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纳米技术 纳米是长度单位，原称毫微米，就是10的-9次方米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。 纳米技术包含下列四个主要方面： ⒈纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 ⒉纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。 ⒊纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。 ⒋纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。 在1998年的四月，总统科学技术顾问，Neal Lane 博士评论到，如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响，我会说该个启动计划建立一个名为纳米科技大挑战机构，资助进行跨学科研究和教育的队伍，包括为长远目标而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括： 把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中，这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。由自小到大的方法制造材料和产品，即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。生产出比钢强度大10倍，而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便，更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率，使今天的奔腾?处理器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送纳米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物，得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。 什么是纳米科技？ 纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。 纳米科技的研究内容 创造和制备优异性能的纳米材料 设计、制备各种纳米器件和装置 探测和分析纳米区域的性质和现象 什么是纳米？ 纳米是尺寸或大小的度量单位： 千米（103 ）→米→厘米→毫米→微米→纳米（ 10-9） 4倍原子大小，万分之一头发粗细 纳米科技研究什么问题？ 生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物；信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网几乎可以改变人们的生活方式。 纳米科学是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。 还原论：把物质的运动都还原到原子、分子这一层面上。原子论和量子力学取得了巨大的成功。有机合成；分子生物学；转基因食品、克隆羊；原子光谱和激光；固体电子论和IC；几何光学到光纤通讯。 宏观世界上经典物理、化学、力学的巨大成就：计算机和网络、宇宙飞船、飞机、汽车、机器人等改变了人们的生活方式 科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界，另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个过渡区--纳米世界。 例：分子合成 ≤, →活体 微电子技术在μm, 显微外科只能连接大、小、微血管 ≤ PM10和的微粒 50年代，钱老“物理力学”是企图连接两个世界的前驱工作之一 图中显示用扫描隧道显微镜 的针尖在铜表面上搬运和操 纵48个原子，使它们排成圆 形。圆形上原子的某些电子 向外传播，逐渐减小，同时 与相内传播的电子相互干涉 形成干涉波。 几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合”在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质。这种“组合”被称为“超分子”或“人工分子”。“超分子”性质，如熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和染、颜色及水溶性有重大变化。当“超分子”继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去，像真是一些长不大的孩子。 在10nm尺度内，由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合及探测、应用它们---纳米科学技术的主要问题。 原子和分子的微观世界和宏观世界的过渡区内的新现象和新规律 探测纳米长度内物理、化学生物信息的新原理和新方法 新概念和新理论：强关联、强场、快过程、少粒子的量子体系 应用 新科学还是老理论的翻版？ 历史悠久的新科学技术 西汉铜镜和黑漆鼓 徽墨 漆器 催化剂材料 感光材料和彩色胶片 含有高岭土颗粒的轮胎 WHY？不清楚 近十年，计算机和材料设计；探测技术STM、AFM、SNOM；IC和生命科学的推动；制备技术发展；理论的发展 高强度和高韧性、可自修复、有智能、可再生→新一代纳米材料 为什么小尺寸会有如此重要的影响？ 表面效应 小尺寸效应 量子限域效应 研究目标和可能的应用 材料和制备：更轻、更强和可设计；长寿命和低维修费；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复； 微电子和计算机技术：2010年实现线条为100nm的芯片，纳米技术的目标为：纳米结构的微处理器，效率提高一百万倍；10倍带宽的高频网络系统；兆兆比特的存储器（提高1000倍）；集成纳米传感器系统； 医学与健康 快速、高效的基因团测序和基因诊断和基因治疗技术；用药的新方法和药物'导弹'技术；耐用的人体友好的人工组织和器官；复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统 航天和航空 低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米测试、控制和电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料 环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境； 孔径为1nm的纳孔材料作为催化剂的载体；MCM-41有序纳孔材料（孔径10-100nm）用来祛除污物；纳米颗粒修饰的高分子材料 生物技术和农业 在纳米尺度上，按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。，生物仿生化学药品和生物可降解材料，动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等
我们如何正确运用纳米技术？
