常见的纳米酶大多数是金属化合物纳米颗粒，其催化活性主要是来自在纳米颗粒表面的金属离子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位点和支持、稳定活性位点的网络环境对于高催化效率同样重要。通过调整活性位点的成分和环境可以实现高的活性和选择性。水凝胶是一类具有良好生物相容性的三维亲水网络材料，其结构可以有效地保护酶分子活性中心，同时提供更好的底物迁移微环境，从而实现有效的催化作用，载酶水凝胶材料已成为生物学研究中的热点。纳米凝胶为水凝胶的纳米粒子，具有类似于宏观水凝胶材料的亲水网络及类似流体的传输特性，其纳米的尺寸可以作为进一步体内生物应用的理想载体。在受限的纳米空间中实现修饰或组装以获得杂化纳米凝胶仍然存在挑战。应对这一挑战，同济大学化学科学与工程学院王启刚团队从仿生的角度出发，设计了一种酶催化的原子转移自由基聚合（ATRPase）和金属配位交联方法成功制备出纳米人工多酶凝胶体系。该体系具有模拟超氧化物歧化酶（SOD-like）和过氧化物酶（POD-like）特性，可以实现肿瘤微环境级联催化的响应成像。日前，相关研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”为题，发表在国际著名学术期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德国应用化学》） 上。同济大学化学科学与工程学院为该文的唯一通讯作者单位，硕士生齐美园为第一作者，王霞副教授和王启刚教授为共同通讯作者。 图1.（a）人工多酶凝胶体系的ATRPase及配位交联制备流程（b）模拟SOD和POD级联酶催化的肿瘤微环境响应的荧光成像机制。研究人员首先在纳米粒子表面修饰酶催化的原子转移自由基聚合的引发剂(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶为催化剂，修饰有双键的赖氨酸（N-acryloyl-L-lysine）为聚合单体，在纳米粒子周围聚合制备得到聚赖氨酸高分子刷，最后通过亚铁配位交联，从而构建出具有多酶活性的人工多酶凝胶体系（如图1所示）。凝胶体系中高分散的Fe离子一方面作为凝胶网络的交联剂，同时作为模拟酶的活性中心。通过模拟SOD和POD酶，先将肿瘤部位高水平的O 2 •− 催化转化为H 2 O 2 ，进一步基于肿瘤部位提升的H 2 O 2 通过级联酶催化反应实现肿瘤微环境响应的安全、高效的肿瘤成像。该人工多酶凝胶体系类似自然的过氧化物酶催化机制不产生羟基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同时，ATRPase方法和金属配位交联技术可进一步实现多种纳米材料体系的制备，用于药物输送和其他生物医学应用。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等经费支持以及中国科学院强磁场科学中心的技术支持。王启刚教授团队多年来一直致力于高分子凝胶固定酶技术及其生物诊疗应用，近5年累计以通讯作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊发表SCI论文50多篇。文献链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf课题组网站：https://qgwang.tongji.edu.cn/

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。

具有较大可逆形变功能的弹性材料在各种工程应用中具有广泛需求。然而，当温度显著降低时，材料延展性或弹性通常会受到损害。到目前为止，还没有材料能够实现在外太空等深低温下具有高弹性。近日，南开大学陈永胜团队报道了一种三维交联的石墨烯材料，在4K的深低温到1273K的高温温度区间材料超弹性行为几乎不变。在4K超低温条件下，具有与室温相同的力学性能：几乎完全可逆的超弹性行为（高达90％的应变），杨氏模量不变，泊松比接近零，循环稳定性好。原位实验和模拟结果表明，这种超弹性得益于独特结构的协同结果：单个石墨烯片层的本征弹性和片层之间的共价连接。

-5,8,11,14-二十碳四烯酸，是属于ω-6系列的一种人体必需的多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids，PUFAs)，具有广泛的生物活性和重要的营养作用。ARA不仅是机体组织细胞膜的结构成分，同时, 它也是内循环系统和中枢神经系统中起重要作用的前列腺素、环前列腺素和白三烯类等二十碳衍生物的直接前体。另外，ARA也是成熟母乳成分之一，它对婴儿的视力和智力发育是必需的。因此，英国营养基金会和FAO/WHO推荐在婴儿奶粉中添加DHA和ARA。ARA及其代谢产物的生理功效还包括：在细胞内可发挥第二信使作用，参与造血和免疫调节，引起血管舒张，参与肝、胆多种功能的调节，引起炎症反应及参与神经内分泌和促进细胞分裂等。在水产动物营养方面，ARA是许多鱼类幼体、对虾幼体的必需脂肪酸，关系到幼体的生长发育和存活。饵料中添加ARA，可提高投喂动物的生长速度和存活率。藻胆蛋白是某些藻类特有的重要捕光色蛋白,早在上个世纪初,就曾报道在蓝藻和红藻中存在强烈荧光性的红色、紫罗蓝色和蓝色蛋白质。科学研究表明，藻胆蛋白是一种既可以作为天然色素用于食品、化妆品、染料等工业上，也可制成荧光试剂，用于临床医学诊断和免疫化学及生物工程等研究领域中。另外，还可以制成食品和药品用于医疗保健上，应用范围广阔，具有很高的开发、利用价值。藻胆蛋白主要存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中 ,其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体 ,在一些藻类中藻胆蛋白也可以作为储藏蛋白 ,以使藻类在氮源缺乏的季节得以生存。已知的藻胆蛋白主要可以分为以下4大类：藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)、藻蓝蛋白(Phycocyanin,PC)、藻红蓝蛋白(Phycoerythrocyanin,PEC)、别藻蓝蛋白(Allophyxoxyanin,APC)。

