浙大化学系2025年度十大重要科技进展亮点成果公布|手性|浙大化学系|配位|配体|陈志杰

浙江大学化学系2025年度

十大重要科技进展亮点成果公布

浙江大学化学系始å终聚焦“四个面向”，不断推进有组织科研，坚持“顶天、立地、育人”，培育胸怀祖国、追求卓越、引领未来的科技领军人才，努力打造化学拔尖创新人才培养高地和基础研究学科高峰，实现教育、科技、人才一体化发展。2025年，以浙江大学化学系为第一兼通讯作者单位发表高影响力期刊（IF>10）基础研究论文约百篇，包括《Nature》主刊论文1篇，大子刊论文6篇；另外以通讯作者单位参与发表1篇《Nature》、1篇《Science》。化学系组织遴选了“2025年度十大重要科技进展亮点成果”，现予公布。

1.成果名称：分子捕手技术用于含烷基链分子的结构确定

主要完成人

黄飞鹤，吴奕韬，华彬，陈志杰等

成果类型

高影响力学术进展

简介

目前，测定化合物结构最直接的方法是单晶X射线衍射分析，但该方法通常不适用于长烷基链化合物，因为生长它们的单晶十分具有挑战性。针对这一难点，黄飞鹤教授团队提出了“分子捕手”的概念，利用“分子捕手”——基于超分子大环的金属有机框架，来特异性地识别长烷基链化合物，从而系统性地测定它们的单晶结构。团队提出的“分子捕手”方法实验操作简单，测试所需时间短，适用底物范围广，因此，这种方法在药物、天然产物和有机合成产物的结构确定方面都具有非常广阔的应用前景。“分子捕手”方法为基于框架的结构分析提供了新的概念性策略，显著推进了结构确定领域的发展。这项研究是黄飞鹤教授团队深耕超分子化学领域20多年后的一项重大发现。相关工作以题为“Supramolecular docking structure determination of alkyl-bearing molecules” 于2025年4月9日发表在《自然》(Nature 2025, 640, 676–682)上。该研究得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金、中国博士后科学基金会的资助。

2.成果名称：通过瞬态碳正离子复合物实现的不对称HLF型反应

主要完成人

陆展，洪鑫，郭启航，毛益辉，刘吉人等

成果类型

高影响力学术进展

简介

自1899年被发现以来，碳正离子以其独特的缺电子结构和高反应活性，成为有机化学研究的核心课题之一。然而，如何在碳正离子参与的转化过程中实现精准调控，达成高化学、区域及立体选择性，仍是该领域尚未完全解决的关键科学难题。尽管已有研究在该方向取得重要突破，为碳正离子化学提供了关键范式，但利用简单前体（如惰性C(sp³)–H键）断裂来直接生成碳正离子中间体并构建手性中心的不对称转化研究仍处于起步阶段，其反应机制和选择性控制策略尚待深入探索。

针对这一挑战性难题，浙江大学陆展团队与洪鑫团队合作，创新性地采用手性双噁唑啉（BOX）作为有机小分子催化剂，并结合可见光催化策略，成功实现了仲碳与叔碳C(sp³)–H键的不对称酰胺化反应，以优异对映选择性构建了具有重要合成价值的手性Evans辅基类产物。深入的机理研究表明：双噁唑啉催化剂一方面通过氢键作用活化底物来提升反应速率；另一方面通过与碳正离子中间体的瞬态配位作用来控制反应的对映选择性。基于此，研究团队提出了一种可有效调控碳正离子不对称转化的新型催化模型。相关研究成果以“Asymmetric Hofmann-Löffler-Freytag type reaction via a transient carbenium ion complex merging organocatalysis and photocatalysis”为题发表在《自然·催化》(Nat. Catal. 2025, 8, 448–456) 上。并受邀在该期刊以“An asymmetric transformation of carbenium ions”为题发表研究简报(Nat. Catal. 2025, 8, 420–421)，来阐述本工作的研究思路与核心发现。该研究获得了国家自然科学基金项目等的资助。

3.成果名称：水诱导的高性能量子点发光二极管

主要完成人

金一政、金王骁、何思雨、鲁修远等

成果类型

高影响力学术进展

简介

量子点发光二极管（QLED）是一种新型发光二极管，依托胶体量子点优异的色彩和发光效率，并可通过旋涂、喷墨打印等溶液工艺制备，因此有望实现低成本、高性能、大面积的下一代显示器件。然而，文献中多数高性能QLED往往依赖酸性封装胶水诱发的“正向老化”现象，即器件在静置过程中的性能提升，这一不可控过程制约了QLED的工业化生产与稳定应用。