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势 纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。 纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒为7urn的pd，屈服应力比粗晶pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望， 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（nsf）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国darpa（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如 ogala计划、erato计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划，1997年，纳米科技投资亿美元；德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划；英国政府出巨资资助纳米科技的研究；1997年西欧投资亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从亿美元增 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。 2国际动态和发展战略 1999年7月8日《自然》（400卷）发布重要消息 题为“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴 起”。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原亿美元的资助强度提高到亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道，美国政府决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月，美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功100urn芯片，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。 最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 3国内研究进展 我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。 目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达 92％，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常hall－petch效应。 近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mm 3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（crn）、磷化钴（cop）和硫化锑（sbs）纳米微晶，论文发表在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳（cc14）制成金刚石”一文，予以高度评价。 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，中科院上海硅酸盐研究所、南京大学、中科院固体物理所、中科院金属所、物理所、中国科技大学、清华大学和中科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的中坚力量。 在过去10年，我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料，研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导cvd、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置，发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法，研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来，根据国际纳米材料研究的发展趋势，建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。 综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，其中纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告中报道中国科技工作者发表论文已超过德国，在国际排名第三位，在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上，我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止，纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项，国家发明奖2项；院部级自然科学一、二等奖3项，发明一等奖3项，科技进步特等奖1项；申请专利 79项，其中发明专利占50％，已正式授权的发明专利6项，已实现成果转化的发明专利6项。 最近几年，我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文，引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇，影响因子在6以上的学术论文（phys．rev．lett，j．ain．chem．soc ．）近20篇，影响因子在3以上的31篇，被sci和ei收录的文章占整个发表论文的 59％。 1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对中国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。 4 纳米产业发展趋势 （1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。 （2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。 (3)能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。 (4)纳米生物医药：这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。 (5)纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但是很重要。据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少co2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。 (6)纳米技术对传统产业改造：对于中国来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展；其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，中国纺织要在进入wto后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好；第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好；第四是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。 1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。 编者按：激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多。中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。” 白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。” 对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。
AlN属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢。导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，用作电器元件也很有希望。砷化镓表面的氮化铝涂层，能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。室温下与水缓慢反应.可由铝粉在氨或氮气氛中800~1000℃合成，产物为白色到灰蓝色粉末。或由Al2O3-C-N2体系在1600~1750℃反应合成，产物为灰白色粉末。或氯化铝与氨经气相反应制得.涂层可由AlCl3-NH3体系通过气相沉积法合成。 编辑词条
