无机化学研究热点和研究进展
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。
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。
一.无机化学研究热点
热点一配位化学
配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科。
配位化学在现代化学中占有重要地位。
当前配位化学处于无机化学的主流,配位化合物以其花样繁多的价键形式和空间结构在化学理论发展中,以及与其他学科的相互渗透中成为众多学科的交叉点。
我国配位化学研究已步人国际先进行列,研究水平大为提高。
如:(1)小新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物,特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得了丰硕
成果,丰富了配合物的内涵;(2)开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究,特别在溶液中离子萃取分离和均相催化等应用方面取得了成果;(3)现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高;(4)随着高新技术的发展,具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展,它的很多成果还包含在其它不同学科的研究和化学教学中。
在配位化学学科发展的同时创造出更为奇妙的新材料,揭示出更多生命科学的奥妙。
从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装,在我国日益受到重视。
化学模板有助于提供物种和创造有序的组装,但是其最大的困难在于克服热力学第二定律所要求的无序。
尽管目前我们了解了一些局部的组装规律和方法,但比起自然界长期进化而得到的完满而言,还有很大差距。
配位化学包含在超分子化学概念之中。
配位化学的原理和规律,无疑将在分子水平上对未来复杂的分子层次以上聚集态体系的研究起着重要的作用,其概念及方法也将超越传统学科的界限。
配位化学与化学其它分支学科的结合研究将给配位化学带来新的发展前景。
热点二固体化学
固体无机化学是跨越无机化学、固体物理、材料科学等学科的交叉领域,犹如一个以固体无机物的“结构”、“物理性能”、“化学反应性能”、及“材料”为顶点的正四面体,是当前无机化学学科十分活跃的新兴分支学科。
近来该领域不断发现具有特异性能及新结构的化合物。
如,高温超导材料、纳米材料、Ce等。
固体无机化学主要从固体无机化合物的制备和应用及室温和低热固相化学反应两大方面开展大量的基础性和应用基础性研究工作,取得了一批举世瞩目的研究成果,向信息、能源等各个应用领域提供了各种新材料。
例如,在固体无机化合物的制备及应用方面,展
开了对光学材料、多孔晶体材料、纳米相功能材料、无机膜敏感材料、电、磁功
能材料及C.及其衍生物、多酸化合物、金属氢化物的研究。
在室温和底热固相反应方面,进行了固相反应机理与合成、原子簇与非活性光学材料合成纳米材料新方法、绿色化学等方
面的研究。
热点三: 生物无机化学
生物无机化学是在无机化学和生物学的相互交叉、渗透中发展起来的一门边沿学科。
应用理论化学方法和近代物理实验方法研究物质(包括生物分子)的结构、构象和分子能级的飞速进展,使得揭示生命过程中的生物无机化学行为成为可能,生物无机化学正是在这个时候作为一门独立学科应运而生。
生物无机化学的研究近十年内跃升了3个台阶,研究对象从生物小分子到生物大分子;从研究分离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,其研究水平逐年提高。
我国在(1)金属离子及其配合物与生物大分子的作用;(2)药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理;(3)稀土元素生物无机化学;(4)金属离子与细胞的作用;(5)金属蛋白与金属酶:(6)生物矿化;(7)环境生物无机化学等方面进行了大量的研究工作。
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。
我国生物无机化学是一个顺应国际学术潮流,刚刚发展起来的新学科。
在短短的20年期间,不仅作出了令人瞩目的成绩,而且培养了一批愿为科学献身的年轻人才。
今后我国生物无机化学学科的发展将进入生物大分子更深层次的研究,将产生更多具有国际水平的成果。
二、我国无机化学研究最新进展。
近几年我国无机化学基础研究取得突出进展,成果累累,主要在以下几个方面取得了令人瞩目的成绩。
(1) 中科大钱逸泰、谢毅研究小组在水热合成工作的基础上,在有机体系
中设计和实现了新的无机化学反应,在相对低的温度下制备了一序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度下将Gacl3和Li3n反应制得纳米Gan的工作发表在Science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-有机纳米复合材料,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vo4三角双锥通
过共用氧原子交替排列形成新颖的v/p/o无机螺旋链。
(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有机杂化多维结构,他们改性了光学活性的天然有机药物(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。
(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引起国内外同行的广泛重视。
他们成功地合成纳米金属分子笼(nanometer-sized metallomolecular cage),还成功的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。
在金属纳米线和金属-有机纳米板的合成和结构的研究成果斐然。
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。
(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。
在水溶液中以1:1:1的摩尔比缓慢扩散k3[m(cn)6](m=fe3+,co3+),
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个原子形成的二维拓扑结构。
(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。
面对生命科学、材料科学、信息科学等其他学科迅速发展的挑战和人类对认识和改造自然提出的新要求,化学在不断地创造出新的物质和品种来满足人民的物质文化生活,造福国家,造福人类。
当前,资源的有效开发利用、环境保护与治理、社会和经济的可持续发展、人口与健康和人类安全、高新材料的开发和应用等向我国的科学工作者提出一系列重大的挑战性难题,迫切需要化学家在更高层次上进行化学的基础研究和应用研究,发现和创造出新的理论、方法。