浙大化學系2025年度十大重要科技進展亮點成果公布

浙江大學化學系2025年度

十大重要科技進展亮點成果公布

浙江大學化學系始?終聚焦“四個面向”，不斷推進有組織科研，堅持“頂天、立地、育人”，培育胸懷祖國、追求卓越、引領(lǐng)未來的科技領(lǐng)軍人才，努力打造化學拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)高地和基礎研究學科高峰，實現(xiàn)教育、科技、人才一體化發(fā)展。2025年，以浙江大學化學系為第一兼通訊作者單位發(fā)表高影響力期刊（IF>10）基礎研究論文約百篇，包括《Nature》主刊論文1篇，大子刊論文6篇；另外以通訊作者單位參與發(fā)表1篇《Nature》、1篇《Science》。化學系組織遴選了“2025年度十大重要科技進展亮點成果”，現(xiàn)予公布。

1.成果名稱：分子捕手技術(shù)用于含烷基鏈分子的結(jié)構(gòu)確定

01

主要完成人

黃飛鶴，吳奕韜，華彬，陳志杰 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

目前，測定化合物結(jié)構(gòu)最直接的方法是單晶X射線衍射分析，但該方法通常不適用于長烷基鏈化合物，因為生長它們的單晶十分具有挑戰(zhàn)性。針對這一難點，黃飛鶴教授團隊提出了“分子捕手”的概念，利用“分子捕手”——基于超分子大環(huán)的金屬有機框架，來特異性地識別長烷基鏈化合物，從而系統(tǒng)性地測定它們的單晶結(jié)構(gòu)。團隊提出的“分子捕手”方法實驗操作簡單，測試所需時間短，適用底物范圍廣，因此，這種方法在藥物、天然產(chǎn)物和有機合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確定方面都具有非常廣闊的應用前景。“分子捕手”方法為基于框架的結(jié)構(gòu)分析提供了新的概念性策略，顯著推進了結(jié)構(gòu)確定領(lǐng)域的發(fā)展。這項研究是黃飛鶴教授團隊深耕超分子化學領(lǐng)域20多年后的一項重大發(fā)現(xiàn)。相關(guān)工作以題為“Supramolecular docking structure determination of alkyl-bearing molecules” 于2025年4月9日發(fā)表在《自然》(Nature 2025, 640, 676–682)上。該研究得到了國家自然科學基金委、浙江省自然科學基金委、浙江大學上海高等研究院繁星科學基金、中國博士后科學基金會的資助。

2.成果名稱：通過瞬態(tài)碳正離子復合物實現(xiàn)的不對稱HLF型反應

01

主要完成人

陸展，洪鑫，郭啟航，毛益輝，劉吉人 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

自1899年被發(fā)現(xiàn)以來，碳正離子以其獨特的缺電子結(jié)構(gòu)和高反應活性，成為有機化學研究的核心課題之一。然而，如何在碳正離子參與的轉(zhuǎn)化過程中實現(xiàn)精準調(diào)控，達成高化學、區(qū)域及立體選擇性，仍是該領(lǐng)域尚未完全解決的關(guān)鍵科學難題。盡管已有研究在該方向取得重要突破，為碳正離子化學提供了關(guān)鍵范式，但利用簡單前體（如惰性C(sp3)–H鍵）斷裂來直接生成碳正離子中間體并構(gòu)建手性中心的不對稱轉(zhuǎn)化研究仍處于起步階段，其反應機制和選擇性控制策略尚待深入探索。

針對這一挑戰(zhàn)性難題，浙江大學陸展團隊與洪鑫團隊合作，創(chuàng)新性地采用手性雙噁唑啉（BOX）作為有機小分子催化劑，并結(jié)合可見光催化策略，成功實現(xiàn)了仲碳與叔碳C(sp3)–H鍵的不對稱酰胺化反應，以優(yōu)異對映選擇性構(gòu)建了具有重要合成價值的手性Evans輔基類產(chǎn)物。深入的機理研究表明：雙噁唑啉催化劑一方面通過氫鍵作用活化底物來提升反應速率；另一方面通過與碳正離子中間體的瞬態(tài)配位作用來控制反應的對映選擇性。基于此，研究團隊提出了一種可有效調(diào)控碳正離子不對稱轉(zhuǎn)化的新型催化模型。相關(guān)研究成果以“Asymmetric Hofmann-L?ffler-Freytag type reaction via a transient carbenium ion complex merging organocatalysis and photocatalysis”為題發(fā)表在《自然·催化》(Nat. Catal. 2025, 8, 448–456) 上。并受邀在該期刊以“An asymmetric transformation of carbenium ions”為題發(fā)表研究簡報(Nat. Catal. 2025, 8, 420–421)，來闡述本工作的研究思路與核心發(fā)現(xiàn)。該研究獲得了國家自然科學基金項目等的資助。