第1 卷第1 期2 0 0 0 年2 月 环境污染治理技术与设备Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Vol . 1 , No . 1Feb . , 2 0 0 0生物脱氮除磷工艺中的微生物及其相互关系X郭劲松 黄天寅 龙腾锐(重庆建筑大学城市建设学院,重庆400045)摘 要本文着重对近年来脱氮除磷微生物学方面的研究进展进行了综述,分析了生物脱氮除磷反应器中各类功能微生物间的相互作用关系,营养物代谢机理和对处理效率的贡献,讨论了脱氮除磷生物学应深入研究的一些问题。关键词:废水处理 脱氮除磷 微生物一、前 言生物方法脱氮除磷由于其处理效率高、运行成本较低、污泥相对易处理,受到广泛重视。目前已经发展了诸如A/ O、A2/ O、Bardenpho 、UCT、VIP、SBR 及氧化沟等较为成功的脱氮除磷工艺。在生物脱氮除磷过程中,微生物的种类、数量和代谢活性以及它们之间相互作用关系所形成的微生态系统的特征,直接影响着废水处理的效率。因此,分析研究脱氮除磷微生物的种类及其相互作用的关系,对于生物脱氮除磷工艺的优化控制管理和开发新工艺将会起到重要作用。二、生物脱氮除磷活性污泥微生物组成11 脱氮微生物一般生物废水处理反应器内的微生物都能降解蛋白质、多肽、氨基酸、尿素等含氮化合物以获得生命活动所需能量和其它小分子物质,并生成氨氮,这个过程称为氨化[1 ] 。蛋白质的分解过程如下[2 ] :蛋白质 蛋白酶 蛋白胨 蛋白酶 多肽 肽酶 氨基酸不同微生物所具有的蛋白酶也不尽相同,如枯草杆菌有明胶酶和酪蛋白酶,而大肠杆菌没有这两种酶,因此不能分解明胶和酪蛋白。污水中能分解蛋白质的微生物种类很多,特别是假单胞菌属、牙孢菌属中某些种均能产生蛋白酶。真菌中的曲霉、毛霉和木霉也能X 本研究得到国家自然科学基金资助(59838300)© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.产生蛋白酶分解蛋白质。氨基酸被吸收进入微生物细胞后,有的转化为另一种氨基酸用于合成菌体蛋白质或某些含氮化合物的合成。而另一部分氨基酸的降解主要通过脱氨基和脱羧基两种方式。由于微生物类型、氨基酸种类与环境条件不同,脱氨方式也不同,主要有:a. 氧化脱氮:在有氧条件下好氧微生物将氨基酸氧化成酮基酸和氨。b. 还原脱氮:在厌氧条件下,专性厌氧菌和兼性厌氧菌将氨基酸还原成饱和脂肪酸和氨。c. 水解脱氮和减饱和脱氮:不同氨基酸经此两种方式脱氨生成不同的产物。如大肠杆菌及变形杆菌水解色氨酸,生成吲哚、丙酮酸及氨;粪链球菌使精氨酸产生瓜氨酸;大肠杆菌、变形杆菌、枯草杆菌和酵母菌等能将半胱氨酸分解为丙酮酸、氨和硫化氢。硝化反应是在好氧状态下由亚硝酸菌( Nit rosomonas ) 与硝酸菌( Nit robacter) 共同完成的。亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和硝酸球菌属等,硝酸菌有硝酸杆菌、螺菌属和球菌属等,两者都属专性好氧菌。硝化细菌几乎生活在所有污水处理过程中,它们都是革蓝氏染色阴性,具有强烈的好氧性,不能在酸性条件下生长,由于这两类细菌不需要有机物作为养料,且是通过氧化无机的氮化合物得到所需的能量,故它们是化能自养型的细菌[3 ] 。亚硝酸菌和硝酸菌以无机化合物CO2 -3 、HCO -3 及CO2 等为碳源,以NH+4 及NO -2 为电子供体,O2 为电子受体,使氨氮氧化并合成新细胞,反应式可表示为:55NH+4 + 76O2 + 109HCO-3 亚硝酸菌 C5H7NO2 + 54NO -2 + 57H2O + 104H2CO3400NO -2 + NH+4 + 4H2CO3 + HCO -3 + 195O2 硝酸菌 C5H7NO2 + 3H2O + 400NO -3污水生物处理系统中微生物在无氧条件下大多具有反硝化能力,常见的有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等[4 ] 。这些细菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸,氧化分解有机物,将硝态氮还原为N2 或N2O ,其过程如下[5 ] :NO -3硝酸盐还原酶NO -2亚硝酸盐还原酶NO氧化氮还原酶N2O氧化亚氮还原酶N2Payne[6 ] (1973) 系统回顾了具有反硝化能力的废水处理微生物,指出有些类群只具有硝酸盐还原酶,故只能将NO -3 还原至NO-2 ,如无色杆菌属、放线杆菌属、气单胞菌属、琼脂杆菌属、芽孢杆菌属等;而其它类群由于具有反硝化中的全部酶系,因此能将NO-3 还原成N2 ,如微球杆菌属、丙酸杆菌属、螺菌属等。在所有反硝化菌中,有些是专性好氧菌,有些是兼性厌氧菌。它们在好氧、厌氧或缺氧条件下,即使利用相同的有机基质,但通过不同的呼吸途径,产生的能量不同,同时细胞产量也不同。此外,少数专性和兼性自养细菌也能还原硝酸盐,如硫杆菌属细菌能以氢气还原性H2S 等无机物为电子供体,在厌氧条件下利用NO -3 作为电子受体来氧化还原性硫。Kuenen J G等[7 ] (1987) 及Robert son L A. 等[8 ] (1992) 发现,许多异养型硝化细菌能进行好氧反硝化反应,在产生NO -3 和NO -2 的过程中将这些产物还原,这为在同一反应器中在同一条件下完成生物脱氮提供了可能。Vandegraaf 等[9 ] (1995) 研究发现异养硝化、好氧反硝化细菌Thiosphaera pantot ropha 能把NH+4 氧化成NO-2 ,尔后通过反硝化途径将NO-2 (与外源提供的NO -2 和NO -3 一起) 还原为N2 ,从而完成脱氮。 1 期 郭劲松等:生物脱氮除磷工艺中的微生物及其相互关系 9 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights A 等[10 ] (1995) 发现氨确实可以直接作为电子供体进行反硝化反应,并称之为Anaerobic Ammonium Oxidation (厌氧氨生物氧化) 。Vandegraaf 等[11 ] (1996) 通过研究,证实了厌氧氨生物氧化是一个微生物过程,在厌氧分批培养中,氨与硝酸盐同时被转化,仅有微量的亚硝酸盐积累,一旦硝酸盐耗尽,氨转化即停止,但其中起作用的菌属还待进一步研究。21 除磷微生物在有氧条件下摄取磷,在厌氧条件下释放磷原理[12 ,13 ,14 ,15 ] ,目前已被普遍接受。Fuhs 等[16 ] (1975) 对Baltimore Black River 和Seneca Falls 这两个具有很好除磷效果的污水厂曝气池中的活性污泥进行检测,发现不动杆菌属( Acinetobacter) 与磷的去除密切相关。Buchan[17 ] (1983) 研究分析了除磷效果良好的几个试验装置及污水厂的曝气活性污泥,表明不动杆菌是其中的优势菌种,他认为废水生物除磷过程首先是富集不动杆菌属,然后通过该菌过量吸收磷达到除磷的目的。此后,Lotter[18 ] (1985) ,Cloete 等[19 ] (1985) ,Bay2ly 等[20 ] (1989) 和Beacham[21 ] (1990) 也分别在除磷活性污泥中检测到了大量的不动杆菌属。然而,Brodich 等[22 ] (1983) 发现其生物除磷试验装置活性污泥的微生物中,不动杆菌属是少数菌属,只占总量的1 %～10 %,而优势菌属为气单胞菌属和假单胞菌属。Hiraishi 等[23 ](1989) 比较了生物除磷工艺活性污泥与非除磷工艺活性污泥的微生物组成,发现两者中的不动杆菌都不占优势,在除磷A/ O 法活性污泥中不动杆菌属只占大约1 %。由此可见不动杆菌并不是唯一的除磷微生物,还有其它微生物的除磷能力也不容忽视。Mino[24 ] (1987) 提出内源糖通过EMP 途径(酵解途径) 降解,获得的能量用来吸收醋酸以合成PHB(聚羟基丁酸盐) ,除磷菌在厌氧段降解内源糖的反应式为:CH2O + 0. 083C6H10O5 (CH) + 0. 44HPO2 -3 + 0. 023H2O 1. 33CH1. 5O0. 5 (PHB) + 0. 17CO2 + 0. 