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无机化学小论文格式

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FTO玻璃因其特殊性,在染料敏化太阳能电池,电致变色和光催化方面对其透光率和导电率都有很高的要求,其综合性能常用直属FTC来评价:FTC=T10/RS。T是薄膜的透光率,RS是薄膜的方阻值;在光学应用方面,则要求其对可见光有好的透射性和对红外有良好的反射性。对其基本要求是:①表面方阻低,②透光率高,③面积大、重量轻,④易加工、耐冲击。透明导电玻璃制备方法FTO透明导电玻璃的制备方法有,物理方法:溅射法、真空蒸发镀膜法、离子辅助沉积镀膜法等;化学方法:喷雾热解法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等。目前适合批量生产且研发较多的有真空蒸发镀膜法、磁控溅射法、化学气相沉积法和喷雾热解等方法![1]化学气相沉积法和真空镀膜法制备的薄膜和玻璃基板的结合强度不够,溶胶-凝胶法制备的导电薄膜电阻较高。适合于批量生产且已经形成产业的工艺,只有磁控溅射法和溶胶-凝胶法。特别是,溅射法由于具有良好的可控性和易于获得大面积均匀的薄膜。磁控溅射法镀膜:溅射镀膜(sputtering deposition)是指用离子轰击靶材表面,使靶材的原子被轰击出来,溅射产生的原子沉积在基体表面形成薄膜。溅射镀膜有二级、三级或四级溅射、磁控溅射、射频溅射、偏压溅射、反应溅射、离子束溅射等装置。目前最常用的制备CoPt 磁性薄膜的方法是磁控溅射法。磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气,在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁) 之间施加几百K 直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面,将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间,便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。真空蒸发镀膜:真空蒸发镀膜(vacuum vapor deposition)是在工作压强低于10-2 Pa,用蒸发器加热物质使之汽化蒸发到基片,并在基片上沉积形成固态薄膜的一种工艺方法。真空蒸发的加热方式主要有电阻加热蒸发、电子束加热蒸发、高频加热蒸发和激光加热蒸发等。对于镀制透明导电氧化物薄膜而言,其真空蒸发镀膜工艺一般有三种途径:(1)直接蒸发氧化物;(2)采用反应蒸发镀,即在蒸发金属的同时通入氧气进行化学反应生成金属氧化物;(3)对蒸发金属镀膜进行氧化处理。溶胶-凝胶法:溶胶-凝胶法(so1-gel)是近年来发展起来的能代替高温固相合成反应制备陶瓷、玻璃和许多固体薄膜材料的一种新方法。它将金属醇盐或无机盐经溶液、溶胶、凝胶而周化,再将凝胶低温处理变为氧化物的方法,是应用胶体化学原理制各无机材料的一种湿化学方法。溶胶-凝胶工艺是一种制备多元氧化物薄膜的常用方法。按工艺可分为浸涂法和旋涂法。浸涂法是将衬底浸人含有金属离子的前驱体溶液中,以均匀速度将其提拉出来,在含有水分的空气中发生水解和聚合反应,最后通过热处理形成所需薄膜;而旋涂法则是通过将前体溶液滴在衬底后旋转衬底获得湿膜。化学气相沉积法:化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态薄膜沉积在加热的固态衬底表面,是一种重要的薄膜制各方法。