超大硅胺基取代的低价锗化合物可以构建新颖的化学结构，提供有学术价值的新发现。二配位的超大硅胺基氯锗宾Ge(N(SiⁱPr₃)₂)Cl (1)具有空的4p轨道和孤电子对。针对这2个特点，研究了化合物1的热构型转换和菲醌氧化加成反应。1的温热分解生成了立方四锗卡宾Ge₄(NSiⁱPr₃)₄ (2)，与菲醌(L)定量氧化加成生成了胺基一氯菲二酚合锗(IV)：[Ge(N(SiⁱPr₃)₂)(L)Cl] (3)。表征了2个产物的单晶结构与组成。四锗卡宾2本质上是锗异腈的四聚体，分子呈现出畸变的立方体构型，4个Ge原子和4个N原子构成了中心立方体的8个顶点。其中Ge—N键长为0.203 6(3) nm，N—Ge—N与Ge—N—Ge的键角分别为85.51(18)°和94.32(16)°，立方体的侧面接近平行四边形。理论计算首次揭示了四锗卡宾2的成键面貌。自然键轨道(NBO)给出Ge₄N₄骨架上的20个分子轨道。轨道定域化的计算结果完好地呈现出4对Ge孤对电子、12个Ge—N键和4个Si—N键的定域轨道，能量分别为-12.22、-15.12和-20.12 eV。Ge孤对电子主要保留了4s电子的特性，而Ge—N键主要由N的2s轨道(18.4%)和2p轨道(71.3%)、Ge的4s轨道(0.75%)和4p轨道(9.43%)综合贡献形成。在化合物3的分子中，Ge^Ⅳ采取sp³杂化，由于空间位阻与非对称配位，与另外4个配位原子形成非对称四面体构型。

超大体积且稳固的单齿胺基配体在发展低配位的过渡金属配合物时能够提供良好的动力学保护，阻止低聚反应发生。本研究中，利用了硅基胺和氨基钠的反应首次合成了超大体积的六异丙基二硅基胺基钠(2)，表征了它分别与四氢呋喃(THF)和甲苯(Tol)形成的2例配合物2-THF和2-Tol的晶体结构。然后通过2-THF与过渡金属卤化物FeCl₂、CrCl₂的脱盐反应，合成了二胺基铁[Fe(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)₂] (3)和二胺基二氯合二铬[Cr(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)Cl]₂ (4)。由于超大胺基的空间位阻效应，配合物3呈现近乎直线构型，其N—Fe—N键角为178.10°。配合物4是单胺基一氯化铬(Ⅱ)的二聚体，三配位的Cr(Ⅱ)通过2个桥联Cl^-形成{Cr₂Cl₂}的菱形二聚体核心。为了合理描述过渡金属低配位构型的电子强关联体系，使用改进的多参考态方法(iCAS)计算了3和4的分子轨道。结果表明，3的成键贡献主要来自2个Fe—N的σ键，且Fe(+1.03)和N(-1.21)所带电荷数确认了较强的离子性配键特征，Fe—N之间的π成键不明显。五重态高自旋的Fe具有1个双占据轨道和4个单电子轨道，源自3d轨道。4的6个满电子分子轨道对应2组Cr—N的σ成键、2组Cl上的p型孤对和2组N上的p型孤对。2个Cr(Ⅱ)拥有8个能量较高的d电子，分别成单占据，其中1个活性轨道显示出Cr…Cr的相互作用。

提高电池隔膜的热稳定性、化学稳定性和力学强度，可以避免电池发生热失控等安全事故，对于提高电池的安全性能具有至关重要的作用。聚酰亚胺(Polyimide，PI)热稳定性优异、化学稳定性好、力学强度高，是电池隔膜材料的理想选择之一。本文研究了一种具有高温自闭孔性质的热塑性PI多孔薄膜的制备方法，通过将聚酰胺酸与有机碱三乙胺(Triethylamine，TEA)成盐，经热酰亚胺化后释放出TEA，原位成孔制备出具有高强度的PI多孔薄膜。通过红外，扫描电镜，力学性能表征等手段研究了PI多孔薄膜的成孔机理，微观形貌及影响因素，受热自闭孔历程，构效关系。研究结果表明：PI薄膜在热酰亚胺化过程中TEA脱除原位形成孔洞结构，孔洞的尺寸可以通过TEA的含量进行调控。该PI多孔薄膜具有热闭孔特性，且在闭孔前、后均呈现出优异的力学强度(~120 MPa)。本文采用原位成孔法构筑了具有优异热稳定性、高力学强度的PI多孔薄膜，该PI多孔薄膜在高温时可自闭孔，隔绝物质、热量的传输，有望为电池提供更有力的安全保障。