针对上述关键瓶颈，浙江大学化学系金一政课题组联合TCL科技集团和中山大学等单位的研究团队，揭示了酸性胶水封装下器件的原位化学反应链，明确指出真正引发QLED“正向老化”的活性物种是原位反应生成的水分子。基于对机制的清晰认知，团队提出可控水氛围后处理的新策略。基于该策略构筑的顶发射纯蓝光QLED实现了37.1 cd A−1的高电流效率，蓝光指数超过490 cd A−1， 1000 cd m−2初始亮度下的T95寿命达到287 h，均为目前报道溶液工艺纯蓝光LED的最高值。该研究获得科技部国家重点研发项目和国家自然科学基金等项目的支持。相关成果以“Water-induced high-performance quantum-dot light-emitting diodes”为题发表于《自然-光子学》(Nature Photonics, 2025, 19, 1233–1239)。

4.成果名称：非天然铁酶用于烯烃的不对称立体汇聚还原

主要完成人

季鹏飞，万子聪等

成果类型

高影响力学术进展

简介

手性分子是药物、农用化学品及精细化学品中的关键结构单元，而烯烃的不对称还原反应是构建手性中心最重要、最基础的转化之一。若能将 E/Z 构型混合的烯烃底物直接转化为单一构型的手性产物，将显著简化合成路线并提升原子经济性。然而，无论在传统过渡金属催化还是天然酶催化体系中，烯烃的立体汇聚还原均难以实现。

浙江大学季鹏飞团队提出并实现了一种全新的生物催化策略：通过重新功能化非血红素铁双加氧酶，在酶体系中构建前所未有的铁氢（Fe–H）活性中间体，成功实现了烯烃的单步立体汇聚不对称还原反应。研究团队发现，引入硅烷作为还原剂后，天然的龙胆酸 1,2-双加氧酶可转化为新型铁基烯还原酶（Fe-ERED），对 E/Z 异构体表现出几乎等同的反应活性，并通过定向进化显著提升了催化效率与对映选择性。该体系可在较低酶负载下实现高周转数反应。结合同位素标记实验、电子顺磁共振（EPR）谱学表征以及多尺度计系统揭示了反应经由Fe(II)-H 物种形成、氢负离子插入及质子化完成立体汇聚还原的全新机理。

该研究成果以“Stereoconvergent reduction of alkenes using a repurposed iron-based dioxygenase” 为题发表于《自然ּ-合成》（Nature Synthesis，2025）。该工作突破了天然烯还原酶在立体选择性上的固有限制，且为构建基于地壳丰度金属的非天然生物催化反应提供了全新机理，对绿色合成化学与酶工程领域具有重要的理论意义与应用前景。

该研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划专项、浙江省杰青项目的支持。

5.成果名称：聚合物基催化体系的多尺度构效调控

主要完成人

单冰等

成果类型

高影响力学术进展

简介

分子基聚合物网络因其结构可调和界面可控的特性，为解决能源转化中传质与传荷效率的瓶颈提供了新路径。2025年度我们聚焦电催化与光催化器件中的界面工程与载流子输运，从原子尺度活性位点排布、界面离子动力学以及光生电荷传输行为三个方面展开探索。在催化活性位点调控方面，通过构筑互穿聚合物网络实现了异质金属原子级邻近排布，揭示了双位点协同催化机制（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 46471–46482；Appl. Catal. B., 2025, DOI: 10.1016/j.apcatb.2025.126217），并利用聚苯胺分子调控界面质子输运，加速了催化过程中的多步电子传递动力学（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202422072）。在界面离子动力学方面，构建阳离子修饰双层膜界面优化纯水中离子输运行为，显著提升了二氧化碳还原器件的性能和稳定性（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202516321）。在光生电荷输运方面，通过调控分子链间相互作用，实现了光催化电极从小面积到放大尺寸的效率保持（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 7671–7681），并验证了功能界面在解耦多物理场传输及稳定水氧化中的潜力（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202415729；Appl. Catal. B., 2025, 363, 124832）。系列研究表明，从分子尺度调控催化活性位点、界面微环境及电荷输运路径，可为光/电催化能源转化器件提供新的设计思路。以上研究获得国家自然科学基金、国家高层次青年人才计划、浙江省领雁计划、浙江大学百人计划项目的资助。

