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关于2019年度国家科学技术奖申报项目“光致变色功能导向的材料结构设计和性能强化”的公示
更新日期:2019-01-03  

根据《国家科学技术奖励工作办公室关于2019年度国家科学技术奖提名工作的通知》(国科奖字〔201841号)的规定和要求,现将中科院福建物质结构研究所拟申报2019年度国家科学技术奖项目“光致变色功能导向的材料结构设计和性能强化”予以公示,任何单位和个人若对拟申报的项目有异议,可在公示之日起7个自然日内以书面形式向所科学技术处提出。异议应当签署真实姓名或加盖单位公章,并提供必要的证据材料,以便于核实查证,匿名及逾期异议不予受理。

联系人:陈白泉

联系电话:86-0591-63173796

联系地址:福建省福州市杨桥西路155

中科院福建物质结构研究所科学技术处

邮编:350002

                                                                                                                                                     科学技术处

                                                                                                                                                    201913


附件:

公示内容

一、项目名称:光致变色功能导向的材料结构设计和性能强化

二、提名者:中国科学院

三、提名意见:

开展光致变色研究对于理解与模拟人类视觉过程,实现分子尺度的光控制,发展辐射探测、激光防护、光电转化等应用具有重要意义。

该项目针对“变色性能的结构设计和机理”和“变色性能的优化与应用”两个关键科学问题,发挥我院结构化学研究优势,开创了原位X射线光晶体学的研究方法,首次揭示了光致变色功能的结构敏感部位,验证了40多年前关于变色过程中结构变化的理论预测,并基于结构敏感部位的深入认识,开创了“金属紫精”新型光致变色材料体系。同时,该项目发展出强化提高光致变色性能的新手段,突破了长期困扰分子基光磁材料领域的光磁效应温度过低的瓶颈,推动了光致变色材料从紫外可见向高能射线波段的应用发展,提出了通过光致变色调控非线性光学晶体的倍频效应和低能耗存储和循环利用CO2的新策略。

该项目在光致变色领域,于高水平刊物如JACSAngew等上发表的原创论文中,仅统计该项目8篇代表性论文的情况,数量位列国际第七、中国大陆第一,篇均他引位列国际第二,单篇最高他引位列国际第一。光致变色研究先驱M Irie教授把该项目新开拓的光致变色材料研究方向作为新前沿列入《New Frontiers in Photochromism》专著;西班牙D Levy教授在Chem Soc Rev综述中肯定了该项目提出的光致变色机理。项目特色明显,成果数量和质量都获得了同行的高度认可,引发了光致变色材料的研究热潮,产生了显著的学术影响。

提名该项目为国家自然科学奖二等奖。

四、项目简介:

该项目属结构化学领域。光致变色是指材料在光照前后颜色发生可逆变化的现象,其研究对于理解与模拟人类视觉过程,实现分子尺度的光控制,发展辐射探测、激光防护、光电转化等应用具有重要意义。现有材料的变色过程普遍涉及较大的分子结构变化,当应用于固态介质或器件时,易受空间位阻限制,产生变色效率低和速率慢等问题。电子转移型光致变色材料由于变色过程晶体结构变化很小,有望解决上述问题,但仍存在变色机理不清晰、体系拓展难、变色温度低、褪色需要氧气等瓶颈。本项目在其结构设计和性能强化方面取得如下重要科学发现:

1、针对科学问题“变色性能的结构设计和机理(如何能变色?)”,研发了高精度、高分辨、可变光电热等外场作用的X射线衍射测试平台,开创了原位X射线光晶体学的研究方法,验证了40多年前关于变色过程中结构变化的理论预测,首次揭示了电子转移型光致变色的结构敏感部位;基于对这些敏感部位和光激发态退激过程的深入认识,提出通过金属原子替代有机取代基的结构设计新思路,开创了“金属紫精”新型光致变色材料体系,解决了传统材料体系难拓展、无法室温变色、褪色需氧气等瓶颈,获得同行的高度评价和跟踪研究。