3.成果名稱：水誘導的高性能量子點發(fā)光二極管

01

主要完成人

金一政、金王驍、何思雨、魯修遠 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

量子點發(fā)光二極管（QLED）是一種新型發(fā)光二極管，依托膠體量子點優(yōu)異的色彩和發(fā)光效率，并可通過旋涂、噴墨打印等溶液工藝制備，因此有望實現(xiàn)低成本、高性能、大面積的下一代顯示器件。然而，文獻中多數(shù)高性能QLED往往依賴酸性封裝膠水誘發(fā)的“正向老化”現(xiàn)象，即器件在靜置過程中的性能提升，這一不可控過程制約了QLED的工業(yè)化生產(chǎn)與穩(wěn)定應用。

針對上述關(guān)鍵瓶頸，浙江大學化學系金一政課題組聯(lián)合TCL科技集團和中山大學等單位的研究團隊，揭示了酸性膠水封裝下器件的原位化學反應鏈，明確指出真正引發(fā)QLED“正向老化”的活性物種是原位反應生成的水分子。基于對機制的清晰認知，團隊提出可控水氛圍后處理的新策略。基于該策略構(gòu)筑的頂發(fā)射純藍光QLED實現(xiàn)了37.1 cd A?1的高電流效率，藍光指數(shù)超過490 cd A?1， 1000 cd m?2初始亮度下的T95壽命達到287 h，均為目前報道溶液工藝純藍光LED的最高值。該研究獲得科技部國家重點研發(fā)項目和國家自然科學基金等項目的支持。相關(guān)成果以“Water-induced high-performance quantum-dot light-emitting diodes”為題發(fā)表于《自然-光子學》(Nature Photonics, 2025, 19, 1233–1239)。

4.成果名稱：非天然鐵酶用于烯烴的不對稱立體匯聚還原

01

主要完成人

季鵬飛，萬子聰 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

手性分子是藥物、農(nóng)用化學品及精細化學品中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，而烯烴的不對稱還原反應是構(gòu)建手性中心最重要、最基礎的轉(zhuǎn)化之一。若能將 E/Z 構(gòu)型混合的烯烴底物直接轉(zhuǎn)化為單一構(gòu)型的手性產(chǎn)物，將顯著簡化合成路線并提升原子經(jīng)濟性。然而，無論在傳統(tǒng)過渡金屬催化還是天然酶催化體系中，烯烴的立體匯聚還原均難以實現(xiàn)。

浙江大學季鵬飛團隊提出并實現(xiàn)了一種全新的生物催化策略：通過重新功能化非血紅素鐵雙加氧酶，在酶體系中構(gòu)建前所未有的鐵氫（Fe–H）活性中間體，成功實現(xiàn)了烯烴的單步立體匯聚不對稱還原反應。研究團隊發(fā)現(xiàn)，引入硅烷作為還原劑后，天然的龍膽酸 1,2-雙加氧酶可轉(zhuǎn)化為新型鐵基烯還原酶（Fe-ERED），對 E/Z 異構(gòu)體表現(xiàn)出幾乎等同的反應活性，并通過定向進化顯著提升了催化效率與對映選擇性。該體系可在較低酶負載下實現(xiàn)高周轉(zhuǎn)數(shù)反應。結(jié)合同位素標記實驗、電子順磁共振（EPR）譜學表征以及多尺度計系統(tǒng)揭示了反應經(jīng)由Fe(II)-H 物種形成、氫負離子插入及質(zhì)子化完成立體匯聚還原的全新機理。