44H3PO4图1 厌氧状态放磷[ 21 ]在好氧或有NO -3 存在条件下,因消耗PHB 及内源碳而建立起的三羧酸循环和呼吸链产生氢离子,为维持细胞质子动力pmf的恒定趋向,细胞吸收过量磷,并合成丰富的Poly - P[25 ] 。除磷菌生化反应模型如图2 所示。31 具有反硝化能力的除磷菌(DPB)在污水生物处理中,生物除磷通常是与生物脱氮(硝化与反硝化) 工艺一起应用。如图2 所示,有些除磷菌亦能利用NO -3 作为电子受体,在吸收磷的同时进行反硝化。许多研究者[27 ] [28 ,29 ,30 ]在活性污泥系统和实验室培养中发现了具有反硝化能力的除磷菌(DPB) 。NO -3 被用来氧化细胞内储存的PHB ,然后以氮分子的形式从废水中排除。这样引起水体富营养化的氮、磷两大主要元素都被去除。Kuba[31 ] (1994) 发现DPB 除磷能力与传统A/ O 工艺中普通除磷菌相似,同时也具有建立在内源PHB 和糖类物质(Carbohy2drate) 基础上类似的生物代谢机理。在特定的条件下,除磷菌具有很强的反硝化能力。 1 0 郭劲松等:生物脱氮除磷工艺中的微生物及其相互关系 1 卷 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights [32 ] (1997) 在Holten 污水处理厂的研究表明,约有50 %的除磷菌参与了反硝化活动。图2 好氧/ 缺氧状态吸磷[ 26 ]三、生物脱氮除磷工艺反应器中微生物关系一般来说[33 ] ,微生物的相互关系有三种可能:第一,一种微生物的生长和代谢对另一种微生物的生长产生有利影响,或者相互有利,形成有利关系,如生物间的共生和互生;第二,一种微生物的生长与代谢对另一种微生物的生长产生不利影响,或者相互有害,形成有害关系,如微生物间的拮抗、竞争、寄生和捕食;第三,两种微生物生活在一起,两者间发生无关紧要、没有意义的相互影响,表现出彼此对生长和代谢无明显的有利或有害影响,形成中性关系,如种间共处。11 有利关系微生物之间的有利关系可分为互生关系和共生关系。互生关系是微生物间比较松散的联合,在联合中可以是一方得利,即一方为另一方提供或改善生活条件,或者是双方都得利。而共生关系是两种微生物紧密地结合在一起,当这种关系高度发展时,就形成特殊的共同体,在生理上表现出一定的分工,在组织和形态上产生新的结构。生物脱氮系统中,互生关系主要表现为在化学水平的协作,即微生物间相互提供生长因子、代谢刺激物或降解对方的代谢抑制物,平衡pH 值,维持适当的氧化还原电位或消除中间产物的累积。氨化细菌,亚硝酸菌,硝酸菌及反硝化菌之间就表现为互生关系。在氮素转化过程中,氨化细菌分解有机氮化合物产生氨,为亚硝酸菌创造了必需的生活条件,但对氨化细菌则无害也无利。亚硝酸菌氧化氨,生成亚硝酸,又为硝酸菌创造了必要的生活条件。Chai Sung Gee 等[34 ]研究了亚硝化单胞菌属与硝化杆菌在反应器内的相互作用,运用悬浮生长实验获得的稳态氨和亚硝酸氧化的数据确定了这两种细菌数量的生长参数,得出结论:硝化杆菌的活性依赖于硝化杆菌对亚硝化单胞菌的数量比例,而亚硝化单胞菌的活性则不受两者之间数量比例的影响。可以断定这两个种群之间必然存在着酶促共栖或生物化学的能量转移。反硝化菌则在厌氧条件下将NO-3 、NO -2 还原为N2 气体,从污水的液相中排出,为亚硝化菌和硝化菌解除抑制因子,同时反硝化过程还提高了反应器内的碱度,部分地补充了硝化过程所消耗的碱度,有利于反应器内pH 值稳定在硝化菌活性较大的范围内。
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书名:环境科学与工程进展丛书--SBR及其变法污水处理与回用技术 出版社:化学工业出版社 定价:60 条形码:9787502543594 ISBN:ISBN 7-5025-4359-7 作者:张统 印刷日期:2003-3-1 出版日期:2003-3-1 精装平装_开本_页数:平装16开，394页 中图法: 中图法一级分类: 中图法二级分类: 书号: 简介:本书为《环境科学与工程进展》系列丛书之一，对近年来国内间歇式活性污泥法污水工艺处理的研究和应用进行了介绍，基本上包括了国内的最新研究成果。主要有五个方面的内容：SBR工艺在不同废水中的应用研究；SBR脱氮除磷研究；CASS工艺研究及应用；各种SBR的变形工艺应用研究；污水处理与回用及其他技术与工艺。 本书大多数文章均为作者最新的研究成果和工程应用经验，均为宝贵的第一手资料，具有较高的学术价值和工程指导意义。本书适用于污水处理技术研究人员，污水处理工程的规划、设计、施工、管理等人员参阅；也对给水排水、环境工程专业的大专院校师生有一定参考价值。 目录:第一章 SBR工艺原理及应用 一、间歇式活性污泥工艺的发展与应用 二、SBR的工艺发展和应用适用性问题的讨论 三、SBR工艺的分类和特点 四、SBR法与活性污泥膨胀 …… 二十三、UASBAF-SBR工艺处理屠宰废水 二十四、铁屑过滤-SBR工艺处理棉纺印染废水的研究 二十五、开发厌氧/好氧序批式一体化反应器的构想 二十六、猪场废水厌氧消化液SBR处理技术研究及工程应用 第二章 SBR工艺用于污水脱氮除磷 一、供氧方式对SBR法硝化反应控制参数的影响 二、间歇式生物膜法除磷工艺特性研究 三、间歇式生物膜法除磷机理研究 四、间歇式生物膜法的脱氮特征及机理研究 …… 十二、应用SBR工艺强化生物除磷系统的研究 十三、SBR法处理城市污水的脱氮除磷功效 十四、活性污泥外循环SBR系统的生物除磷能力 十五、SBR工艺用于生活污水除磷脱氮的试验研究 第三章 CASS工艺原理及应用 一、建筑小区污水处理技术及设计实例 二、CASSL+膜过滤工艺处理中小城市污水与水回用 …… 十四、循环式活性污泥法(CAST)工艺及设计 十五、CASS工艺在处理低温生活污水中的应用研究 第四章 SBR其他变形原理及应用 一、MSBR系统的特点及其除磷脱氮的机理分析 二、MSBR工艺的运行机理 …… 九、SBR法DAT-IAT技术在大型城市污水处理厂的应用 十、UNITANK工艺处理城市污水工程实践 第五章 污水处理与回用其他技术进展 一、我国城市污水回收和再用的实例分析 二、我国污水处理事业现状及今后发展的趁势 三、生态卫生(排水)系统国内外发展比较 四、关于天津市城市污水污泥处理与处置的技术研究与探索 …… 二十一、集成电路废水处理系统设计 二十二、新型气浮器及其处理造纸废水的工程设计 二十三、航天发射场推进剂废水对地下水影响程度分析与研究 二十四、集中供暖主管道腐蚀查定及防腐方法 阅读地址：
吡咯类抗真菌药物制剂微生物限度检查方法的研究摘要] 目的：研究建立吡咯类抗真菌药物制剂的微生物限度检查方法。方法：通过预试验摸索，拟以含有组氨酸、卵磷脂和聚山梨酯80的混合溶液作为稀释剂及冲洗液，采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用的方法进行此类药物的微生物限度检查并进行方法学验证。结果：按《中国药典》2005年版附录要求对拟定方法进行验证，结果验证菌株的回收率均大于70%，控制菌检查阳性菌也生长良好。结论：以含有组氨酸、卵磷脂和聚山梨酯80的混合溶液作为稀释剂及冲洗液，采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用进行吡咯类抗真菌药物制剂的微生物限度检查，方法是可行的。[关键词] 吡咯类抗真菌药物制剂；微生物限度检查；离心集菌法；薄膜过滤法吡咯类抗真菌药，如硝酸布康唑和克霉唑，具广谱抗真菌活性，对表皮癣菌、毛发癣菌、曲菌、着色真菌、隐球菌属和念珠菌属均有较好的抗菌活性。该类药物通过干扰细胞色素P-450的活性，从而抑制真菌细胞膜主要固醇类-麦角固醇的生物合成，损伤真菌细胞膜并改变其通透性，导致重要的细胞内物质外漏，还可抑制真菌的三酰甘油和磷脂的生物合成，抑制氧化酶和过氧化酶的活性，引起细胞内过氧化氢积聚，导致细胞亚微结构变性和细胞坏死。此类药物对细菌也有一定的抑制作用。根据目前国内要求，非规定灭菌的药物制剂均需建立微生物限度检查方法，包括抗细菌和抗真菌类药物制剂，但由于此类药物抗菌活性很强，因此如何消除其抑菌性，使检验得以顺利进行就成为建立方法时极为重要也是较为困难的关键点。本文作者选择目前在国内还没有适宜微生物限度检查方法的吡咯类（如硝酸布康唑和克霉唑）抗真菌药物制剂进行了试验研究，经多次试验，重点对冲洗液组成和冲洗量进行考察研究和优选，最终参考《欧洲药典》确定了以含有组氨酸、卵磷脂和聚山梨酯80的混合溶液作为稀释剂及冲洗液，采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用，从而建立了硝酸布康唑类和克霉唑类药物制剂的微生物限度检查方法，并进行了方法学验证，结果表明该方法是适宜可行的。