CVD法所选的反应体系必须满足:(1)在沉积温度下,反应物必须有足够的蒸汽压;(2)化学反应产物除了所需的沉积物为固态外,其余必须为气态;(3)沉积物的蒸汽压应足够低,以保证能较好地吸附在具有一定温度的基体上,但此法因必须制各具有高蒸发速率的铟锡前驱物而使生产成本较高。影响化学气相沉积薄膜的工艺参数很多,包括基体温度、气压、工作气体流量和反应物及其浓度等。化学气相沉积技术的主要特点包括:设备及工艺简单、操作维护方便、灵活性强;适合在各种形状复杂的部件上沉积薄膜:由于设备简单,薄膜制备的成本也比较低。但是,薄膜的表面形貌很大程度上受到化学反应特性以及能量撒活方式的影响。喷雾热分解法:喷雾热分解法是化学法成膜的一种,其过程与APCVD法比较相似。它是将前驱体溶液在高压载气的作用下雾化,然后输送到基片表面,在高温作用下,前驱体溶液发生一系列复杂的化学反应,在基片表面上得到需要的薄膜材料。而反应副产物一般是通过气相形式排出反应腔。常用的高压载气主要有:压缩空气、氮气、氩气等等。但是由于压缩空气中常含有大量的水蒸气,所以用氮气作为载气的情形比较多。如果需要在基片表面上发生分解反应,基片温度一般在300℃以上,在玻璃上制备FTO薄膜的基片温度一般为500℃。影响最终薄膜性能的喷涂参数有:载气压力、前驱体溶液流量、基片温度、喷口与基片的距离、喷枪移动速度等等[2]。在成膜过程中基材的温度、液体的流速、压缩气体的压力以及喷嘴到基材的距离等参数均可实现精确控制[3]。3 FTO透明导电玻璃的研究现状、应用及发展趋势透明导电玻璃的研究现状自1907年Badeker首次报道了热氧化溅射的Cd薄膜生成半透明导电的CdO薄膜,引发了对透明导电氧化物(TCO)薄膜的研究。1950年前后出现了硬度高,化学稳定性好的SnO2基薄膜及综合光电性能优良的In2O3基薄膜,ZnO基薄膜的研究始于2O世纪80年代 。目前研究和应用较多的TCO薄膜主要有SnO2、In2O3。和ZnO基三大体系,其中以In203:Sn(ITO),SnO2 :F(FTO)和ZnO:Al(ZAO)最具代表性,这些薄膜具有高载流子浓度(1018~1021cm-3)和低电阻率(10-3~1O-4Ω•cm),且可见光透射率8O%~90%,使这些薄膜已被广泛应用于平面显示、建筑和太阳光伏能源系统中。[4] 已经商业化应用的TCO薄膜主要是In2O3Sn(ITO)和SnO2:F(FTO)2类,ITO由于其透明性好,电阻率低,易刻蚀和易低温制备等优点,一直是显示器领域中的首选TCO薄膜。FTO薄膜由于其化学稳定性好,生产设备简单,生产成本低等优点在节能视窗等建筑用大面积TCO薄膜中,具有很大的优势[5]。Sn02:F(FTO)掺杂体系是一种n型半导体材料,表现出优良的电学和光学性能,并且耐腐蚀,耐高温,成本低,化学稳定性好,是现在研究较多,应用范围较广的一类TCO薄膜。苗莉等[6]采用喷雾热解法,以NH4F、SnCl2•2H20为原料,在普通玻璃衬底上制备出了方块电阻最低达到Ω/口,可见光透光率为%的FTO薄膜,且薄膜晶粒均匀,表面形貌平整致密。Yadav等[7]采用喷雾热解法,制备了不同厚度的FTO薄膜,最低电阻率达到 X 10-4 Ω•cm。Moholkar等[8]采用喷雾热解法,制备了不同掺F浓度的FTO薄膜,研究了氟的掺杂浓度对Sn02薄膜的光学,结构和电学性能的影响。中国科学院等离子体物理研究所的戴松元小组[9、10]将FTO用于染料敏化太阳电池的透明电极,并获得较高的光电转换效率。射频溅射:射频溅射的基本原理是射频辉光放电。国内外射频溅射普遍选用的射频电源频率为13.56MHz,以防止射频信号与无线电信号的相互干扰。通常直流溅射的基本过程是,从阴极发出的电子,经过电场的加速后获得足够的能量,可以使气氛气体发生电离。正离子在电场作用下撞击阴极表面,溅射出阴极表面的原子、分子到衬底表面发生吸附、凝聚,最终成膜。