振动诱导发光机制。
华东理工大学与波音公司共同研发碳纤维回收技术
合成纤维 Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｃｈ ｉ ｎ ａ
２ ０ １ ３年第 ４ ２卷第 １ ０期
将保持上升势头 ，主要是受到原料成本上涨的影响 。
在实验室成功地从异丁醇生产出完全可再生和可回收
的聚对苯二甲酸乙二醇酯 （ Ｐ Ｅ Ｔ ）纤维和薄膜 。
从事可再生燃料和化学 品业务的美国 Ｇ ｅ ｖ ｏ 公司 于２ ０ １ ３ 年８ 月２ ７ １ ３ 宣布，位于德克萨斯州 Ｓ ｉ ］ ｓ ｂ ｅ ｅ 的 对二 甲苯装置投产 ，该设施利用 Ｇ ｅ ｖ ｏ 公司的发酵技 术使生物基异丁醇转化为对二 甲苯。新设施位于 Ｇ ｅ ｖ ｏ 公司现有的 Ｓ ｉ ｌ ｓ ｂ ｅ ｅ 喷气燃料装置 附近 。Ｇ ｅ ｖ ｏ 公司正
发生反应可生产 Ｐ Ｅ Ｔ 。Ｉ Ｈ Ｓ表示 ，如果 ９月份 Ｐ Ｘ合
同价 格 继续 上涨 ，那 么 Ｐ Ｔ Ａ价格 应 该 也进 一 步上 涨 。
三菱人造丝与泰国 Ｐ １ 公 司欲建碳纤维
合资厂
三菱人造丝和泰 国 ｍ 公 司近 １ ３ 宣布 ，双方 已 经签署一项凉解备忘录 ，将着手研究在东南亚地区合
上涨的动力。报告指出，这些地区冲突的升级或刺激
Ｐ Ｘ价 格 的上涨 。
则对于替代 目前由石油衍生 的 Ｐ Ｅ Ｔ用予任何商业应 用 ，具有很高的潜力。 （ 钱伯章译）
８月份 ，Ｐ Ｘ 下 游 衍 生 物 ——精 对 苯 二 甲酸
（ ｒ Ａ ） 的价 格 也 出 现 了 上 涨 ，ｔ ｒ ｒ Ａ与乙二醇 （ Ｅ Ｇ ）
项目 进展显示，Ｇ ｅ ｖ ｏ 公司和东丽公司已在 ２ ０ １ １ 年
Ｇ ｅ ｖ ｏ 公 司的首席执行官帕特里克 － 格鲁伯表示 ，
2019年度上海科学技术奖励大会隆重召开 华理和上化院多项科技成果获奖
获得上海市技术发明二等奖的“双峰分布超高相对分子质量聚乙烯注塑级树脂及其制品动态锁模成型技术”项目团队科技前沿2019年度上海科学技术奖励大会隆重召开华理和上化院多项科技成果获奖5月19日，上海市委市政府在上海展览中心中央大厅召开上海市科学技术奖励大会，隆重表彰2019年度为上海科技创新和经济社会发展作出突出贡献的科技工作者。
华东理工大学、上海化工研究院有限公司在大会上斩获颇丰，分别获得多项奖项。
华东理工大学的田禾院士获得科技功臣奖，这是华理建校以来首获此殊荣；由华理作为牵头单位的项目获得一等奖5项、二等奖9项；华理教师参与的项目获得一等奖1项、二等奖4项、三等奖1项；郭志前获得青年科技杰出贡献奖。
中国科学院院士、华东理工大学学术委员会主任田禾院士静心治学、潜心育人，牵头建设材料生物学与动态化学前沿科学中心，聚焦重要前沿领域持续攻关，组建费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心，开展高水平人才培养和国际合作，助力上海科创中心建设。
上海市委书记李强向田禾教授颁发科技功臣奖。
近年来，华理在科研基地平台、科研创新团队、高层次人才队伍建设以及重大科技项目攻关等方面取得了长足的发展，学校以重要项目、重点人物为抓手，精心组织开展科技奖励申报工作，取得丰硕成果。
在此次大会上共有22项成果（人）获得表彰，获奖总数是学校历史最好成绩。
