化學(xué)綜合課題：前沿化學(xué)技術(shù)在新興領(lǐng)域中的應(yīng)用【高中組】

化學(xué)/材料學(xué)

項目背景

在醫(yī)藥領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的口服藥療效高、使用方便，對減輕人類痛苦、推動醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展具有積極作用，但這些傳統(tǒng)藥物在人體內(nèi)代謝快，需要病人頻繁進(jìn)藥，過高的殘留藥物濃度會對人體有一定的毒副作用，且這些藥物的靶向目標(biāo)定位性差。MOFs材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，成為了藥物緩釋領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。在綠色能源領(lǐng)域，MOFs材料在新型化工吸附分離材料、新型綠色產(chǎn)能材料等方面，對滿足清潔可持續(xù)與能源環(huán)境發(fā)展需求有著極大助力。MOFs是金屬有機(jī)骨架化合物的簡稱，由金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。兼具無機(jī)材料的剛性和有機(jī)材料的柔性特征，具有高的孔隙率和化學(xué)穩(wěn)定性，在現(xiàn)代材料研究方面呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿驼T人的發(fā)展前景，如：氣體貯存、分子分離、催化、藥物緩釋、吸附分離、磁性材料等。項目結(jié)合MOFs材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生了解MOFs在能源工業(yè)領(lǐng)域及生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

項目介紹

項目從分子的吸附、擴(kuò)散及遷移等基礎(chǔ)知識入手，介紹MOFs材料的結(jié)構(gòu)特性及吸附潛力，并研究非均勻多孔結(jié)構(gòu)中CO2遷移引起的MOFs的結(jié)構(gòu)動力學(xué)變化及MOFs的結(jié)構(gòu)-機(jī)械穩(wěn)定性關(guān)系。根據(jù)MOFs材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，探究MOFs材料在工業(yè)吸附、藥物傳遞中的作用。在項目結(jié)束時，學(xué)生將根據(jù)MOFs材料的特性探究其在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，并提交項目報告，進(jìn)行成果展示。

個性化研究課題參考：

MOFs衍生碳基材料的可控制備及其催化性能

功能無機(jī)多孔分離材料的制備及其相關(guān)環(huán)保應(yīng)用

MOFs基的納米藥物用于化學(xué)動力學(xué)治療

天然藥物和銀納米顆粒復(fù)合MOFs材料制備及生物應(yīng)用

適合人群

高中生

AP、IB、A-Level化學(xué)方向，或者希望修讀化學(xué)、材料化學(xué)、高分子化學(xué)、藥物化學(xué)、環(huán)境工程、工業(yè)工程等專業(yè)或者相關(guān)專業(yè)的學(xué)生；具備無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生優(yōu)先。

導(dǎo)師介紹

劍橋大學(xué)終身教授

David導(dǎo)師現(xiàn)任英國皇家學(xué)會（The Royal Society）分子工程會員、劍橋大學(xué)化學(xué)工程與生物技術(shù)終身教授、劍橋大學(xué)吸附與高級材料實驗室（AAML）負(fù)責(zé)人，榮獲英國皇家化學(xué)學(xué)會（The Royal Society of Chemistry，RSC）Barrer Award、歐洲研究委員會（European Research Council, ERC）鞏固基金（Consolidator Grants）。David導(dǎo)師的研究聚焦納米多孔材料的分子識別和吸附過程，以及在此基礎(chǔ)上的金屬有機(jī)框架（MOFs）能源和納米級藥物輸送應(yīng)用，特別關(guān)注新型納米材料合成與工程、分子建模、癌癥治療藥物輸送過程、可持續(xù)工業(yè)應(yīng)用等綜合性研究。

任職學(xué)校

劍橋大學(xué)建校于1209年，是世界范圍內(nèi)歷史最為悠久的大學(xué)之一，英國Top2名校，G5名校之一。劍橋大學(xué)享有世界聲譽(yù)，在英國社會和高等教育系統(tǒng)中具有極其重要的地位，同時具有廣泛的世界性影響。許多青年學(xué)子都以到劍橋大學(xué)深造為理想。劍橋大學(xué)在2020年QS世界大學(xué)綜合排名位列第7。

項目大綱

吸附和多孔材料，吸附與金屬有機(jī)骨架的分子機(jī)理 Adsorption and porous materials. Molecular mechanisms for adsorption and metal-organic frameworks

先進(jìn)多孔材料的表征 The characterization of advanced, nanoporous materials

多孔材料應(yīng)用：高壓吸附下的氣體存儲 The industrial application of porous materials (I). Gas storage at high pressure.

多孔材料應(yīng)用：吸附特性 The industrial application of porous materials (II). Unique adsorption properties of MOFs.

項目回顧與成果展示 Program review and presentation

論文輔導(dǎo) Project deliverable tutoring

時間安排與收獲

7周在線小組科研學(xué)習(xí)+5周論文輔導(dǎo)學(xué)習(xí) 共125課時

學(xué)術(shù)報告

優(yōu)秀學(xué)員獲主導(dǎo)師Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級別索引國際會議全文投遞與發(fā)表（可用于申請）

結(jié)業(yè)證書

成績單

全球最大教育評估認(rèn)證組織Cognia（原AdvanceED）及 College Board權(quán)威認(rèn)證高中學(xué)分