6.成果名称：复杂结构多孔晶体的设计合成

主要完成人

陈志杰、钟远龙、熊彰熠、杨剑、马思等

成果类型

高影响力学术进展

简介

金属有机框架是一类由金属节点和有机配体周期性连接形成的晶态多孔框架化合物，是研究复杂结构多孔晶体的理想平台，但合成高连接数或多组分构筑基元的复杂结构多孔晶体极具挑战性。陈志杰课题组发展网格编码有机构筑策略，即采用高连接且具有明确几何结构的有机构筑基元，实现高连接复杂多孔晶体的定制合成（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 20218和ACS Cent. Sci. 2025, 11, 1199）。进一步，利用多组分几何诱导方法，将三核金属氧簇、六连接三蝶烯配体与三连接吡啶配体组装合成(3,6,9)-连接tsn-MOF-1，增加单位空间内金属节点的连接数实现稳定性提高，克服了多孔晶体高孔隙率和稳定性难以兼容的瓶颈（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 49, 45377）。最后，利用四噻吩乙烯基功能基元组装光敏性配位多孔晶体，并与织物材料复合探究其光催化抗菌性能，实现了复杂多孔晶体的功能提升（PNAS 2025, 122, e2423052122）。

2025年以（共同）通讯作者发表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，这些工作得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的支持。

7.成果名称：无机离子分子化学新进展

主要完成人

唐睿康、刘昭明、孔康任、方威风等

成果类型

高影响力学术进展

简介

研究团队基于“无机离子寡聚体及其聚合反应”（Nature 2019），系统发展“无机离子分子化学”研究新方向，在2025年度取得系列新成果：

固态碳酸氢钙首次合成：通过环境极性调控分子级无机离子化合物中O-H键的性质，实现其从离子性向共价性转变，成功制备出纯净的碳酸氢钙晶体，填补了两百年来碱土金属碳酸氢盐的结构空白。相关工作在JACS上发表。

破解弹性体“刚、韧”力学矛盾：提出“无机离子分子交联剂”概念，改变传统有机分子交联模式，成功实现聚合物的链间、动态可逆交联。该方法使弹性体的模量和韧性分别提升205倍和43倍，成功实现高刚度与高韧性的协同，且在商用材料中具良好普适性。相关工作在Matter上发表。

“无机分子锁”实现单分子超强荧光：提出将碳酸钙分子片段作为一种“无机分子官能团”，稳定有机荧光分子构象。修饰后的分子荧光量子产率高达99.9%且具有热稳定性。在分子层次融合有机、无机化合物结构与功能，为开发高性能发光材料开辟了新路径。相关工作在Angew. Chem. Int. Ed.上发表。

推动生物医学新材料发展：研究团队与药学院合作，提出分子层次无机化合物杂化具有结晶动力学连续可调的特征，为药物长效可控释放建立新平台。以白介素-2为例，可成功激发小鼠长效免疫，提升胰腺癌小鼠存活率。相关工作在Nat. Cancer上发表。

这些工作得到了国家自然科学基金、浙江大学的支持。刘昭明研究员入选2025年度中国化学会青年化学奖。

8.成果名称：丰产金属催化不对称碳氢键活化

主要完成人

史炳锋、姚启钧、陈嘉豪、滕茗芽、马嘉仪等

成果类型

高影响力学术进展

简介

地球丰产金属（如钴、镍、铜等）具有储量丰富、价格低廉、生物兼容性良好及独特的反应活性等优势。因此，发展高效、高选择性的丰产金属催化不对称碳氢键活化反应具有重要的科学意义与潜在的应用价值。然而，由于丰产金属的价态和自旋态多变、配位模式复杂，加之其碳氢键活化机制尚不明确，发展相应不对称碳氢键官能团化反应仍面临巨大挑战。史炳锋团队通过发展新型配体与策略，在该领域取得了一系列重要进展：1）提出了“手性配位自组装”策略，设计并开发了水杨基噁唑啉（Salox）配体，建立了钴和镍催化的不对称碳氢键活化新反应；2）基于“手性质子梭”策略，利用轴手性联萘二酚（BINOL）配体，实现了镍和铜催化的不对称碳氢键活化新方法。上述研究为手性物质的精准构建提供了新思路。相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.（4篇），Angew. Chem. Int. Ed.（1篇），Acc. Chem. Res.（2篇）等高影响力期刊。史炳锋教授先后获得国家自然科学基金委青年基金（A类项目）延续资助、区域创新发展联合基金重点支持项目资助，并荣获Merck Lectureship Excellence in Chemistry Research奖；藤茗芽的博士学位论文被评为校级优秀博士学位论文；钱璞凡荣获国家奖学金，并入选中国代表团，受邀赴德参加第74届林岛诺贝尔奖获得者大会。