上海化工研究院有限公司牵头申报的科研成果“双峰分布超高相对分子质量聚乙烯注塑级树脂及其制品动态锁模成型技术”拥有完全自主知识产权，申请相关专利18项，实现了国内高性能UHMW -PE 注塑级树脂及成型技术的关键突破，解决了国内高性能UHMW -PE 注塑级树脂“有无”的问题，在国内首先实现UHMWPE 注塑成型工业示范线建设，设计产能达到180万件/a ，应用于上海三菱中高速电梯、核电站等高端部件，项目总体达到国际先进水平，具备显著的经济社会效益及发展应用前景，荣获技术发明二等奖。
“高品质桃醛的连续化生产工艺和香气品质评价关键技术开发及工业应用”项目开发了桃醛产品香气品质在线评价技术，从根本上解决了现有生产技术的原料转化率低、能耗高、产品香气品质差等难题，提高了桃醛产品的收率和香气品质，降低了生产成本，取得了显著的经济效益，对于提升国内香料行业生产技术水平具有重大意义，荣获科技进步二等奖。
E+H与华东理工建立联合实验室
E+H与华东理工建立联合实验室
佚名
【期刊名称】《中国建设信息》
【年(卷),期】2007(000)005
【摘要】近日,Endress+Hauser公司与华东理工大学合作的"检测仪表联合实验室"在该校实验楼举行揭牌仪式。
E+H中国销售中心总经理郁光建先生、华东理工大学信息工程学院党委书记侍洪波书记与高教研究所何仁龙所长等领导出席了仪式,揭牌仪
【总页数】1页(P)
【正文语种】中文
【中图分类】G649.2
【相关文献】
1.巴斯夫与苏州瑞高建立联合实验室推动环保合成革的创新 [J],
2.肺吸虫病"积分诊断量表"的建立——临床表现联合实验室和影像学检查 [J], 曹应海;谭华炳;李姗;雷旭;钟炎平;杨军杰;刘龙;杨靖;李健;李芳
3.聚焦"双碳"目标深化校企合作华东理工牵手申能股份成立碳中和联合实验室 [J], 张婷
4.上海石化与华东理工大学进行新一轮战略合作签约双方合作的氢能联合实验室揭牌成立 [J], 胡拥军
5.E＋H与华东理工建立联合实验室 [J],
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华东理工大学田禾院士团队《自然·通讯》：可见光控分子开关领域取得突破
光控分子开关（photoswitch）是一类在两种不同波长光激发下进行可逆异构的功能分子，其在先进功能材料、生物医药等领域具有非常广阔的应用前景。
近日，华东理工大学化学与分子工程学院田禾院士团队在《自然—通讯》（Nature Communications）上，以“A building-block design for enhanced visible-light switching of diarylethenes”为题报道了一种简便、高效的全可见光激发光开关设计新策略，在实现对传统二芳基乙烯光开关可见光激发的同时，进一步提升了光调控性能，为全可见光光控分子开关的设计提供了全新的思路。
光控分子开关的开发及应用研究过程中，全可见光调控一直是人们关注的焦点。
常规光控分子开关通常需要在紫外光激发条件下进行光调控操作，紫外光激发存在高耗能、损伤大（光副反应）、穿透性差以及光源相对较贵的缺点，长期使用紫外光激发会导致分子开关的稳定性受损（副产物积累，光致异构可逆性下降）以及相应材料基质的损伤，造成由分子开关构建的先进光学材料使用寿命缩短、性能下降。
近期光控分子开关在高分辨生物荧光成像领域的应用研究不断兴起，而光调控过程中副产物的积累会导致荧光信号对比度下降并对生命体产生毒副作用。
此外，紫外光激发高生物毒性和强背景荧光干扰则进一步凸显了其在实际应用中的弊端。
因此，
用更温和的可见光替代紫外光激发光控分子开关、拓宽其应用领域是该领域未来发展的主要目标。
二芳基乙烯光控分子开关由于其良好的热稳定性、光转化率以及快速响应性等优点成为了光控分子开关界的明星分子。
