众所周知，盐放入水中会发生溶解，溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末，人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究，最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验（Transference experiments）。虽然经过了一百多年的努力，离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题，至今仍没有定论。究其原因，关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段，以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差，只能得到平均效应，无法探测局域环境的影响，实验数据的解释异常困难，甚至得出完全矛盾的结论，因此受到很大的限制。另一方面，由于水分子具有全量子化效应，且水分子与离子相互作用也非常微弱，这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右，依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸：1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈，研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子，水分子的数目精确可调，为高分辨成像创造了条件。在此基础上，他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术，依靠及其微弱的高阶静电力，克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征，精确确定了其微观吸附构型（图2）。这也是水合离子的概念提出一百多年来，首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步，研究人员利用带电的针尖作为电极，控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运，发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1-2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率（图3）。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟，他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度，而且可以在很大一个温度范围内存在（包括室温）。此外，研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性，适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a，效果图：包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b，分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型，而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联，刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明，可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运，从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的，这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义，比如：离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外，该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次，未来有望应用到更多更广泛的水合物体系，开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏（Overall, I enjoyed reading this manuscript），认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”（The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science），“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”（This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems）。

单分子磁体是一类具有强易轴各向异性的分子纳米磁体，可以在特定温度以下表现出磁滞等类似磁体的行为，是一种超顺磁态。分子中仅含有一个金属离子的单分子磁体通常被称为单离子磁体，近20年来，人们通常可以使用各向异性很强的稀土离子来构筑单离子磁体。稀土离子配合物往往具有较低的对称性，因此很难从几何结构上确定稀土离子的磁各向异性轴和4f电子云的结构。 北京大学化学与分子工程学院高松教授，王炳武副教授和蒋尚达副研究员等近些年设计合成了大量稀土单离子磁体，并发展了多种方法研究稀土离子的磁轴取向。2010年该课题组报道了基于双酮配体的稀土镝单离子磁体（Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 7448）。经过系统研究，蒋尚达副研究员发现在某些特殊对称性下，晶体和分子的磁各向异性轴严格重合，通过单晶转动实验确定晶体的磁化率张量，进而求得晶体和分子的各向异性轴（Jiang SD., Wang BW., Gao S. (2014) Advances in Lanthanide Single-Ion Magnets. In: Gao S. (eds) Molecular Nanomagnets and Related Phenomena. Structure and Bonding, vol 164. Springer, Berlin, Heidelberg）。2015年，蒋尚达和高松教授通过该方法首次确定了双酮类稀土单离子磁体的磁易轴取向，结果显示实验结果与量子化学从头算以及晶体场分析的结果非常接近，该工作发表在英国皇家化学会的旗舰杂志《化学科学》上（Chem. Sci., 2015, 6, 4587）。

随着环境问题的日益加剧，太阳能以其清洁、可再生的优势引起了科研界和产业界的广泛关注。其中，高效、经济的光伏技术也成为了当前学术研究和产业发展的热点之一。近年来，一种新型光伏技术——钙钛矿太阳能电池以其易制备、低成本和高效率的特点走入人们的视野，成为新型光伏技术的新宠。短短七年之内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率实现了跨越增长，从最初的3.8%提升至现在的22%以上，表现出了极大的优势和潜力。 钙钛矿太阳能电池分为正式（n-i-p）和反式（p-i-n）两种结构。常规的正式器件通常需要致密或介孔氧化物作为电子传输层，其制备工艺相对复杂，且与柔性基底的兼容性不好。相比较而言，反式结构器件因制备工艺简单、可低温成膜、无明显回滞效应等优点受到越来越多的关注，但是其光电转换效率还稍显不足。