1试药与仪器试药硝酸布康唑阴道乳膏3批，克霉唑阴道片2个厂家各3批，复方克霉唑乳膏3批，克霉唑乳膏3批，醋酸米康唑乳膏3批，均为市售药品；营养肉汤培养基，改良马丁培养基，营养琼脂培养基，玫瑰红钠琼脂培养基，胆盐乳糖培养基，溴化十六烷基三甲胺琼脂培养基，甘露醇氯化钠琼脂培养基，均购自中国药品生物制品检定所；组氨酸、卵磷脂、聚山梨酯80、蛋白胨、氯化钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠均为市售分析纯试剂、试药；金黄色葡萄球菌[CMCC(B)26003]，枯草芽孢杆菌[CMCC(B)63501]，大肠埃希菌[CMCC(B)44102]，铜绿假单胞菌[CMCC(B)10104]，白色念珠菌[CMCC(F)98001]，黑曲霉[CMCC(F)98003]，以上菌种均购自中国药品生物制品检定所菌种室，按照《中国药典》2005年版附录的要求将以上5种验证菌配制成每1 ml中含菌量为50~100 cfu的菌液。仪器洁净工作台，医用吸引器，低速离心机等。2方法与结果药典附录收载方法试验的结果将上述各药品用《中国药典》2005年版推荐的常用稀释剂pH 无菌氯化钠-蛋白胨缓冲液制成1∶10的供试液，依次采用药典附录收载的几种消除药物抑菌性的处理方式，即培养基稀释法（取1∶10的供试液按每皿 ml或取1∶100的供试液按每皿 ml注皿）、离心沉淀集菌法和以pH 无菌氯化钠-蛋白胨缓冲液为冲洗液的薄膜过滤法、以及将离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用进行菌落计数试验。其中，以pH 无菌氯化钠-蛋白胨缓冲液为冲洗液，冲洗总量已达1 000 ml的离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用试验回收率测定结果见表1。回收率测定即使采用了处理力度较大的离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用，5种验证菌株中仍有4种回收率为零，说明吡咯类抗真菌药物具有很强的抑制细菌和真菌的作用，或说明滤膜对此类药物有较强的吸附作用，目前常用的冲洗液很难将其冲洗干净，国内常用的几种处理方式均不适用于此类药品。不同配方稀释剂与冲洗液的效果比较参考《中国药典》2005年版[1]、《欧洲药典》第5版[2]，配制了下列5种稀释剂与冲洗液，详见表2。选用一批克霉唑阴道片，依次试验上述5种稀释剂与冲洗液，采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用，比较实验效果，详见表3。上述结果表明，采用欧洲药典配方溶液且卵磷脂为进口试剂，或采用自拟5号溶液作为稀释剂与冲洗液均对消除药品的抑菌性效果较为满意，但当卵磷脂改为国产试剂时，由于溶液呈混浊状，无法进行过滤。将卵磷脂和聚山梨酯80的量降为欧洲药典配方量的一半时，溶液澄清度可不受试剂质量影响，同时冲洗效果也可满足实验要求。建立的方法根据上述试验结果建立方法取供试品10 g，加入含有无菌组氨酸-卵磷脂-聚山梨酯80的混合溶液（配制方法见后）至100 ml，在45℃保温振摇至供试品分散均匀，制成1∶10的均匀供试品储备液。细菌计数、霉菌和酵母菌计数均采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用。取1∶10的供试品储备液50 ml，以500 r/min的速率离心5 min，取全部上清液，加上述混合溶液至50 ml，再以3 000 r/min的速率离心20 min，取底部集菌液约5 ml，加上述混合溶液至50 ml，即为1∶10的供试液（乳膏等制剂可略去沉淀步骤）。取1∶10的供试液1 ml，加至上述混合溶液100 ml中，用薄膜过滤器全部过滤，以上述混合溶液作为冲洗液，每次冲洗100 ml，共冲洗3次，取滤膜，依法检查（《中国药典》2005年版二部附录Ⅺ J）。控制菌检查（如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等）采用离心沉淀集菌法与薄膜过滤法联用。取上述菌落计数项下1∶10的供试液10 ml，加至上述混合溶液100 ml中，用薄膜过滤器全部过滤，冲洗方式同菌落计数项下，将滤膜接种至相应的培养基中，依法检查(《中国药典》2005年版二部附录Ⅺ J)。无菌组氨酸－卵磷脂－聚山梨酯80混合溶液配制方法聚山梨酯80 15 g，卵磷脂 g，组氨酸 g，蛋白胨 g，氯化钠 g，磷酸二氢钾 g，磷酸氢二钠 g，水1 000 ml，混匀，微温溶解，分装，灭菌。验证试验按照《中国药典》2005年版附录要求对上述建立的方法进行验证。细菌计数、霉菌和酵母菌计数方法的验证菌液组：分别取上述5种菌液各1 ml，采用平皿计数法，测定制备好的菌液中每毫升的活菌数。供试品对照组：取1∶10的供试液1 ml，加入上述混合溶液100 ml，用薄膜过滤器全部过滤，冲洗方式同上，取滤膜，置规定温度培养、计数。试验组：取1∶10的供试液1 ml，按供试品对照组同法操作，在第三次冲洗液中加入1 ml上述菌液（50~100 cfu试验菌），取滤膜，置规定温度培养、计数，计算回收率，见表4。稀释剂对照组：分别取上述5种菌液各10 ml（500~1 000 cfu试验菌），按供试品对照组同法操作，计算回收率，见表4。按下列公式计算回收率(%)：上述实验显示，各验证菌的回收率均达到药典附录要求，表明该类药品采用此法进行细菌、霉菌和酵母菌计数是可行的。控制菌检查方法的验证试验组：取上述1∶10的供试液10 ml，加至上述混合溶液100 ml中，用薄膜过滤器全部过滤，冲洗方式同上，将滤膜加至相应培养基100 ml中进行增菌培养，作为供试品组。空白对照组：取上述混合溶液10 ml，同法操作，作为稀释剂空白对照组。阴性菌对照组：取1∶10的供试液10 ml，加至上述混合溶液100 ml中，用薄膜过滤器全部过滤，冲洗方式同上，但在第3次冲洗液中加入适宜的阴性对照菌（如金黄色葡萄球菌检查就选用大肠埃希菌作为阴性对照菌）10~100 cfu，将滤膜加至相应培养基100 ml中作为阴性菌对照组。阳性菌对照组：取1∶10的供试液10 ml，加至上述混合溶液100 ml中，用薄膜过滤器全部过滤，冲洗方式同上，但在第3次冲洗液中加适宜的菌（如金黄色葡萄球菌检查就加入金黄色葡萄球菌）10~100 cfu，将滤膜加至相应培养基100 ml中作为阳性菌对照组。上述各组均置35～37℃培养18～24 h，分别划线于相应培养基上，再置35～37℃培养18～24 h，结果阳性菌对照组均生长良好，表明该类药物经此法处理后已无抑菌作用或其抑菌作用可以忽略不计；阴性菌均未检出，表明该控制菌检查方法的专属性好，说明方法可行。3讨论本实验研究说明吡咯类药物对细菌和真菌同时具有很强的抑菌作用，对于这类具有较强抗菌活性的药物必须首先摸索处理方式来消除其抑菌作用，然后方能顺利进行其微生物限度检查。若采用薄膜过滤法进行药品的微生物限度检查，选用的稀释液和冲洗液的种类和用量非常重要，甚至可以决定方法的适用与否。作为微生物限度检查用稀释液和冲洗液，不单应具有溶解药物的功能，同时还应具有维持菌体细胞膜的通透性、修复受损细胞、破坏药物对菌体细胞损伤等作用。本实验确定的冲洗液的处方中组氨酸是白色念珠菌生长中重要的氮源之一；卵磷脂对于细胞膜的修复可起到重要的作用；聚山梨酯80作为一种表面活性剂，可降低细菌体周围与培养基接触面之间的表面张力，使外围营养物质更快地进入细胞内，因而促进细菌较快的生长和其他活动。卵磷脂和聚山梨酯80配合使用可中和抑菌剂，中和后的产物对细菌及培养基无太大影响，因此在稀释液和冲洗液中加入这些物质可有效的降低药品对细菌和真菌的抑制作用，同时促进受损的细菌和真菌生长。某些国产试剂、试药与进口品存在一定的质量差异，《欧洲药典》收载的冲洗液配方中卵磷脂及聚山梨酯80的含量较多，当用国产品配制时，其溶解性能不好，造成溶液混浊，冲洗量大时，溶液过滤的速度缓慢，影响冲洗效果，甚至无法进行过滤。该问题通过降低配方中各成分的量可以得到有效解决。经验证，即使配方中的各成分量减少一半，效果依然可满足实验的需要，且过滤速度适宜，还可降低实验成本。[参考文献][1]国家药典委员会.中国药典[S].二部.北京:化学工业出版社,2005. 附录93.[2]欧洲药典[S].第5版.Appendix XVI .
