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分子凝膠功能化方面

  凝膠類軟物質(zhì)是房喻教授課題組長期堅(jiān)持的一個(gè)重要研究方向。在該領(lǐng)域，課題組率先將分子凝膠引入推進(jìn)劑的研制，解決了高分子基凝膠推進(jìn)劑因剪切粘度過高而影響霧化燃燒這一航天界公認(rèn)的難題，“為新一代凝膠推進(jìn)劑的研制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)（相關(guān)項(xiàng)目鑒定語）”。在高能量密度材料研究領(lǐng)域，應(yīng)用分子凝膠技術(shù)解決了嚴(yán)重制約該類材料制備和應(yīng)用的懸浮體系穩(wěn)定化這一“卡脖子”問題，“在國內(nèi)率先提出了多相云爆劑凝膠化思想，研制了相應(yīng)的穩(wěn)定劑，建立了公斤級(jí)多相云爆劑，為我國高能材料制備技術(shù)進(jìn)步做出了突出的貢獻(xiàn)（相關(guān)項(xiàng)目鑒定語）”。

  以分子凝膠為介質(zhì)開展結(jié)晶研究是分子凝膠領(lǐng)域新近發(fā)展起來的一個(gè)重要研究方向。該方法通常將一定量待結(jié)晶物與小分子膠凝劑混合在合適溶劑中加熱完全溶解，冷卻形成凝膠后恒溫保持至結(jié)晶完成為止。與溶液介質(zhì)不同，小分子膠凝劑通過超分子弱相互作用自組裝形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使包含其中的溶劑整體喪失流動(dòng)性，減少了溶劑擴(kuò)散或?qū)α鲗?duì)晶核形成的影響，降低了晶核沿容器壁隨機(jī)生長的幾率，客觀上為結(jié)晶過程提供了更為穩(wěn)定的介質(zhì)環(huán)境。此外，小分子組裝體具有類似晶體結(jié)構(gòu)的局部有序性，可為化合物晶核形成提供類似“母晶”衍生“子晶”的活性表面。分子凝膠具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、膠凝溶劑寬泛、凝膠力學(xué)性能可調(diào)與刺激相變可控等優(yōu)點(diǎn)，可為有機(jī)或無機(jī)化合物提供更為豐富的結(jié)晶介質(zhì)（Langmuir,2016,32, 12805;Soft Matter,2017,13, 8609.），在半導(dǎo)體晶體可控生長與固體藥物晶型控制等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，是分子凝膠功能化方面的又一重要發(fā)展方向。

  近期，房喻教授課題組利用分子凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空間限域效應(yīng)及反溶劑誘導(dǎo)富勒烯晶核形成策略，成功實(shí)現(xiàn)了一維富勒烯晶體的可控生長（直徑與長度可控，Adv. Mater.,2019,31, 1808254，影響因子21.95）。該研究工作通過改變膠凝劑濃度、富勒烯濃度、反溶劑種類等因素有效調(diào)節(jié)富勒烯、溶劑與反溶劑在分子凝膠介質(zhì)中的傳質(zhì)速率，抑制了溶劑擴(kuò)散或?qū)α鲗?duì)晶核形成的影響，顯著降低了富勒烯晶核沿凝膠纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨機(jī)生長的幾率，成功實(shí)現(xiàn)了一維富勒烯晶體在凝膠介質(zhì)里沿反溶劑滲透的方向生長，富勒烯晶體的長度（L）及長度直徑比（L/D）均可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控（L可長達(dá) 70 mm，L/D可高達(dá)70, 000）。

  在晶體可控生長的基礎(chǔ)上，課題組與華中科技大學(xué)翟天佑教授團(tuán)隊(duì)合作系統(tǒng)考察了富勒烯一維晶體的光電性能。研究結(jié)果表明富勒烯晶體表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能與良好的穩(wěn)定性（響應(yīng)度：2595.6 mA W^?1；探測率：2.7 × 10¹²Jones；開關(guān)比：540；量子效率：800%；穩(wěn)定性：不低于6個(gè)月），進(jìn)一步證實(shí)了凝膠結(jié)晶法在高質(zhì)量晶體培養(yǎng)中的突出優(yōu)勢，為后續(xù)相關(guān)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  該研究工作不僅是分子凝膠功能化的一項(xiàng)重要突破，同時(shí)也為高質(zhì)量一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的可控生長提供了又一新型有效的方法。該論文共同通訊作者為劉凱強(qiáng)研究員、翟天佑教授與房喻教授，陜西師范大學(xué)為第一署名單位。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201808254