直流溅射不能用于绝缘体材料的薄膜制备,因为绝缘材料在受到正离子轰击时,靶材表面的正离子无法中和,使靶表面的电位逐渐升高,导致阴极靶与阳极问的电场减小,当靶表面电位上升到一定程度时,可以使气体无法电离,溅射无法进行。而射频溅射适合于任何一种类型的阻抗耦合,电极和靶材并不需要是导体,射频溅射非常适合于制备半导体、绝缘体等高熔点材料的薄膜。在靶材表面施加射频电压,当溅射处于上半周时,由于电子的质量比离子的质量小很多,故其迁移率很高,用很短时间就可以飞向靶面,中和其表面积累的正电荷,从而实现对绝缘材料的溅射,并且在靶表面又迅速积累起了大量的电子,使其表面因空间电荷而呈现负电位,导致在射频溅射正半周期,也可吸引离子轰击靶材。从而实现了在电压正、负半周期,均可溅射。磁场的作用是将电子与高密度等离子体束缚在靶材表面,可以提高溅射速度。[11]用JPGF一450型射频磁控溅射系统在玻璃衬底上制备SnO2:F薄膜,系统的本底真空度为10-3Pa.溅射所用陶瓷靶是由纯度为%SnO2和NH4F,粉末经混合、球磨后压制成坯,再经1300℃烧结而成,靶中NH4F的重量比是%,用纯度为99.99% 的氩气和氧气作为工作气体,由可控阀门分别控制气体的流量。溅射过程中,控制真空室内氩气压强为1Pa,氧分压为— Pa,靶与衬底间的距离为5cm.溅射功率为150W,溅射时间为25 min,衬底温度为100℃。用RIGAKU D/MAX—yA型x射线衍射(XRD)仪(CuKa辐射波长, nm)测试样品的结构,用APHM一0190型原子力显微镜(AFM)观测样品的表面形貌,使用 rv一1900型紫外可见光分光光度计测量样品的吸收谱,使用激发源为325 nm的He—Cd激光器的光谱仪测量样品的室温光致发光谱,使用普通的万电表测试它的导电性(前提是尽量保持测量条件的一致性)。透明导电玻璃的应用FTO透明导电玻璃具有优良的光电性能,被广泛用于太阳能电池的窗口材料、低损耗光波导电材料及各种显示器和非晶硅太阳能电池中作为透明玻璃电极等,与生活息息相关。在薄膜太阳电池上的应用太阳能电池是利用光伏效应,在半导体p-n结直接将太阳光的辐射能转化成电能的一种光电器件。TCO薄膜是太阳电池关键材料之一,可作为染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSCS)[12]等的透明电极,对它的要求是:具有低电阻率(方块电阻Rsh约为15Ω/□);高阳光辐射透过率,即吸收率与反射率要尽可能低;化学和力学稳定性好的特点。在薄膜太阳电池中,透明导电膜充当电极,具有太阳能直接透射到作用区域几乎不衰减、形成p-n结温度较低、低接触电阻、可同时作为防反射薄膜等优点。在显示器上的应用显示器件能将外界事物的光、声、电等信息,经过变换处理,以图像、图形、数码、字符等适当形式加以显示。显示技术的发展方向是平板化。在众多平板显示器中,薄膜电致发光显示由于其主动发光、全固体化、耐冲击、视角大、适用温度宽、工序简单等优点,引起广泛关注,并发展迅速。FTO薄膜具有可见光透过率高、电阻率低、较好的耐蚀性和化学稳定性,因此被广泛用作平板显示器的透明电极。在气敏元件上的应用气体传感器是把气体的物理、化学性质变换成易处理的光、电、磁等信号的转换元件。半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。二氧化锡薄膜气敏器件具有灵敏度高、响应速度和恢复速度快、功耗低等特点,更重要的是容易集成。随着微电子技术的发展,传感器不断向智能化、微型化方向发展。[13]在建筑幕墙玻璃及透明视窗上的应用喷雾热解法制各的FTO薄膜能用于阳光节能玻璃,对可见光高透射,但对红外光高反射,其反射率大于70%。让阳光中可见光部分透过,而红外部分和远红外反射。