9.成果名称：高氧化态活性天然产物的高效全合成

主要完成人

丁寒锋、宣军、贾子奇、夏启东、饶培榕、刘春慧、姚凤洁等

成果类型

高影响力学术进展

简介

近年来，丁寒锋/宣军团队聚焦于“高氧化态活性天然产物的高效全合成”这一重要科学问题开展研究。通过发展新型自由基环化反应体系，建立了高度官能团化核心骨架的高效构建新策略，为高氧化态活性天然产物的制备提供了强有力的工具。2025年度研究进展主要包括：1）基于低价钐介导的自由基环化串联反应实现了Elisapterane家族及生源相关海洋二萜的集群式不对称全合成；2）基于钴氢引发的跨环自由基环化反应完成了海替定型C20-二萜生物碱Spirasines V/VI、Spiradine D及Spirafines II/III推定结构的发散式不对称全合成；3）基于低价钛介导的自由基环化反应实现了异戊烯基化天然产物(+)-Melicolone K的不对称全合成；4）基于扭矩选择性可控的光促双自由基驱动Nazarov环化反应完成了4个重排型柠檬苦素（Moluccensins G/H、Krishnolide F和Khayseneganin F）的不对称全合成。上述工作部分解决了传统合成路线冗长、效率偏低、难以规模化制备等瓶颈问题，为后续深入开展天然产物生物学功能研究与创新药物开发奠定了物质基础并提供了关键技术支撑。相关结果发表于J. Am. Chem. Soc.（4篇），受到国内外同行的广泛关注和评价：3篇入选J. Am. Chem. Soc.月度高访问量论文，3篇被Synfacts收录，其中2篇入选月度最佳论文（“Synfact of the Month”）。该研究获得了国家自然科学基金等项目资助。

10.成果名称：多孔有机分子笼的精准构筑与应用开发

主要完成人

刘明等

成果类型

高影响力学术进展

简介

多孔有机分子笼作为一类新兴的多孔材料，在吸附、分离、催化等领域展现出广阔的应用潜力。然而，传统有机分子笼普遍存在骨架稳定性不足的问题，易发生结构形变甚至孔道坍塌，进而制约其性能发挥和实际应用。针对这一关键瓶颈，刘明课题组聚焦形状持久性有机分子笼的构筑开展研究，2025年度在合成策略创新、构效关系解析及应用拓展等方面取得了一系列重要进展。在合成策略方面，发展了基于芳香亲核取代反应的“构象锁”策略，通过p‒π共轭作用锁定分子构象，显著提升了分子笼结构刚性与化学稳定性；提出了基于限域空间的“位阻策略”，通过引入大位阻芳香基团，实现了尺寸超过2nm的大孔径分子笼的可控合成；此外，突破传统有机笼以C、H、O、N为主的元素组成限制，成功将磷、硅等重元素引入笼状骨架，赋予材料全新的物理化学特性。在构效关系研究方面，搭建了首个可用于高通量筛选的多孔有机分子标准结构数据库，为材料的定向筛选与系统性结构–性能关系研究提供了重要平台。在应用拓展方面，基于数据库筛选获得与高能分子五唑阴离子匹配的分子阱结构，首次通过单晶衍射直接观测其分解过程，揭示了该离子的芳香性特征及其分解机理；通过共晶组装策略制备了气体分离膜，突破了CO2/H2分离中渗透性-选择性间的权衡关系；并探索分子笼对治疗性气体NO的可控释放应用，展示其在生物医学领域的潜力。2025年度，课题组以通讯作者身份在Nat. Synth.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Chem. Sci（2篇）等高影响力期刊发表论文14篇。研究得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委的资助。