氣相傳感方面

  近年來，面對(duì)高靈敏探測技術(shù)的重大需求，氣相傳感器的創(chuàng)制、研發(fā)引起了國際社會(huì)的高度重視，特別是在美國政府提出的“電子狗鼻計(jì)劃”、“真鼻計(jì)劃”、“Cell-All”和“原子到產(chǎn)品”計(jì)劃等項(xiàng)目的推動(dòng)下，相關(guān)研究取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。薄膜基熒光傳感器是繼離子遷移譜之后，國際公認(rèn)的有望替代嗅爆犬、緝毒犬和疾病診斷犬的新一代微痕量氣相探測技術(shù)。而用于氣相探測的薄膜基熒光傳感器必須立足于高性能熒光敏感薄膜的創(chuàng)制。

  在過去的二十年里，房喻教授課題組一直致力于熒光敏感薄膜材料的創(chuàng)制、傳感薄膜的器件化以及薄膜器件的陣列化研究工作，發(fā)展了一系列熒光敏感薄膜材料，成功研制了爆炸物、毒品等有害物質(zhì)高性能熒光傳感器和探測設(shè)備，自主搭建了材料性能評(píng)價(jià)與原型設(shè)備研制共享平臺(tái)。相關(guān)產(chǎn)品在十九大、G20峰會(huì)、博鰲論壇、港珠澳大橋開通典禮、外國元首接待，以及中央軍委、烏干達(dá)總統(tǒng)府、深圳地鐵等重大活動(dòng)或重要場所安全保衛(wèi)中發(fā)揮了重要作用，最近相關(guān)產(chǎn)品開始列裝部隊(duì)。

  在高性能敏感薄膜材料取得系列重要研究進(jìn)展（Chem. Sci.,2018,9, 1892;Nature Commun.,2018,9, 1695;ACS Appl. Mater. Interfaces,2018,10, 35647;Anal. Chem.,2018,90, 14088; Chem. Commun.,2018,55, 941;Adv. Mater. Technol.,2019, 1800644;Adv. Mater. Technol.,2019, DOI: 10.1002/ admt.201900109.）的基礎(chǔ)上，房喻教授課題組與美國猶他大學(xué)的Peter J. Stang教授合作，借助其定向配位構(gòu)筑超分子復(fù)合物的策略制備了一系列具有熒光活性的金屬配位大環(huán)，大環(huán)的形成賦予了熒光單元一系列優(yōu)異的性質(zhì)：（1）與配體相比較，金屬配位顯著阻礙了具有大共軛結(jié)構(gòu)的配體間的芳香聚集，極大的增加了配體的溶解性；（2）通過連接臂替換實(shí)現(xiàn)了大范圍調(diào)控體系的熒光行為；（3）與配體相比較，硅膠板擔(dān)載金屬配位大環(huán)的熒光量子產(chǎn)率獲得顯著提升；（4）硅膠板擔(dān)載金屬配位大環(huán)薄膜熒光性質(zhì)對(duì)芳香胺的存在十分敏感。利用大環(huán)形成帶來的獨(dú)特優(yōu)勢，本工作成功發(fā)展了一套靈敏度高、響應(yīng)速度快、回復(fù)時(shí)間短，且可長時(shí)間穩(wěn)定使用的薄膜基芳香胺熒光氣相傳感器。該工作近期在化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊上全文發(fā)表（J. Am. Chem. Soc.,2019,141, 1757，影響因子14.357），論文第一作者為陜西師范大學(xué)應(yīng)用表面與膠體化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生常興茂同學(xué)，房喻教授與Peter J. Stang教授為共同通訊作者，陜西師范大學(xué)為第一署名單位。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b12749

  以上研究受到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、“111”引智計(jì)劃和中央高校自主科研經(jīng)費(fèi)等的支持。