本技术采用先进的氧化石墨烯分散技术，实现了氧化石墨烯在超高性能混凝土的可控分散，进而制备出超高韧性、超高耐久的水泥基材料。本技术通过从纳微观尺度上对水泥基材料水化产物的改性，克服了传统水泥基材料本质上脆性行为的弊端，产品能够在严苛的服役环境中长期（大于 100 年）保持优异的服役状态。同时，相比于现有的纳米混凝土改性技术，本技术使用的纳米外加剂-氧化石墨烯制备工艺简单，价格优势明显，改善效果更为显著，使该产品具有较大的经济优势。 

Ag 纳米颗粒具有优异的抗菌及杀菌性能，且具有广谱性及无抗药性。石墨烯是近年来最热门的材料之一，可以作为载体制备纳米复合材料，广泛应用在光电，电池，生物，医学等众多领域。对比目前 Ag 抗菌材料的载体如沸石，二氧化硅等来说，石墨烯具有独特的二维结构，其高的比表面积，稳定的物理及化学性质，可以优化 Ag 基纳米颗粒的生长，控制其形貌尺寸，从而获得性能优异的复合材料。 其独特的二维结构以及界面性能使其可以组装成不同应用环境的器件，因此具有广泛的适用范围和广阔的应用前景。重要的是，石墨烯还具有良好的生物相

Ag纳米颗粒具有优异的抗菌及杀菌性能，且具有广谱性及无抗药性。石墨烯是近年来最热门的材料之一，可以作为载体制备纳米复合材料，广泛应用在光电，电池，生物，医学等众多领域。对比目前Ag抗菌材料的载体如沸石，二氧化硅等来说，石墨烯具有独特的二维结构，其高的比表面积，稳定的物理及化学性质，可以优化Ag基纳米颗粒的生长，控制其形貌尺寸，从而获得性能优异的复合材料。其独特的二维结构以及界面性能使其可以组装成不同应用环境的器件，因此具有广泛的适用范围和广阔的应用前景。重要的是，石墨烯还具有良好的生物相容性，是抗

一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 本项目开创性地将石墨烯用于包覆钛酸锂，通过独特的加工工艺制得业内领先的石墨烯包覆钛酸锂材料，有效地解决了钛酸锂负极材料的产气问题，并以此为基础制得了高性能的钛酸锂超级电池。该电池单体可8C持续放电，20C脉冲放电，充放电循环大于30000次，10分钟可充电90%以上，低温性能优异（可在-40度环境下放电）。 石墨烯具有高导电性和优良的电化学稳定性，通过石墨烯的均匀包覆改善了钛酸锂的电子电导性，进而提升了电池的大倍率充放电能力和高低温性能。同时，石墨烯包覆降低了材料充放电过程中的极化，提高了材料的容量发挥，通过钝化钛酸锂材料表面的活性位点，解决了其产气问题。利用该负极材料做成钛酸锂超级电池，具有优异的倍率充放电性能、长寿命、高安全性能和优异的低温充放电性能。 本项目首先开发了石墨烯包覆的钛酸锂材料，采用高温固相法合成，X射线衍射图谱证明其为标准的钛酸锂尖晶石结构，微观上由100-200nm的一次颗粒组成的微米和亚微米级二次球形颗粒，D50为15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 获得了基于石墨烯包覆钛酸锂负极材料的钛酸锂超级电池，通过串并联成组后可以用于低温启动电源，轨道交通，储能等领域，在长寿命、高安全、快充和低温充放电领域具有广阔的应用前景。

项目简介：  石墨烯属于碳纳米材料家族中的一员，具  有高硬度、高

制备在宏观尺度上具备二维单片石墨烯的独特本征性质的石墨烯三维体相材料是材料学研究中兼具学术价值和实用意义的重大挑战。本项目制备得到了一种三维石墨烯宏观体相材料，其由大量独立且悬空的二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成。该材料具有良好的机械性能，在常温可见光下作用下具有电子发射能力，在瓦特功率级别的可见波段激光或聚焦的太阳光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料样品可以在真空条件下实现有效的直接光驱动，此现象为国内外所首次观察及报道，为石墨烯带来了一种激动人心的潜在应用价值。上述材料的制备及相关性能研究还可为石墨烯在催化，能源转换与存储等领域的应用提供材料支持与相关理论支撑。 项目特色： 1.制备了基于二维石墨烯单元通过片层边缘的化学键构筑而成三维石墨烯体相材料，该材料不仅保留了二维石墨烯材料的本征性质， 而且具备优良的机械及光电性能。 2. 在国内外首次观察到厘米级尺寸的裸眼可见的宏观石墨烯样品，只依靠瓦特级别的光作为单一驱动源，即可实现较大距离(数十厘米)的有效的运动，并提出了光致电子发射驱动的机理解释上述三维石墨烯体相材料独特的光驱动， 3. 上述材料的制备与性能研究揭示通过有效合理的结构构筑手段，能够得到以二维石墨烯作为构成单元，并有效保留其独特二维性质和兼具三维宏观形态的石墨烯体相材料，此项研究为其它二维材料的开展类似工作并拓展其应用提供了范例和思路。 已取得的成果： 项目的标志性研究结果于 2015 年 6 月在线发表于 NaturePhotonics，并于 2015 年 7 月正式发表（Nature Photonics, 2015, 9, 471-476）。杂志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene”发表了专题评论。英国著名科普杂志 New Scientist 以“Spacecraft builtfrom graphene could run on nothing but sunlight”为题报道了此研究，指出该成果“再为石墨烯这种优良材料增添了一种惊人的性能”。国内主要媒体包括人民日报、光明日报、新华网以及多家门户网站等均对此研究进行了报道，中央电视台《新闻联播》栏目于 2015 年 6 月21 日也对此进行了报道。 市场应用前景： 空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想。