阳光中的可见光部分对室内采光是必需的,但可将红外部分的热能辐射反射回去,能有效调节太阳光的入射和反射。利用FTO薄膜在可见光区的高透射性和对红外光的高反射性,可作为玻璃的防雾和防冰霜薄膜。 FTO透明导电玻璃的发展趋势随着LCD的商品化、彩色化、大型化和TFT的驱动或太阳能电池的能量转变效率的提高,人们对透明导电氧化物(TCO)薄膜的要求越来越严格,至少需要满足如下条件:(1)导电性能好,电阻率较低;(2)可见光内透光率较高:(3)镀膜温度更接近室温,能大面积均匀地镀膜;(4)膜层加工性能好,可以进行高精度低损伤腐蚀;(5)热稳定性及耐酸、碱性优良,硬度高;(6)表面形状良好,没有针孔;(7)价格较低,可实现大规模工业化生产。目前,TCO薄膜已普遍达到下列水平:膜厚为500 nm的情况下电阻率在10-4 Ω•cm数量级,在可见光区透光率达80%,载流子迁移率一般达到40cm2/(v•s)。虽然TCO薄膜的性能指标可以满足当前应用需要,但随着器件性能的不断提升,对TCO薄膜提出了更高的性能要求。一些学者提出了TCO薄膜发展的一个量化的前景指标:禁带宽度>3 eV,直流电阻率~5×10-5 Ω•cm,可见光段在自由电子作用下的吸收系数<2x103 cm-1,载流子迁移率>100 cm2/(v•s)。几十年来,人们一直在努力提高透明导电薄膜的透明性和导电性。SnO2:F(TFO)透明导电薄膜由于其兼备低电阻,高的可见光透过率,近红外高的反射率,优良的膜强度和化学稳定性等优点,越来越受到人们的青睐,必将在平板显示器件、建筑物玻璃和气敏传感器等众多领域中得到更广泛的应用。利用溅射法制备FTO透明导电玻璃它的生产工艺简单,操作方便,利于控制。成本较低,原料易得,但在制备过程中NH4F加热分解放出有污染的氮氧化物和氨烟,这对以后商业化生产造成了很大的制约。所以对原料的改进和污染的控制方面还有待开发。4 制备条件对膜结构及光电性能的影响长安大学材料科学与工程学院段理等做了磁控溅射制备银掺杂ZnO薄膜结构及光电性质研究实验,发表了文献[14],并在文献14中得出了——的结论。制备条件对膜厚的影响文献中采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了银掺杂ZnO薄膜,当薄膜淀积时间从30rain延长到90min时,薄膜的厚度几乎按照线性关系从约270nm增加到820nm,即薄膜的淀积速率大致稳定在9nm/min左右,为匀速生长。溅射功率与膜厚呈线性增长,及沉淀速率与溅射功率大致呈线性关系。制备条件对膜结构的影响晶体质量随溅射功率的增大而降低,随溅射气压的增大而降低。制备条件对膜光电性质的影响在固定溅射总气压的条件下,增大氧分压可以增强薄膜的紫外发光强度,增大薄膜的载流子浓度。 退火对薄膜的影响退火能显著提高薄膜晶体质量,并增强薄膜的PL发光强度和导电能力,其原因是退火能使银离子完成对锌离子的替代从而形成受主。[15]5 退火后处理对膜结构与成分的影响光敏薄膜的光电、形貌性能与退火处理密切相关,退火处理优化了薄膜表面形貌、减小了光学能隙、增大了薄膜的导电率和载流子迁移率。光敏薄膜性能的优化,有利于增大聚合物太阳电池的填充因子、开路电压和短路电流,对于提高其能量转换效率、改善器件光伏性能具有非常重要的意义。[16]分别对较低氧分压反应磁控溅射制备的 薄膜进行氧化性气氛和惰性气氛退火。通过XRD和SEM 分析,发现氧化性气氛退火薄膜为表面多孔的金红石结构 ,而惰性气氛退火薄膜表面较为致密,结构分析不仅观察到金红石结构的 ,还发现了四方结构的 。XPS表面分析进一步表明,氧化性气氛退火后,薄膜成分单一,未氧化的 完全氧化成稳定的 ,而且具有稳定结构的 薄膜表面吸附水很少。相对而言,惰性气氛退火后,薄膜表面 、 和 共存,表面化学吸附氧和吸附水较明显,薄膜的稳定性降低。