2、针对科学问题“变色性能的优化与应用(如何强化?)”,采用金属紫精中易在室温时给电子的含氧基团作为磁开关组分,成功构筑具有室温光磁效应的光致变色化合物,突破了分子基光磁材料的光磁效应温度普遍低于100K的瓶颈;引入具有强X射线吸收能力的重元素设计合成金属紫精,突破了光致变色材料在X射线探测方面使用温度低于100K、探测波段窄等限制,推动了光致变色材料从紫外可见向高能射线波段的应用发展;首次通过光致变色过程的电子转移机制调制分子极性,建立了调控晶体极性的新方法,获倍频效应最高调制比的新材料;通过变色分子调控材料的孔结构,开创了光控CO2存储和释放的低能耗利用手段,获创纪录的光控CO2脱附比。

8篇代表性论文含6Angew Chem Int Ed2J Am Chem Soc,篇均约他引101次,单篇最高他引204次。在光致变色领域,于高水平刊物如JACSAngew等上发表的原创论文中,仅统计该项目8篇代表作的情况,数量位列国际第七、中国大陆第一,篇均他引位列国际第二,单篇最高他引位列国际第一。部分成果曾获福建省自然科学奖一等奖。完成人获国家杰青、优青、NSFC重大仪器研制项目等项目资助,多次在大型学术会议上做大会报告。

五、客观评价:

该项目部分成果曾获2013年度福建省自然科学奖一等奖(其他附件18篇代表性论文含6Angew Chem Int Ed2J Am Chem Soc,总他引805次,篇均约他引101次,其中3篇他引百次以上(必备附件3)。在光致变色领域,于高水平刊物如JACSAngew等上发表的原创论文中,仅统计该项目8篇代表作的情况,数量位列国际第七、中国大陆第一,篇均他引位列国际第二,单篇最高他引位列国际第一其他附件2)。该项目获国家杰青、优青、NSFC重大仪器研制项目等项目资助;完成人获何梁何利基金科学与技术进步奖化学奖、万人计划科技创新领军人才等荣誉,多次在国际、国内学术会议上做大会报告,培养的学生获中国科学院院长奖学金特别奖、全国百篇优秀博士论文奖等奖项。

国内外同行充分肯定了该项目针对科学问题“变色性能的结构设计和机理(如何能变色?)”所取得的科学发现:1西班牙马德里材料科学研究所David Levy教授在题为“Photochromic organic–inorganic hybrid materials”Chem Soc Rev 2011, 40, 672综述中肯定了代表性论文1提出的杂化光致变色材料的电子转移机理(代表性引文1,必备附件2-1);2中科院吴新涛院士在Chem Eur J 2011, 17, 3358中指出,“利用非光致变色配体设计电子转移光致变色配合物是最大的挑战之一”,代表性论文4报道的金属紫精化合物是“罕见的”、“仅有的金属辅助配体到配体电荷转移型光致变色配合物”(代表性引文2,必备附件2-2);3郑州大学臧双全教授在Chem Mater 2015, 27, 1327中指出代表性论文2“首次研究了紫精化合物光照前后的晶体结构”(代表性引文3,必备附件2-3);4俄罗斯Novosibirsk State University教授Maxim N. SokolovCoord Chem Rev 2016, 312, 1综述中认为多核卤化铋与紫精结合可以产生优秀的光致变色性质,并指出代表性论文2报道了首例这种化合物且加以大段介绍(代表性引文4,必备附件2-4);5法国里昂大学教授Stephane ParolaAdv. Funct. Mater. 2016, 26, 6506中指出完成人合成的3D碘酸铅开放框架材料可以展现出有趣的波长依赖光致变色性能6瑞典斯德哥尔摩大学X-D Zou教授在Chem Commun 2013, 49, 406中指出代表性论文4报道的金属紫精化合物“相当少见”;7华南理工大学付志勇教授在CrystEngComm 2012, 14, 5137中引用代表性论文2345,并指出采用完成人提出的结构设计方法可以构筑新颖的光致变色MOF材料”,而且多个研究团队采用完成人的结构设计方法成功合成了多种“金属紫精”光致变色材料(如Chem Eur J 2009, 15, 10742J Am Chem Soc 2010, 132, 7005Chem Eur J 2011, 17, 3358J Mater Chem 2011, 21, 7859Adv Sci 2015, 1500224Chem Eur J 2016, 22, 5327)。