卵磷脂和聚山梨酯80配合使用可中和抑菌剂，中和后的产物对细菌及培养基无太大影响，因此在稀释液和冲洗液中加入这些物质可有效的降低药品对细菌和真菌的抑制作用，同时促进受损的细菌和真菌生长。
一、常用抗真菌药的种类
1.按照作用部位分
治疗浅表真菌感染药物：十一烯酸、醋酸、乳酸、水杨酸、灰黄霉素、克念菌素、克霉唑、咪康唑、益康唑、联苯苄唑、酮康唑等。
抗深部真菌感染药物：氟胞嘧啶、两性霉素B、制霉菌素、球红霉素、甲帕霉素(美帕曲星、克霉灵)、氟康唑(大扶康、麦尼芬、依利康)、伊曲康唑(斯皮仁诺)等。
2.按结构分
有机酸类、多烯类、氮唑类、烯丙胺类(如特比萘芬)等。
二、作用特点及临床应用
多烯类抗生素主要有两性霉素B、两性霉素B脂质体制剂及研究中的多烯类化合物。20世纪50年代以来,两性霉素B已成为治疗各种严重真菌感染的首选药,具有广谱的抗真菌活性,为抗深部真菌感染药物,但两性霉素B严重的肾毒性,限制了它的临床应用。为了降低两性霉素B的肾毒性,目前,已开发了一系列两性霉素B脂质体新剂型。两性霉素脂质体是用脂质体对两性霉素进行了包裹,其特点是对真菌细胞麦角甾醇亲和力较高,对人体细胞膜胆固醇亲和力较低,因而提高了抗真菌活性,减轻了对宿主器官的损伤,降低了两性霉素的毒性反应,可大大提高临床用药剂量,增加了抗真菌药的疗效。国外临床研究结果亦显示它具有与两性霉素相同的疗效,但毒性相对较轻,尤其是肾毒性明显小于后者。
2.三唑类抗真菌药物
三唑类抗真菌药物为合成的抗真菌药,抗菌作用与两性霉素相似,它能选择性抑制真菌细胞色素450依赖性的14－α－去甲基酶,使14－α－甲基固醇蓄积,细胞膜麦角固醇不能合成,使细胞膜通透性改变,导致胞内重要物质丢失而使真菌死亡。本类药物在肝脏代谢,主要经胆汁排出,在患者肾功能不全时不需改变剂量，其主要毒性为贫血、胃肠道反应、皮疹等，没有肾脏毒性,可口服。酮康唑是最先使用的该类口服药。20世纪90年代推出的三唑类抗真菌药物氟康唑、伊曲康唑是唑类抗真菌药物的又一新进展,较咪唑类抗真菌药物酮康唑显示出更广谱的抗真菌活性且毒性更小。
氟康唑是一种新合成的氟代三唑类药物,1990年在美国上市,为广谱抗真菌药物。主要用于各种念珠菌、隐球菌病及各种真菌引起的脑膜炎及艾滋病患者口腔、消化道念珠菌病等。其生物利用度高、半衰期长、水溶性好,可口服给药及静脉注射。氟康唑耐受性好,对手足癣、股癣、花斑癣的有效率为100%。本品是临床上应用较多的系统抗真菌药,耐药性已不断出现,在短程用氟康唑时较少发生耐药,多次应用小剂量氟康唑治疗口咽念珠菌时则很易引起耐药。光滑念珠菌及克柔念珠菌,对氟康唑有天然耐药性,常需用较大剂量进行治疗才可见效。
伊曲康唑为二氧戊环三唑类药物,是替代两性霉素B治疗侵入性曲霉菌病的新药,1992年在美国获准上市。目前,只有口服胶囊,静脉输液和口服液正在临床试验之中。对深部真菌与浅部真菌都有抗菌作用,对皮肤癣菌、酵母菌、曲霉菌属、组织胞浆菌属、申克孢子丝菌、着色真菌属、枝孢霉属、皮炎芽生菌以及各种其他的酵母菌和真菌感染有效。可应用于深部真菌感染如芽生菌病、组织胞浆菌病、球孢子菌病，浅表真菌感染如花斑癣、阴道念珠菌病、足癣、手癣、体癣等,亦可用于维持治疗有助于防止艾滋病患者组织脑浆菌病或隐球菌病复发,还可预防中性粒细胞减少病人发生曲霉菌和念珠菌感染。伊曲康唑对真菌的细胞色素P450的作用更加专一,比酮康唑毒性低、疗效强,然而当它与某些经CYP代谢的其他药物同时服用时,将会发生严重的药物相互作用,尤其与特非那丁、阿司氮唑或西沙必利合用时会发生危及生命的室性心律失常。
伏立康唑是由公司开发的新型广谱三唑类抗真菌药,大量的临床研究数据证明,它是目前氟康唑结构改造最为成功的化合物。伏立康唑对许多致病性真菌,包括曲霉菌克鲁斯念珠菌等耐氟康唑的真菌都显示抗真菌活性,已于2002年在美国上市。在与伏立康唑、氟康唑、伊曲康唑和两性霉素的对比研究中发现,伏立康唑具有更广的抗菌谱,它对新生隐球菌的抗菌活性优于氟康唑和伊曲康唑,并且对临床上难以治疗的烟曲霉菌感染患者具有较好疗效。
3.烯丙胺类及硫代氨甲酸酯类 这两类药物都能竞争性地抑制角鲨烯环氧化酶,阻止角鲨烯转变成羊毛甾醇,使角鲨烯积聚,麦角甾醇合成受阻,影响真菌细胞膜的结构和功能,其代表药物为特比奈芬。特比萘芬于1992年12月获美国FDA批准后上市,对皮肤真菌及一些局部真菌感染有效。它的软膏剂及口服制剂在欧洲已上市,片剂在美国被用来治疗甲癣及其他癣病［8］。目前还没有发现人类致病真菌对烯丙胺类药物产生继发性耐药性,但谷类致病真菌Ustilagomaydisn能对烯丙胺类产生耐药性。
4.其他
除了以上3大类抗真菌药外,目前临床上应用的其他类抗真菌药还有作为1,3－β葡聚糖合成酶抑制剂的棘白菌素类、麦角甾醇生物合成抑制剂的吗啉类、干扰核酸合成的氟胞嘧啶类、抑制线粒体AT合成酶的柠檬醛类等。
临床上应用较多 的分类是根据抗真菌药物的作用机制将其分为多烯类 、唑类和棘白菌素类 。
负载在g‑C3N4纳米片的PtCo合金和周围Co单原子的协同作用促进整体水分解
研究背景
太阳能驱动的全分解水可大规模生产氢气和氧气，是满足清洁能源需求和解决化石燃料危机的理想策略。然而，在不消除牺牲试剂或不需要施加外部偏压的情况下，水分解需要协同活性位点，以连接空间分离的析氢和析氧反应。具有最高原子利用效率的原子分散催化剂已成为催化领域的前沿。然而，单组分单原子催化剂在整个光催化水分解反应（OWS）中的应用却鲜有报道。
内容简介
基于此，近日华东师范大学姚叶锋和王雪璐团队设计了一种双组分协同光催化剂，其包含单原子Co（CoSAs）中心和PtCo合金纳米颗粒（Nps）的分散体负载在C3N4纳米片上。CoSAs中心是析氢反应（HER）的高活性位点，PtCo合金是析氧反应（OER）的高活性位点。当两个不同的反应中心结合时，它们之间会产生协同效应，这表明CoSAs中心和PtCo合金Nps之间可能存在质子或羟基溢出现象。CoSAs中心和PtCo合金的协同促进了OWS反应实现最大原子利用率和最佳双功能活性之间的协同。这种结合为开发OWS原子分散催化剂提供了一个很有前景的模型。相关论文以” Synergistic Promotionof Single-Atom Co Surrounding a PtCo Alloy Based On a g‑C3N4 Nanosheet for Overall Water Splitting”发表在ACS Catal.