然而，其可见光光致异构的有效策略却乏善可陈。
目前，可见光光致变色的二芳基乙烯设计策略主要通过延伸芳基侧链的共轭体系来实现开环体激发波长的红移，从而实现可见光激发光致变色。
但是，共轭体系的增加会导致光控分子开关的抗疲劳性大幅减弱（稳定性下降）、开/闭环量子效率显著降低（活性降低甚至失活）。
此外，共轭链增长也增加了分子设计合成的复杂性和功能的不可预测性，提升了产品研究与开发的风险。
因此，发展新型高效、简单可行的可见光调控策略是可见光控分子开关研究领域亟待解决的关键性问题。
为了实现全可见光控分子开关体系的构建并平衡可见光激发与光调控性能，田禾院士团队提出三线态敏化光致变色策略：一方面，三线态敏化剂具有比二芳基乙烯开环体更低的单线态能级，具备实现长波长可见光激发光致变色的潜能；另一方面，三线态敏化可以阻止常规单线态激发过程中光副反应的通路，有效减少光副产物的产生，从而实现开关性能的提升。
该工作的最大亮点则在于采用窄单-三线态带隙分子作为三线态敏化剂，同时实现了可见光调控的可行性及高效率，并进一步简化了分子设计。
窄单-三线态带隙分子是一类单线态与三线态能级相近的新型功能分子（< eV），目前已被广泛应用于热致延迟荧光（TADF）材料的应用研究领域。
由于其较窄的单-三线态带隙，敏化剂在灵活匹配二芳基乙烯三线态能级的
同时满足对应激发光波长移向长波长可见光区域。
这一设计有效解决了传统可见光激发敏化剂的三线态与二芳基乙烯三线态能级之间能级不匹配、无法实现三线态敏化光致异构的问题。
同时，分子开关体系的构建只需在三线态能级匹配的原则下按照不同激发波长要求将现有的开关母体与敏化剂进行灵活配对，进行混合/掺杂或简单的共价连接。
非共轭连接使开关与敏化剂之间相互“独立”，防止两者之间电子状态的相互干扰，从而造成性能的不可预知性。
更为重要的是，其规避了传统共轭增长设计中光调控性能受损的问题。
此设计策略简化了开关分子的设计、提升了性能的可预估性、降低了合成与产品开发的风险。
此外，窄单-三线态带隙分子（pi-pi*）具有较高的摩尔消光系数，相比常规的n-pi*类三线态敏化剂（比如2, 3-丁二酮等），其敏化效率显著提高，为高效三线态敏化提供了必要条件。
基于此策略构建的光开关分子DAE-DT可在420 nm与550 nm 波长的光激发下进行可逆光调控。
DAE-DT的光致异构行为不仅呈现出与常规紫外光激发同样高效的闭环量子产率与光环化反应转化率，同时展现了极佳的抗疲劳性（即可逆循环性能）。
相比于常规紫外光激发下的迅速光老化（5次循环损失过半），三线态敏化可见光开关可以稳定工作至少10个循环以上（损伤率< 5%），体现了三线态敏化在光致异构体系设计中的优势。
通过超快光谱捕捉三线态寿命、研究瞬时/延时荧光等方法，进一步验证了可见光光致异构过程中的三线态能量转移(Triplet-triplet energy transfer)过程及机制。
此外，该光开关在固态条件下依然能展现出优异的可见光光致变色性能，成功实现了全可见光“刻写—擦除”应用。
该系列研究由博士生张志伟、王文辉在张隽佶副教授的指导下完成，并得到了田禾院士的悉心指导。
相关超快光谱机制研究得到了浙江理工大学薛佳丹副教授、金佩佩硕士，浙江大学张其胜教授和邓超博士的大力支持。
相关同步理论计算得到了南开大学孙陆老师的大力支持。
该研究工作得到了国家自然科学基金委基础科学中心、面上项目、上海市重大科技专项及启明星计划等项目资金的支持。
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