[17]6 FTO导电玻璃制备相关参数根据范志新等所提出的理论表达式: 带入相关数据可得到,SnO2:F(FTO)的最佳掺杂含量为[18]通过对比总结,参考大量数据,选择溅射功率:100W,溅射压力:5Pa,溅射时间:,溅射靶距:38mm[13、19]做产品。进行相关参数的选择与优化。7 参考文献1、张志海, 热解法制备氟掺杂二氧化锡导电薄膜及其性能研究 合肥工业大学2、汪振东, 玻璃基TiO<,2>-SiO<,2>/SnO<,2>:F薄膜的喷雾热分解法制备和表征 武汉理工大学3、郝喜红, 喷雾热解法制备掺杂二氧化锡导电薄膜 西安建筑科技大学4、张明福等, 透明导电氧化物薄膜研究的新进展 压电与声光5、方俊 杨万莉, n型透明导电氧化物薄膜的研究新进展 陶瓷6、苗莉等, SnO2:F导电薄膜的制备方法和性能表征 材料导报7、Yadav A A,Masumdar E U,Moholkar A V,et a1.Effect of quantity of spraying solution on the properties of spray deposited fluorine doped tin oxide thin films[J].Physiea B:Condensed Matter,2009,404(12—13):1874 - 1877.8、Moholkar A V,Pawar S M,Rajpure K Y,et a1.Effect of fluorine doping on highly transparent conductive spray deposited nanocrystalline tin oxide thin films[J].Applied Surface Science,2009,255(23):9358—9364.9、Dai S,Wang K,Weng J,et a1.Design of DSC panel with efficiency more than 6%[J1.Solar Energy Materials and Solar Ceils,2005,85(3):447—455.10、Huo Z,Dai S,Wang K,et a1.Nanocomposite gel electrolyte with large enhanced charge transport properties of an 13-/I- redox couple for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells[J].Solar Energy Materials and Solar Cells,2007,91(20):1959-1965.11、王璟和,射频溅射法制备透明导电陶瓷薄膜 天津大学12、姜磊等, 染料敏化太阳电池研究进展 内蒙古大学学报(自然科学版)13、曾志峰等, 射频溅射法制备掺杂SnO2纳米薄膜的研究 武汉大学学报(理学版)14、段理、樊小勇等, 磁控溅射制备银掺杂 薄膜结构及光电性质研究 材料导报(研究篇)15、SunLL,TanO K,ZhuW G,et a1.Pb(Zro 3Ti0. 7)03/Pb-TiO3 multilayer thin films for pyroelectric infrared sensorapplication[J].J Appl Phys,2006,99(9):0941016、顾锦华、钟志有等, 真空退火处理对光敏薄膜及聚合物太阳电池性能的影响 中南民族大学学报(自然科学版)17、王磊、杜军等, 退火气氛对SnO2薄膜结构与成分的影响 材料导报18、范志新等, 二氧化锡薄膜的最佳掺杂含量理论表达式 电子器件19、刘庆业等, 射频溅射法研制SnO2纳米薄膜 广西师范大学学报(自然科学版)