国内外同行也高度肯定了该项目针对科学问题“变色性能的优化与应用(如何强化?)”所取得的科学发现:1代表性论文5吸引多个同行开展X射线诱导光致变色材料研究(Angew Chem Int Ed 2017, 56, 14458Chem Sci 2014, 5 , 4237Adv Sci 2015, 1500224Chem Commun 2013, 49, 7711);2吉林大学于吉红院士在Chem Sci 2014, 5, 4237引用代表性论文5,指出“发展能够通过可视化颜色变化探测X射线的新型X射线敏感材料有重大意义”,“迄今仅有少数X射线诱导光致变色材料报道”且“大部分只能在室温以下发生变色,限制了实际应用”,而完成人“成功地合成了具有X射线诱导光致变色性质的配合物”(代表性引文5,必备附件2-5);3苏州大学王殳凹教授在Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7500中指出代表性论文5提出的结构设计方法可以“构筑含有光致变色配体的MOF材料,用于检测X射线。具有两个优点:第一,这些材料对辐射的响应可视,其次,大多数这些固体在使用后都是可回收的,因此可以避免形成有毒液体废物”;4北京理工大学张杰教授在Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56,14458Dalton Trans. 2015, 44, 19041(综述)两篇论文中跟踪研究并图文介绍了代表性论文5报道的X射线诱导光致变色杂化材料,指出可回收、高稳定性、易制备等特性赋予其在X射线传感器中应用的潜力;5在功能杂化材料研究领域非常著名的法国教授Clément Sanchez在综述论文Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 6506中大段介绍了代表性论文5,并指出完成人“通过配体和非心配位金属的协同效应”合成了“首例具有本征二阶NLO光可切换性质的体相电子转移光致变色化合物”(代表性引文6,必备附件2-6);6中国科学院宁波材料技术与工程研究所Chen Liang教授在Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601296综述中指出代表性论文8设计合成的光致变色二芳基乙烯DMOF可以降低二氧化碳捕集和释放的能源成本7华东理工大学光致变色研究领域著名专家田禾院士在Adv. Optical Mater. 2018, 1701278综述中大段介绍了代表性论文8,并指出完成人在光催化捕获/释放二氧化碳方面做出了先锋工作(did a pioneer work)(代表性引文7,必备附件2-7)。

光致变色研究先驱Masahiro Irie等教授把该项目新开拓的电子转移型光致变色材料研究方向列入展望光致变色新前沿的专著《New Frontiers in Photochromism》中(代表性引文8,必备附件2-8)。《中国科学院年报》遴选代表性论文34中国科学院2008年度重要科技创新成果(其他附件3)。完成人应英国皇家化学会邀请撰写了综述论文Chem. Commun., 2010, 46, 361–376(他引205次,ESI高被引论文),首次系统概述了电子转移型光致变色材料,该文发表后连续两月被下载量排名第1和第3,并入选英国皇家化学会祝贺2010年中国春节的8篇代表文章之一(其他附件4)。

六、代表性论文专著目录:

代表性论文1J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8588–8589; A Basket Tetradecavanadate Cluster with Blue Luminescence; Lian Chen, Feilong Jiang, Zhengzhong Lin, Youfu Zhou, Chengyang Yue, and Maochun Hong*

代表性论文2Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3249 –3251; Photochromism of a Methyl Viologen Bismuth(III) Chloride: Structural Variation Before and After UV Irradiation; Gang Xu, Guo-Cong Guo,* Ming-Sheng Wang, Zhang-Jing Zhang, Wen-Tong Chen, and Jin-Shun Huang

代表性论文3Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4149 –4152; Wavelength-Dependent Photochromic Inorganic–Organic Hybrid Based on a 3D Iodoplumbate Open-Framework Material; Zhang-Jing Zhang, Sheng-Chang Xiang, Guo-Cong Guo,* Gang Xu, Ming-Sheng Wang, Jian-Ping Zou, Sheng-Ping Guo, and Jing-Shun Huang

代表性论文4Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3565–3567; Photochromism of a 3D CdII Complex with Two Captured Ligand Isomers Generated In Situ from the Same Precursor; Ming-Sheng Wang, Guo-Cong Guo,* Wen-Qiang Zou, Wei-Wei Zhou, Zhang-Jing Zhang, Gang Xu, and Jin-Shun Huang