利用 外源化学 手段 实现 生物大分子的功能 调控 ，一直以来都是化学生物学 的重要研究方向之一。陈鹏课题组长期致力于 “ 活细胞上的化学 反应 ” 的开发与应用 ， 提出 并发展 了 “ 生物正交断键反应（ Bioorthogonal  c leavage reaction ） ”  这一 新反应类型 ，突破了在活体内研究蛋白质功能的技术瓶颈，实现了一系列原始创新 （ Nat. Chem.   2014,  6 , 352-61 ;  Nat. Chem. Biol.  2016,  12 , 129-37 ;   Nature  201 9,   569 , 509-13 ） 。

本实用新型公开一种便于研究植物根系生长的水培装置，包括水培杯以及培养碗；水培杯为双层圆柱形结构，且在水培杯的侧壁夹层中设置可拆装的遮光板，以真实模拟植物根系生长条件，水培杯内还设置有根系限位管；所述培养碗的周边设置有凸沿，凸沿的直径大于水培杯的直径，以方便将培养碗沿搭在水培杯的杯口上，所述培养碗的侧壁上设置有栅条，培养碗的底部设置有网格布及吸水纸，可将植株种子种植在网格布上，根系通过网格布网孔向下延伸，可以在种子时期就种植，方便对植株根系的固定，当需要测量植物根系长度时，直接取出培养碗即可，而不会对植株造成任何损坏，且通过根系限位管给根系限位，更有助于实验测量。

先进聚合物材料研究所建于1999年10月18日。研究所以黄培教授为技术带头人，拥有一批高水平的科研队伍，参与研究工作的教授、博士及研究生二十余人，研究所的主要特点是产、学、研相结合，在基础性研究、应用研究、高新技术产业化等不同层次上开展科研工作。先后参加国家"863"项目、国家科委"九五"攻关项目的研究工作，承担完成国家自然科学基金重点项目、**和化工应用课题多项。研究所主要突出以单体合成、聚合、复合材料、结晶等具有明显优势的学科领域的综合集成开展研究工作。目前主要研究对象主要为以聚酰亚胺为代表的一系列功能高分子材料。聚酰亚胺（PI）是指分子主链中含有酰亚胺基的一类高分子聚合物。近年来聚酰亚胺以其优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能越来越受到人们的重视，它在航空航天、电气、通讯和汽车等行业得到广泛的应用。然而热固性聚酰亚胺不溶解、不熔融，加工成型困难，限制了其应用范围，因此合成热塑性的PI，进一步制备聚酰亚胺复合材料，扩大应用面是当前聚酰亚胺研究和开发的主要趋势。热塑性聚酰亚胺（TPI）作为一种高性能工程塑料，不仅具有优异的耐热、力学、介电、耐腐蚀及抗辐射等性能，还表现出卓越的热加工特性，可采用热模压、挤出和注射方法成型。在特定场合下为一种替代金属、陶瓷、热固性树脂、低温热塑性塑料和大多数难加工聚酰亚胺的理想材料。聚酰亚胺的单体合成是以苯酐为基础原料，通过酰基化、硝化、缩合、水解酸化、脱水等一系列步骤得到二胺，该合成路线原料来源充足，工艺简单，产物纯净，产率高，易于纯化，三废少，具有很好的工业化价值。聚酰亚胺的聚合是以二酐和二胺通过溶液聚合，再分别通过化学环化或热环化得到聚酰亚胺树脂。聚酰亚胺树脂与碳纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯、石墨等复合，可显著提高材料的力学强度和自润滑耐磨等性能。研究所以自主研发高性能热塑性聚酰亚胺及其复合材料作为研究对象，系统考察复合材料摩擦磨损性能，重点研究各种填料改性材料在不同工况体条件摩擦磨损行为，深入了解填料对其摩擦性能影响机理，从而达到材料摩擦性能设计的长期目标。利用有限元技术建立过程物理及数学模型，对滑动摩擦过程中的温度分布进行模拟计算，取得了较好的模拟结果。通过摩擦表面微观形貌观察，可了解摩擦磨损机理。前期的研究结果已运用于滑片式压缩机的滑片、汽车发动机活塞环等产品形式，为应用提供指导。研究所拥有一批先进的分析测试仪器：热机械分析仪、差示扫描量热仪、高效液相色谱仪、凝胶色谱、红外分析仪、微机控制电子万能试验机、摩擦磨损试验机，可对合成的单体、聚合物、复合材料进行全面的性能测试。