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无机化学小论文题目

化学专业成教毕业论文参考题目一、教学法方向1.国外化学课程改革的历史及发展趋势研究2.我国化学课程改革的历史及发展趋势研究3.国外典型化学课程、教材的基本理念和内容体系研究4.我国化学新课标教材专题内容的横向比较研究5.我国高中化学新课标必修教材和选修教材的功能定位和内容体系研究6.我国高中化学新课标教材中各个栏目的教学价值、活动设计和教学策略研究7.科学探究的本质及科学探究教学的有效策略研究8.初、高中化学新课标教材的内容衔接研究9.化学实验教学的理论和实践研究10.化学教师的教学理念和教学行为研究11.试论化学教学的艺术12.化学基础理论的教学策略研究13.化学基本概念的教学策略研究14.元素化合物的教学策略研究15.高中化学课程资源的开发策略研究——以《某***节内容为例》16.教学反思与化学教师的专业成长17.有效探究教学设计初探——以《某***节内容为例》18.化学教学中的科学方法教育19.初、高中学生化学学习兴趣、动机的研究20.高一新生化学学习障碍的成因分析研究21.农村学生化学学习动机的调查研究22.论化学教材中插图的价值与使用策略23.化学教学中实施绿色化学教育的策略研究24.化学新课程教学中的问题与对策初探25.基于观念建构的化学基本概念教学策略——以《******》教学为例26.化学教师的教学理念与教学行为一致性程度研究27.先行组织者理论在化学教学中的应用研究28.科学探究中的科学本质教育29.化学教师的科学探究观调查研究30.有效实施科学探究的教学设计策略研究31.论化学探究性学习的评价性问题32.化学课堂教学逻辑设计的问题探讨33.新课程背景下教学设计中存在的问题与对策探讨34.新课程背景下高中化学教师教学行为的适应性研究35.论化学课堂提问的优化36.化学教师对模型的认识与应用研究37.合作学习在化学实验教学中的案例初探38.中学化学教学中的环境及可持续发展教育39.室内空气污染的来源,对人体健康的影响及防治对策研究40.试论光化学烟雾的形成条件、机理、危害及防治措施41.化学教学中开展研究性学习案例初探42.中学化学实验绿色化研究43.论高中化学章节间的结构联系44.污染中有机污染物的调查及处理45.试论多媒体教学手段在中学化学教学中的应用 自考课程免费试听46.试论我国的酸雨问题及防治对策47.化学学困生的成因及防治策略48.有效利用化学史的教学策略49.例谈教学中化学与其它学科的综合50.试论有效学习情境创设的有效策略 二、分析化学方向1.化学与食品安全2.化学与农药残留 3.化学与环境4.化学与现代农业5.化学与生命6.微量元素与人体健康 7.维生素与人体健康8.化学与能源和资源的利用9.浅谈在化学教学中绿色化学观念的渗透10.环境教育在中学教学中的意义11.溶液酸碱度的表示法----PH值的教学研究与设计12.浅谈化学定性分析实验在中学化学教学中的重要性13.如何增强化学定性分析实验的趣味性 三、物理化学方向1.各种体系的状态性质加和性的比较研究2.热力学公式导出条件与应用条件分析3.三相平衡线的热力学分析4.热力学标准态和标准热力学函数5.胶体分散系的稳定理论评述6.反应进度的概念及在物理化学中的应用7.根据热力学原理讨论浓度对化学平衡的影响8.中学化学教学中有关化学平衡原理的探讨9.中学化学教学中有关化学反应速率知识的探讨10.“化学反应原理”模块教学方法探讨11.新课标体系中《化学反应原理》模块知识解析——化学反应的方向和限度 四、结构化学方向1.利用一维势箱模型处理共轭体系2.波函数与电子云3.电子运动的宏观性与微观性4.电子结构与元素周期律5.第二周期双原子分子及其离子共价键结构比较6.几种典型分子化学键的比较与探讨7.有关氢键理论研究的现状及前景8.金属晶体的堆积型式与点阵型式9.离子晶体的堆积型式与点阵型式 五、有机化学方向1. 《化学必修2》模块中有机化合物知识内容变化及教学策略探究2. 高中课程标准选修模块《有机化学基础》教材内容建构3 近三年来新课标高考理综有机化学试题分析研究4. 在新课程中有机化学实验教学研究5. 有机化学实验教学中绿色化学教育的实践6.烷、烯或炔制备的改进(可选其中之一)7. 新课程理念下有机化学教学改革方式探索8.“苯、芳香烃"课堂教学探讨9.有机分子不饱和度的计算及在解题中的应用10.试论中学有机化合物的教学特点11.如何增加有机化学实验的趣味性12.有机实验在有机化学教学中的作用13.如何在“煤和石油”的教学中让学生了解我国的石化工业14.含氧有机化合物教学中结构与性质关系的探讨15.中学有机实验改进意见16.影响有机物水溶性因素的探讨17.有机物命名中常见的错误18.搞好有机化学复习的几点体会19.有机化合物的同分异构现象20.有机化合物的酸碱性及其结构因素21.中学有机化学教学中注重与实际联系的点滴做法