代表性论文5J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1088210885; Photochromism and Photomagnetism of a 3d 4f Hexacyanoferrate at Room Temperature; Li-Zhen Cai, Qing-Song Chen, Cui-Juan Zhang, Pei-Xin Li, Ming-Sheng Wang,* and Guo-Cong Guo*

代表性论文6Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3432 –3435; A Room-Temperature X-ray-Induced Photochromic Material for X-ray Detection; Ming-Sheng Wang, Chen Yang, Guan-E. Wang, Gang Xu, Xiang-Ying Lv, Zhong-Ning Xu, Rong-Guang Lin, Li-Zhen Cai, and Guo-Cong Guo*

代表性论文7Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11529 –11531; Electron-Transfer Photochromism To Switch Bulk Second-Order Nonlinear Optical Properties with High Contrast; Pei-Xin Li, Ming-Sheng Wang,* Ming-Jian Zhang, Chen-Sheng Lin, Li-Zhen Cai, Sheng-Ping Guo, and Guo-Cong Guo*

代表性论文8Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9298 –9301; Photoswitching CO 2 Capture and Release in a Photochromic Diarylethene Metal–Organic Framework; Feng Luo, Cong Bin Fan, Ming Biao Luo, Xiao Liu Wu, Yan Zhu, ShouZhi Pu,* Wen-Yuan Xu, and Guo-Cong Guo*

七、主要完成人情况:

姓名

排名

行政职务

技术职称

工作单位

完成单位

对本项目贡献

郭国聪

1

所长助理、国重室主任

研究员

中国科学院福建物质结构研究所

中国科学院福建物质结构研究所

项目主要负责人,也是项目整体设计者和指导者,在项目实施过程中主要承担项目结构设计、基金申请、实验指导、数据分析、研究结果总结、论文写作和论文修改等方面的工作,是代表性论文2345678的通讯作者。对本项目的所有重要科学发现均有重要贡献。

王明盛

2

研究员

中国科学院福建物质结构研究所

中国科学院福建物质结构研究所

参与实验设计和操作、数据分析、研究结果总结、论文写作等方面的工作,是代表性论文46的第一作者,代表性论文57的通讯作者。对金属紫精光致变色材料、室温广谱响应X射线诱导光致变色材料、NLO晶体倍频效应调制等科学发现具有重要贡献。

陈莲

3

研究员

中国科学院福建物质结构研究所

中国科学院福建物质结构研究所

参与实验设计和操作、数据分析、研究结果总结、论文写作等方面的工作,是代表性论文1的第一作者。对于理解光激发态的退激过程和指导光致变色过程的选择控制具有重要贡献。

徐刚

4

研究员

中国科学院福建物质结构研究所

中国科学院福建物质结构研究所

参与实验设计和操作、数据分析、研究结果总结、论文写作等方面的工作,是代表性论文2的第一作者。对光致变色材料的光晶体学研究及变色功能结构敏感部位的揭示具有重要贡献。

洪茂椿

5

所学术委员会主任

研究员

中国科学院福建物质结构研究所

中国科学院福建物质结构研究所

项目学术思想总指导,是代表性论文1的通讯作者。对于理解光激发态的退激过程和指导光致变色过程的选择控制,指明光致变色研究方向,具有重要贡献。

八、完成人合作关系说明:

第一完成人郭国聪研究员1999年从香港中文大学毕业后,受聘到中国科学院福建物质结构研究所并任课题组组长,参加第五完成人洪茂椿院士作为首席科学家主持的中国科学院知识创新工程项目“无机-有机杂化材料及其功能研究”(350万元,2000.12-2003.12;其他附件5),在学术思想、研究方向和研究内容等方面受到洪茂椿院士的指导并且经常研讨。该项目的研究成果是自上述项目启动以来两个课题组长期合作的结果。

第一完成人郭国聪研究员是第二、第四完成人的指导老师,为代表性论文2-8的通讯作者。第二完成人是代表性论文46的第一作者,代表性论文57的通讯作者。第三完成人是代表性论文1的第一作者。第四完成人是代表性论文2的第一作者。第五完成人洪茂椿院士是第三完成人的指导老师,为代表性论文1的通讯作者。

该项目所有完成人的合作成果“无机-有机杂化光功能材料的设计和调控”(郭国聪、洪茂椿、王明盛、陈莲、徐刚)获2013年度福建省自然科学奖一等奖。