該研究成果以“Stereoconvergent reduction of alkenes using a repurposed iron-based dioxygenase” 為題發(fā)表于《自然?-合成》 （Nature Synthesis，2025）。該工作突破了天然烯還原酶在立體選擇性上的固有限制，且為構(gòu)建基于地殼豐度金屬的非天然生物催化反應提供了全新機理，對綠色合成化學與酶工程領(lǐng)域具有重要的理論意義與應用前景。

該研究得到了國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃專項、浙江省杰青項目的支持。

5.成果名稱：聚合物基催化體系的多尺度構(gòu)效調(diào)控

01

主要完成人

單冰 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

分子基聚合物網(wǎng)絡因其結(jié)構(gòu)可調(diào)和界面可控的特性，為解決能源轉(zhuǎn)化中傳質(zhì)與傳荷效率的瓶頸提供了新路徑。2025年度我們聚焦電催化與光催化器件中的界面工程與載流子輸運，從原子尺度活性位點排布、界面離子動力學以及光生電荷傳輸行為三個方面展開探索。在催化活性位點調(diào)控方面，通過構(gòu)筑互穿聚合物網(wǎng)絡實現(xiàn)了異質(zhì)金屬原子級鄰近排布，揭示了雙位點協(xié)同催化機制（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 46471–46482；Appl. Catal. B., 2025, DOI: 10.1016/j.apcatb.2025.126217），并利用聚苯胺分子調(diào)控界面質(zhì)子輸運，加速了催化過程中的多步電子傳遞動力學（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202422072）。在界面離子動力學方面，構(gòu)建陽離子修飾雙層膜界面優(yōu)化純水中離子輸運行為，顯著提升了二氧化碳還原器件的性能和穩(wěn)定性（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202516321）。在光生電荷輸運方面，通過調(diào)控分子鏈間相互作用，實現(xiàn)了光催化電極從小面積到放大尺寸的效率保持（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 7671–7681），并驗證了功能界面在解耦多物理場傳輸及穩(wěn)定水氧化中的潛力（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202415729；Appl. Catal. B., 2025, 363, 124832）。系列研究表明，從分子尺度調(diào)控催化活性位點、界面微環(huán)境及電荷輸運路徑，可為光/電催化能源轉(zhuǎn)化器件提供新的設計思路。以上研究獲得國家自然科學基金、國家高層次青年人才計劃、浙江省領(lǐng)雁計劃、浙江大學百人計劃項目的資助。

6.成果名稱：復雜結(jié)構(gòu)多孔晶體的設計合成

01

主要完成人

陳志杰、鐘遠龍、熊彰熠、楊劍、馬思 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

金屬有機框架是一類由金屬節(jié)點和有機配體周期性連接形成的晶態(tài)多孔框架化合物，是研究復雜結(jié)構(gòu)多孔晶體的理想平臺，但合成高連接數(shù)或多組分構(gòu)筑基元的復雜結(jié)構(gòu)多孔晶體極具挑戰(zhàn)性。陳志杰課題組發(fā)展網(wǎng)格編碼有機構(gòu)筑策略，即采用高連接且具有明確幾何結(jié)構(gòu)的有機構(gòu)筑基元，實現(xiàn)高連接復雜多孔晶體的定制合成（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 20218和ACS Cent. Sci. 2025, 11, 1199）。進一步，利用多組分幾何誘導方法，將三核金屬氧簇、六連接三蝶烯配體與三連接吡啶配體組裝合成(3,6,9)-連接tsn-MOF-1，增加單位空間內(nèi)金屬節(jié)點的連接數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)定性提高，克服了多孔晶體高孔隙率和穩(wěn)定性難以兼容的瓶頸（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 49, 45377）。最后，利用四噻吩乙烯基功能基元組裝光敏性配位多孔晶體，并與織物材料復合探究其光催化抗菌性能，實現(xiàn)了復雜多孔晶體的功能提升（PNAS 2025, 122, e2423052122）。

2025年以（共同）通訊作者發(fā)表1篇Nature、3篇J. Am. Chem. Soc.、1篇PNAS、1篇Chem、1篇ACS Cent. Sci.、1篇Sci. Bull.、1篇Chem. Soc. Rev.等，這些工作得到了國家自然科學基金和浙江省自然科學基金的支持。