含有N-C-S 3个杂原子的多氮杂环是一类高活性的杂环母核,因而具有广谱生物活性，具有独特的杀虫、抗病毒、除草、植物生长调节等性能，在农业上可广泛用作杀虫剂、除草剂、植物生长调节剂和驱虫药等。本项目即在此多氮杂环高活性母体基础上，对现有高活性结构进行基团变化和结构修饰，设计并合成具有完全自主知识产权的100多个潜在杀虫剂化合物结构，全面进行了结构确证，并在国家南方农药创制中心江苏基地（江苏省农药研究所股份有限公司）生测室和江苏扬农化工股份有限公司生测室进行了农业病害虫和卫生病害虫杀虫活性测试，结果表明：（1）农业病害虫方面：合成产物对蚕豆蚜和朱砂叶螨在400ppm普筛浓度下普遍具有A、B级杀虫活性，进一步降低浓度初筛、复筛测试下，仍有2～3个化合物具有A级杀虫活性（死亡率大于90%），其中有一个品种在2～4ppm下仍保持A级高效杀虫活性，与吡虫啉活性相当，基本达到了商品杀虫剂的性能要求。（2）卫生病害虫方面：合成产物以气雾剂与相同浓度0.1％右旋胺菊酯气雾剂对照测试，普遍具有A、B级杀虫活性，有11个化合物分别（或同时）对库蚊和家蝇达到了A级杀虫活性（20min击倒率大于90%），有6个化合物生测时20min击倒率能达到95％～100%，且击倒KT50（半数击倒时间）在6min以内，达到了商品杀虫剂的性能要求。特点优势：本项目创制杀虫剂品种采用DNA阻断技术破坏害虫新陈代谢过程，因而具有广谱、高效、无抗药性等特点。技术指标：对农业害虫在5ppm浓度下杀虫活性A级（大于90%）；对卫生害虫0.1％浓度下杀虫活性A级（20min击倒率大于90%）。

大部分铁基超导的母体在有限温度会有“向列”相变，在此温度之下晶格的四重旋转对称性会自发破缺，而在此相变温度下略低或相同的温度会发生条纹反铁磁相变。所以通常认为这些铁基材料中的向列相是由反铁磁关联驱动。但是FeSe体材料的行为与典型的铁基超导材料非常不同。FeSe在90K温度有向列相变，但直到可以测量的最低温度都没有磁性长程序。最近的核磁共振研究在向列相变温度附近也没有看到低能自旋涨落的增强。基于这些结果，一些人推测FeSe中的向列相和磁性无关而可能是由轨道序驱动。通过理论论证和数值计算提出正方晶格上自旋为1的阻挫自旋模型可以有一种“向列量子顺磁相”。这个相自发地破缺晶格的四重旋转对称性，但是有自旋能隙，所以没有接近零能的自旋涨落。王垡及合作者指出这种物相可以解释FeSe体材料的不寻常物性，并且预言FeSe会在条纹反铁磁序和交错反铁磁序的两种波矢都具有有限能量的低能自旋涨落。

通过利用环形明场成像技术在皮米（0.001 纳米）尺度上精确测量阴、阳离子之间的键长来计算表面结构的细微畸变（图一）。研究表明，在不同极化取向的铁电畴中，PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子结构完全不一样，在表面薄层中可以存在“铁电死层”和高能的带电畴壁。这些发现为铁电薄膜、铁电陶瓷、铁电表面催化等应用提供了非常重要的信息。同时，发展起来的基于环形明场像技术定量测量绝缘氧化物表面结构的方法，将极大地提高我们对这些复杂功能氧化物材料物性的认知。