晶体工程学是在超分子自组装基础上发展起来的，跨越晶体学、材料科学、合成化学的交叉学科。超分子手性晶体工程属于晶体工程学的一大分支，运用晶体工程学原理和方法设计手性超分子合成子，构筑出手性超分子晶体材料，并进一步探讨对映体选择性识别分离和催化方面的应用前景。

创新教育是培养高素质创新型人才的内在需要。将前沿的科学研究成果和研究方法纳入到课堂教学中，可为学生提供更为丰富、实践性和前瞻性的教育体验。本实验设计涵盖计算材料学中的晶体结构模型建立、晶体结构优化、能带结构计算、化合物催化分解等操作步骤，帮助学生掌握第一性原理计算的基本原理、流程和分析方法，将理论结合实际的工程问题，培养学生使用现代工程工具和新型技术工具识别、分析、解决复杂工程问题的能力。

设计与构建兼具高效光生载流子分离能力和强氧化/还原能力的双功能S型异质结光催化剂，在能源转换与环境净化的光催化应用中具有重要实践价值。本研究通过静电纺丝与水热法系统设计合成了一系列新型x% CoWO₄/CdIn₂S₄复合材料(x%代表CWO与CIS的质量比；x = 10, 20, 30, 40, 50)。通过可见光下甲醛降解与产氢实验评估其光催化性能。最优的30% CWO/CIS异质结展现出865.14 μmol g⁻¹ h⁻¹的卓越产氢性能(420 nm处表观量子效率AQE = 3.6%)，并在1 h内实现69%的甲醛去除率。基于原位红外光谱技术解析了甲醛降解路径。优异的催化性能主要归因于可见光吸收增强、活性位点数量增加及S型异质结的构建。通过原位XPS、电子自旋共振测试、自由基捕获实验及密度泛函理论(DFT)计算，证实了CWO/CIS体系的S型电荷转移机制。该研究为系统性开发兼具气体污染物去除与产氢功能的双功能S型异质结提供了重要见解。

共价有机框架材料(COFs)因其结构可精确调控且具有高比表面积，被认为是极具前景的过氧化氢(H₂O₂)光催化合成材料。然而，pH值对COFs在光催化合成H₂O₂过程中稳定性的关键影响尚不明确。本研究通过简单质子化策略显著提升了亚胺连接型COF的光催化H₂O₂合成性能。值得注意的是，质子化COF在弱酸性条件(pH ≥ 3)下表现出优异的稳定性，但在强酸性条件(pH < 3)下会发生不可逆水解。质子化过程发生在亚胺单元的氮原子上，具有双重功能：抑制超快电荷复合(由飞秒瞬态吸收光谱证实)以及直接为H₂O₂生成提供质子源。此外，在光催化体系中引入氟离子(F⁻)可进一步提高H₂O₂产率，F⁻的强电负性促进了电子从COF向F⁻转移，从而实现光生载流子的空间分离。机理研究证实H₂O₂通过双电子氧还原反应路径生成。这些发现阐明了质子化COFs的pH依赖性稳定性与活性，为载流子转移动力学提供了思路，并为开发高效稳定的COF基光催化剂用于太阳能驱动H₂O₂合成确立了设计原则。

以Si晶体为例，介绍了一种结合X-射线、电子显微学和扫描隧道显微技术进行晶体学教学的尝试。主要是从基本原理、实验技术、实验结果等方面建立不同方法之间的联系，也说明其区别。目的是使学生能依据基本的晶体学原理、概念和数据，理解不同的晶体结构分析和表征方法提供的晶体学信息之间的区别和联系，达到融会贯通的效果。

基础化学实验不仅可以验证化学理论和训练实验技能，更应注重学生分析问题、解决问题能力的提升。针对基础学科拔尖学生的培养，我们本着因材施教的理念，开展了基础化学实验课程的教学内容、知识体系、教学方法的改革和实践。通过构建以“学”为中心、问题为导向的教学模式，系统提升实验教学在人才培养中的效果和作用。

化学生物学是化学“101计划”所布局建设的12门核心课程之一。作为一门研究生命进程当中化学本质与分子基础的前沿交叉学科，化学生物学涉及领域范畴广，知识跨度大；而伴随着化学生物学前沿的不断发展，如何建立系统的课程体系并兼顾不同专业学生的学习需求，为教材的设计建设提出了更高要求。为此，教材编者们通过调研比较不同化学生物学教材内容及课程设计，梳理总结化学生物学教材模块及知识点；从化学生物学的分子基础、核心技术及前沿应用三个方面，建立从理论到应用、从基础到前沿的化学生物学教学框架；在知识融合、内容深度、实践导向等方面展示创新特色。以交叉学科的发展和国家战略需求为出发点，力求呈现一本化学与生命科学、医学交叉融合的新型化学生物学教材，为学生带来兼具挑战性和启发性的学习体验。