无机化学是化学、材料、医药、化工、检验等许多专业必修的一门重要基础课程,下面我给大家分享无机化学学术论文,大家快来跟我一起欣赏吧。

生物无机化学研究进展

摘 要:本文主要叙述了生物无机化学的研究进展。主要从对含有微量元素的蛋白的突变、结构及性质的研究;酶的模拟;无机药物化学;金属元素中毒的研究等四个方面来介绍现在生物无机化学的进展。

关键词:生物无机化学;蛋白质;螯合剂;酶;无机药物化学

中图分类号:O62 文献标识码:A

文章编号:1009-0118(2012)07-0207-02

生物无机化学是无机化学和生物化学交叉的领域。它的任务是研究金属与生物配体之间的相互作用,它有赖于无机化学和生物化学两门学科水平的发展。由于研究方法的进展,使得揭示生命过程中的生物无机化学成为可能。生物无机化学主要分为两部分:一是研究生物体本身微量元素的作用,二是研究外界微量元素对机体的影响。

一、研究生物体本身微量元素的作用

(一)含有微量元素的蛋白的研究

含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象,做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物,与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性,但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白,确定其结构、性质。

现在热门的蛋白有硒蛋白,因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用,主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面,但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。

另外,也有对细胞色素进行研究。如官墨蓝等对细胞色素b5的突变体做了研究。为了深入了解细胞色素b5的64位氨基酸对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响,对细胞色素b5第64位氨基酸残基进行保守性和非保守性突变。研究表明,细胞色素b5第64位氨基酸残基对稳定血红素辅基和维持蛋白的结构有重要的作用,在64位引入其他氨基酸残基使蛋白结构不太稳定。

(二)酶的模拟

酶的模拟就是从酶中挑选出起主导作用的因素来设计合成一些能表现生物功能的、比天然酶简单得多的非蛋白分子,通过研究它们来模拟酶的催化过程,找到控制生化过程的因素,从而得到更好的催化剂。

如硒酶的研究。通过对硒酶结构与功能的模拟,人们不仅可以了解硒酶结构与功能的关系,还可以进一步开发与硒酶相关的药物。对于硒酶的合成主要有三种方法,一是对硒酶进行化学模拟,二是对硒酶进行化学修饰,三是用基因工程方法生产含硒酶。对硒酶化学模拟主要集中在硒酶活性中心催化三联体Se-N的相互作用的模拟中。在这个方面主要有合成含有Se-N键的硒酶模拟物和在硒原子的附近引入氮原子,用分子内的螯合作用间接形成分子内螯合物,达到Se-N键的作用。对硒酶化学修饰主要方面有:1、将天然酶改造为含硒酶;2、设计含硒生物印迹酶;3、设计含硒抗体酶。硒蛋白模拟物在理解硒酶的生化作用中起着非常重要的作用。硒蛋白模拟物在抗氧化、抗癌及抗滤过性病原体等范围具有治疗潜能。

又如刘海洋等对核酸酶的化学模拟。核酸酶的化学模拟对于生物技术和分子生物学研究具有重要意义,Corrole是具有共轭电子结构的大环化合物,其结构上导致其配位化学行为易与金属形成配合物,其形成的配合物在许多反应中均有催化活性。该科研组研究了单羟基Corrole锰配合物对DNA的催化氧化断裂作用。结果表明,锰Corrole配合物可催化DNA的氧化断裂,而且断裂程度随着反应时间的增加而增加。宋玉民等研究了全反式维甲酸合钇配合物对DNA的切割和键合作用。实验表明,该配合物在生理条件下比配体和金属离子能更有效地切割质粒DNA。岳蕾等研究了铬配合物切割DNA的活性。研究表明,在H2O2存在条件下,Cr的配合物[Cr(bzimpy)2]+具有氧化切割DNA的活性,但被切割的DNA可被大肠杆菌修复。