本文亮点
1. 设计了一种新型的双组分协同光催化剂CoSAs/PtCo@CNN，由负载在纳米片g-C3N4上的CoSAs和PtCo合金纳米颗粒组成。该催化剂有效地促进了光催化整体水分解反应。
2. 纳米片C3N4具有大的比表面积和高的孔容，为CoSAs的形成提供了丰富的N配位。CoSAs和PtCo合金的协同活性在最大原子利用率和析氢析氧双功能反应性之间架起了一座桥梁。
3. CoSAs/PtCo@CNN在可见光照射下，三乙醇胺（TEOA）存在下，催化剂在整个水裂解反应中的产氢活性高达μmol/h·g，产氢活性为 mmol/h·g。
4. 这项研究不仅为构建协同合金位点开发高效的单原子光催化剂提供了一种有希望的策略，而且还提供了对结构的深入了解 通过光催化过程进行的整体水分解反应的活性关系。
图文解析
TEM,FT-IR
CN样品由膨胀和连续结构中的大波浪层组成。负载金属后，金属颗粒聚集在大块CN的表面或次表面。经过两步煅烧后，所得CNN样品转变为薄、松散、柔软的丝状纳米片结构。煅烧方法导致了CN层的卷曲，使金属颗粒更均匀、更稳定地负载在表面上。红外光谱结果表明CNN样品的C-NH-C键的振动明显强于CN样品中的振动，表明CNN具有高浓度的-NH-缺陷位点，可能会增强水分子的光催化活性。
NMR
在D2O 处理（表示为 CNN-D）之前和之后获得的 CNN 样品的1D 1H MAS 核磁结果表明当 CNN 样品中残留水通过 D2O 处理被氘化时，CNN-D 的 Hw 信号显著减弱。这表明CNN样品具有易于吸附和解吸水分子的双重优势。相反，在 D2O 处理后，普通 CN 样品的Hw 信号强度或其位置没有显著变化，表明由于氢交换没有明显的结构变化。氘交换后, CNN-D 样品的 CN3, Ha 峰的相关性显著降低, 表明边缘氨基(Ha) 和 d 氘化水之间存在强烈的质子交换。相比之下, CN-中的质子交换的证据Ha和氘化水之间的D样品几乎没有氘处理前后的变化。
XANES,HAADF-STEM
为了进一步了解铂和钴金属的配位化学，测试了CoSA/PtCo@CNN催化剂的X射线吸收近边缘结构（XANES）光谱。在CoSAs中形成Co（II）Nx配位中心外，合金中的Co4s和4p轨道还通过与Pt电子结合发生杂化。EXAFS分析表明PtxCo合金和N-Co（II）连接性结构形成。Pt L3边缘的EXAFS光谱中电子的径向分布发生了Å的偏移，表明Pt Co键的形成。Co 原子分散在单金属位点，中心 Co 原子由四个 N 原子配位稳定。少量的 CoSA可以通过长距离的 Co-N-C 协调。像差校正的HAADF-STEM结果表明分离出单个纳米颗粒具有 nm 间距的晶面（Pt3Co 平面）并被许多孤立的金属原子包围。结合 XANES 分析，纳米粒子（NPs）和孤立的金属原子分别为PtxCo 合金和单个 Co 原子。CoSAs/PtCo@CNN 催化剂的组成为大多数 Pt 原子参与形成随机分布的PtCo 合金。额外的Co原子不均匀地分散在 PtCo 合金簇。很少量的Co单原子远离单纳米粒子。所有这些形式共同构成CoSAs/PtCo结构体。
EPR,UV-vis
CoSAs/PtCo@CNN 催化剂用于在紫外-可见光照射下在整个水分解反应中生成产物，而无需使用任何电子牺牲剂，通过原位 EPR 光谱观察到悬浮液中•OH（羟基自由基）的特征信号。这种强烈的•OH 信号表明该途径涉及水的单电子氧化以产生•OH。在 CoSAs@CNN 上仍然没有检测到 •OH 信号，CoSAs/PtCo@CNN表现出高活性产氢气（高达 μmol/h·g）和 μmol/h g的活性用于整个水分解反应中的 O2。在整个水分解反应中观察到 H2O2 产物。催化剂使用3次后，PtCo合金上的Co0保持稳定的结构。在单组分催化剂 CoSAs@CNN 或 PtCo@CNN 上没有检测到可测量的 H2 或 O2 物种，这表明单原子 Co 和纳米片CNN 上负载的 PtCo 合金复合材料之间存在协同。
DFT
理论计算给出了CoSAs/PtCo@CNN对 HER 的反应途径。第二步（OH* O*）为 OER 过程的决速步。对于合金表面的 Pt 位点、合金表面的 Co 位点和 CoSAs 位点，此步骤的 ΔGO* 值分别为 、和 eV。对于 PtCo 合金表面的 Co 位点，每个基元步骤都是吸热的，其决速步基本上可用于完成 OER 半电池反应。如上所述，这种协同作用是通过 CoSAs配位的 N 原子产生的，N原子充当 HER 半反应的高活性位点。同时，由纳米片 C3N4负载的 PtCo 合金纳米颗粒是OER 的高活性位点。
该研究主要计算及测试方法
做同步辐射 找易科研
做球差电镜 找易科研
做计算 找易科研
第一作者：Zhong-Hua Xue
通讯作者：张华彬教授、楼雄文教授
通讯单位：阿卜杜拉国王 科技 大学、南洋理工大学
DOI:
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人工光催化能源转化是通过直接收集太阳能以解决能源危机和环境问题的一种非常有趣的策略，其中开发高效的光催化剂是推动光催化反应走向实际应用的中心任务。近年来，单原子催化剂(SACs)因其最大的原子利用率和优异的催化活性，而成为一种极具前景的光催化剂候选材料。在本文中，作者综述了面向光催化能源转化系统的SACs研究最新进展及当前面临的挑战，并系统性地探讨了单原子光催化过程中电荷分离/传输和分子吸附/活化的基本原理。作者不仅概述了单原子活性位点如何促进光生电子-空穴的传输并促进高效光活化循环的构建，而且全面介绍了SACs在各种光催化领域中的广泛应用。通过综述上述进展，并利用与SACs光催化整体发展相关的潜在解决方案以应对未来的一些挑战，从而为将来的SACs光催化能源转化研究提供一些启示。