7.成果名稱：無機離子分子化學新進展

01

主要完成人

唐睿康、劉昭明、孔康任、方威風 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

研究團隊基于“無機離子寡聚體及其聚合反應”（Nature 2019），系統(tǒng)發(fā)展“無機離子分子化學”研究新方向，在2025年度取得系列新成果：

固態(tài)碳酸氫鈣首次合成：通過環(huán)境極性調(diào)控分子級無機離子化合物中O-H鍵的性質(zhì)，實現(xiàn)其從離子性向共價性轉(zhuǎn)變，成功制備出純凈的碳酸氫鈣晶體，填補了兩百年來堿土金屬碳酸氫鹽的結(jié)構(gòu)空白。相關(guān)工作在JACS上發(fā)表。

破解彈性體“剛、韌”力學矛盾：提出“無機離子分子交聯(lián)劑”概念，改變傳統(tǒng)有機分子交聯(lián)模式，成功實現(xiàn)聚合物的鏈間、動態(tài)可逆交聯(lián)。該方法使彈性體的模量和韌性分別提升205倍和43倍，成功實現(xiàn)高剛度與高韌性的協(xié)同，且在商用材料中具良好普適性。相關(guān)工作在Matter上發(fā)表。

“無機分子鎖”實現(xiàn)單分子超強熒光：提出將碳酸鈣分子片段作為一種“無機分子官能團”，穩(wěn)定有機熒光分子構(gòu)象。修飾后的分子熒光量子產(chǎn)率高達99.9%且具有熱穩(wěn)定性。在分子層次融合有機、無機化合物結(jié)構(gòu)與功能，為開發(fā)高性能發(fā)光材料開辟了新路徑。相關(guān)工作在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表。

推動生物醫(yī)學新材料發(fā)展：研究團隊與藥學院合作，提出分子層次無機化合物雜化具有結(jié)晶動力學連續(xù)可調(diào)的特征，為藥物長效可控釋放建立新平臺。以白介素-2為例，可成功激發(fā)小鼠長效免疫，提升胰腺癌小鼠存活率。相關(guān)工作在Nat. Cancer上發(fā)表。

這些工作得到了國家自然科學基金、浙江大學的支持。劉昭明研究員入選2025年度中國化學會青年化學獎。

8.成果名稱：豐產(chǎn)金屬催化不對稱碳氫鍵活化

01

主要完成人

史炳鋒、姚啟鈞、陳嘉豪、滕茗芽、馬嘉儀 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

地球豐產(chǎn)金屬（如鈷、鎳、銅等）具有儲量豐富、價格低廉、生物兼容性良好及獨特的反應活性等優(yōu)勢。因此，發(fā)展高效、高選擇性的豐產(chǎn)金屬催化不對稱碳氫鍵活化反應具有重要的科學意義與潛在的應用價值。然而，由于豐產(chǎn)金屬的價態(tài)和自旋態(tài)多變、配位模式復雜，加之其碳氫鍵活化機制尚不明確，發(fā)展相應不對稱碳氫鍵官能團化反應仍面臨巨大挑戰(zhàn)。史炳鋒團隊通過發(fā)展新型配體與策略，在該領(lǐng)域取得了一系列重要進展：1）提出了“手性配位自組裝”策略，設計并開發(fā)了水楊基噁唑啉（Salox）配體，建立了鈷和鎳催化的不對稱碳氫鍵活化新反應；2）基于“手性質(zhì)子梭”策略，利用軸手性聯(lián)萘二酚（BINOL）配體，實現(xiàn)了鎳和銅催化的不對稱碳氫鍵活化新方法。上述研究為手性物質(zhì)的精準構(gòu)建提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（4篇），Angew. Chem. Int. Ed.（1篇），Acc. Chem. Res.（2篇）等高影響力期刊。史炳鋒教授先后獲得國家自然科學基金委青年基金（A類項目）延續(xù)資助、區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點支持項目資助，并榮獲Merck Lectureship Excellence in Chemistry Research獎；藤茗芽的博士學位論文被評為校級優(yōu)秀博士學位論文；錢璞凡榮獲國家獎學金，并入選中國代表團，受邀赴德參加第74屆林島諾貝爾獎獲得者大會。