对于固氮酶模拟的报道比较多。模拟固氮酶的目的主要是在温和的条件下将空气中的氮分子转化成有机化合物,从而加以利用。对固氮酶的活性中心模拟主要是钼铁硫原子簇,另外还有钼-硫醇等等的研究报道。

二、研究外界微量元素对机体的影响

(一)无机药物化学

无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中,顺铂药物目前仍在临床上使用,主要有四种铂配合物:顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来,人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物,与卡铂结构类似的有机锡化合物,以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面,从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来,人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手,所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大的发展前景。除了合成新的药物外,在原有的药物基础上对原有的药物进行改良也是未来的科研方向,因为原有的药物具有较高的毒副作用,且抗癌范围较小。所以在无机抗癌药物这一方面,合成具有广谱高效抗癌活性且有较低的毒副作用和较长的持续时候的抗癌药物是主要发展方向;另外,对于无机金属药物的抗癌机理尚没有统一的理论,因此研究无机抗癌药物的作用机理也是主要研究方向。

无机药物在其他方面也有重要的应用。如金配合物在抗类风湿方面的应用,应用治疗类风湿关节炎有金Au的硫醇盐。在治疗胃病的过程中,铝盐也是主要依赖的药物,含铋的化合物是治疗胃溃疡的的主要药物。在无机药物的研究中,尚不清楚各种药物对机体疾病的治疗机理,所以研究无机药物的作用机理具有较大的前景。

放射照影药物的发展也是无机药物的发展方向。由于放射示踪、核磁共振在医学上的应用,使得各种造影剂的成为医生临床应用不可或缺的一个方面,如钡的造影剂。

(二)金属元素中毒的治疗

在外界的金属元素超过机体所需的浓度后,该元素就会对机体产生负面效应,引起疾病。元素的毒性主要因为它与机体基团的强配合性。对金属元素中毒的治疗主要是研究具有更强螯合能力的的螯合剂,使其跟有毒的金属离子结合形成更加稳定配合物,然后排出体外。理想的螯合剂须满足以下的条件:1、水溶性,且在生理的pH条件下有足够的螯合能力;2、分子大小和结构必须合适;3、必须专一迅速结合金属元素;4、很容易从体内排出;5、没有明显的毒性。如用EDTA来排出多余的离子,EDTA螯合性虽然很强,却选择性不强,在排出有害的金属离子的同时,同时也会损失一些有益的离子。如用去铁草胺B去除多余的铁,但是它不能去除血红素或运铁蛋白中的铁。现在的医用螯合物的研究方向主要是研究新的药剂,因为现在的螯合剂无论是在种类还是排出金属中毒的效率都不能满足医学的需要。

三、生物无机化学的发展趋势

生物无机化学以后的发展趋势是生命科学与技术进行有机紧密的融合。

对蛋白质分子进行研究,研究其具有生物功能的原理。人类的基因仅有几万个,而蛋白质却有十几万种,这说明生命的复杂性需要从蛋白质上去解释。而目前已知的蛋白和酶约有1/3需要金属离子作为辅助因子才能发挥作用,所以阐明这些生物大分子的结构和生物功能非常重要。对核酸的研究。研究金属元素对核酸的序列、构型、区域的选择性识别调控是生物无机化学的一个主要热点。如现在发现许多锌脂蛋白对DNA或RNA有调控作用。对这方面的研究将对以后的无机药物产生重要的影响。

既然21世纪生命科学会是研究热点之一,那么与生命科学紧密联系的生物无机化学也必将因此得到极大的发展,因此也将为人类作出更大的贡献。

参考文献:

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无机化学报

无机化学学报审稿速度《化学研究》一般20天就有消息,审稿算是快的了,化学类均可。投稿费用,50元/页。除此以外,化学研究比较提倡写短文章,一般不超过4页。

主要报道我国无机化学领域的基础研究和应用基础研究的创新成果,内容涉及固体无机化学、配位化学、无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学、理论无机化学、超分子化学和应用无机化学、催化等,着重报道新的和已知化合物的合成、热力学、动力学性质、谱学、结构和成键等。

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