9.成果名稱：高氧化態(tài)活性天然產(chǎn)物的高效全合成

01

主要完成人

丁寒鋒、宣軍、賈子奇、夏啟東、饒培榕、劉春慧、姚鳳潔 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

近年來，丁寒鋒/宣軍團隊聚焦于“高氧化態(tài)活性天然產(chǎn)物的高效全合成”這一重要科學問題開展研究。通過發(fā)展新型自由基環(huán)化反應體系，建立了高度官能團化核心骨架的高效構(gòu)建新策略，為高氧化態(tài)活性天然產(chǎn)物的制備提供了強有力的工具。2025年度研究進展主要包括：1）基于低價釤介導的自由基環(huán)化串聯(lián)反應實現(xiàn)了Elisapterane家族及生源相關(guān)海洋二萜的集群式不對稱全合成；2）基于鈷氫引發(fā)的跨環(huán)自由基環(huán)化反應完成了海替定型C20-二萜生物堿Spirasines V/VI、Spiradine D及Spirafines II/III推定結(jié)構(gòu)的發(fā)散式不對稱全合成；3）基于低價鈦介導的自由基環(huán)化反應實現(xiàn)了異戊烯基化天然產(chǎn)物(+)-Melicolone K的不對稱全合成；4）基于扭矩選擇性可控的光促雙自由基驅(qū)動Nazarov環(huán)化反應完成了4個重排型檸檬苦素（Moluccensins G/H、Krishnolide F和Khayseneganin F）的不對稱全合成。上述工作部分解決了傳統(tǒng)合成路線冗長、效率偏低、難以規(guī)模化制備等瓶頸問題，為后續(xù)深入開展天然產(chǎn)物生物學功能研究與創(chuàng)新藥物開發(fā)奠定了物質(zhì)基礎并提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（4篇），受到國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注和評價：3篇入選J. Am. Chem. Soc.月度高訪問量論文，3篇被Synfacts收錄，其中2篇入選月度最佳論文（“Synfact of the Month”）。該研究獲得了國家自然科學基金等項目資助。

10.成果名稱：多孔有機分子籠的精準構(gòu)筑與應用開發(fā)

01

主要完成人

劉明 等

02

成果類型

高影響力學術(shù)進展

03

簡介

多孔有機分子籠作為一類新興的多孔材料，在吸附、分離、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用潛力。然而，傳統(tǒng)有機分子籠普遍存在骨架穩(wěn)定性不足的問題，易發(fā)生結(jié)構(gòu)形變甚至孔道坍塌，進而制約其性能發(fā)揮和實際應用。針對這一關(guān)鍵瓶頸，劉明課題組聚焦形狀持久性有機分子籠的構(gòu)筑開展研究，2025年度在合成策略創(chuàng)新、構(gòu)效關(guān)系解析及應用拓展等方面取得了一系列重要進展。在合成策略方面，發(fā)展了基于芳香親核取代反應的“構(gòu)象鎖”策略，通過p?π共軛作用鎖定分子構(gòu)象，顯著提升了分子籠結(jié)構(gòu)剛性與化學穩(wěn)定性；提出了基于限域空間的“位阻策略”，通過引入大位阻芳香基團，實現(xiàn)了尺寸超過2nm的大孔徑分子籠的可控合成；此外，突破傳統(tǒng)有機籠以C、H、O、N為主的元素組成限制，成功將磷、硅等重元素引入籠狀骨架，賦予材料全新的物理化學特性。在構(gòu)效關(guān)系研究方面，搭建了首個可用于高通量篩選的多孔有機分子標準結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，為材料的定向篩選與系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)–性能關(guān)系研究提供了重要平臺。在應用拓展方面，基于數(shù)據(jù)庫篩選獲得與高能分子五唑陰離子匹配的分子阱結(jié)構(gòu)，首次通過單晶衍射直接觀測其分解過程，揭示了該離子的芳香性特征及其分解機理；通過共晶組裝策略制備了氣體分離膜，突破了CO2/H2分離中滲透性-選擇性間的權(quán)衡關(guān)系；并探索分子籠對治療性氣體NO的可控釋放應用，展示其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的潛力。2025年度，課題組以通訊作者身份在Nat. Synth.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Chem. Sci（2篇）等高影響力期刊發(fā)表論文14篇。研究得到了國家自然科學基金委、浙江省自然科學基金委的資助。

來源：浙大化學