背景介绍
对于无限且可自由获取的太阳能利用，人工光催化能源转化提供了一种很有希望的战略，即通过减少温室气体排放以克服全球能源危机和应对日益不稳定的气候变化。例如，光催化分解水是实现可持续清洁H2燃料生产的一种技术简单且具有成本竞争力的途径，而光催化CO2还原则是一种可部署且极具吸引力的战略，其将惰性的CO2转化为高附加值化学品并最终关闭碳循环。然而，传统的光催化系统在很大程度上依赖于催化剂的能带结构和表面结构，并由于电子-空穴对的分离缓慢和表面活性中心有限等问题，使其性能仍远不能令人满意。尽管已经付出巨大努力，但迄今为止多相光催化剂仍存在许多不足之处，如电荷载流子复合速度快、分子活化效率低等，从而显著抑制从催化剂表面到反应物物种的电荷传输与分子的进一步转化。
基于上述情况，SACs成为设计和开发经济高效的光催化剂和助催化剂的新选择及理念。有利的是，单原子光催化系统中孤立的反应位点不仅可以为光催化反应创建更多的活性中心，而且还可以拓宽光吸收范围以提高电荷分离/传输效率。所构建出的单原子光催化剂的构型具有高度可调控性，从而提供足够的光阱和表面结构精细修饰以吸附和活化分子。此外，单原子光催化剂的结构简单性可以使科研人员能够得出更精确的结构-性能相关性，从而更好地理解光催化的基本机理，并促进目标光催化剂的合理设计。尽管SACs在光催化系统中的应用研究仍处于起步阶段，但上述这些优势足以使其成为促进光催化反应的候选材料。为了推动这一新兴但发展迅速的领域，及时对单原子光催化应用的最新进展进行综述将不仅有助于揭示其主要工作机理，而且有助于启发未来的研究方向。据作者所知，尽管此前的文献中有一些非常优秀的综述重点介绍SACs的背景和合成策略，以及它们在光催化方面的独特优势；然而，这些综述并没有涵盖与单原子光催化中能带工程和能量转移路线高度相关的基本原理。
图1 . SACs用于光催化能源转化示意图。
在该综述中，作者重点从文献中提炼出单原子光催化的关键原理，以全面了解其工作机理，从而促进更高效单原子光催化剂的合理设计与制备。作者首先简要介绍了SACs光催化应用的成就和特点，随后对单原子光催化剂的合成策略及相关结构表征方法进行概述。更重要的是，作者通过举例说明了单原子金属位点加速表面电荷分离/传输的机理以及单原子光催化中分子的吸附和活化。此外，作者还介绍了SACs在众所周知的新兴光催化领域中的应用以及最新进展。最后，作者对SACs在光催化能源转化方面的未来发展方向提出了一些挑战与展望，有望为光催化中SACs的理解和工程提供一些新见解，并进一步加速这一重要新兴研究领域的发展。
图文解析
图2 . 从Webof Science中分析出单原子光催化的文献总结 ：(a)通过搜索单原子光催化关键词获得的文献数量和引用数量(截止于2021-12-12)；(b)近年来不同单原子光催化体系的百分比分布。
图3 . 单原子光催化的发展成就和特性表征时间线。
图4 . 单原子光催化剂的合成策略。
图5 . 孤立金属位点能带调控。
总结与展望
综上所述，本文详细地总结了SACs的主要原理及其在光催化领域的广泛应用。毫无疑问，单原子光催化剂因其可以加速电荷分离/传输效率和增强分子吸附/活化能力，是构建高效光催化系统的优秀候选材料。除了此前已获得的杰出成就外，单原子光催化剂的 探索 和实际应用还面临着许多挑战，包括如何实现孤立反应位点的长期稳定性和高负载等。为了克服当前的挑战，作者提出以下十点未来的研究方向和解决方案：
1. 单原子催化剂相对较低的稳定性，是其在光催化领域中应用的一个明显缺点。由于反应中间体或副产物与孤立金属位点的强键合而产生的毒化效应，可能使单原子光催化剂失活。此外，光生电子诱导的单原子反应位点向零价态金属原子的转化，也可能导致孤立金属位点的聚集形成团簇或纳米颗粒。在理想条件下，增强金属-载体相互作用和优化光催化反应，可能在一定程度上能够防止反应过程中孤立金属位点的团聚。
2. 尽管单原子光催化剂的能量转换效率在平均反应位点方面具有显著优势，但由于不饱和活性位点的密度较低，其整体性能仍远不能令人满意。因此，应进一步修饰半导体载体的表面结构以增强相互作用，可以增加单原子的负载量。此外，在基底中引入足够多的锚定位点(例如N、P和S)或特定官能团(例如吡啶和-NH2)也可用于提供丰富的结合位点以稳定单原子。
3. 精确控制反应位点的配位几何结构和单原子的数量，对于调节单原子光催化剂的活性和选择性至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。在合成过程中需要精确控制孤立反应位点和半导体载体之间的相互作用，以构建所需构型。通过基于结构-性能关系的理论预测，也可以提供一种可行的策略。此外，在实践中非常需要提高表征策略的准确性以准确分析单原子光催化剂的配位构型。
4. 探究两个相邻单体之间的协同作用，对于控制催化性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。因此，双原子或多金属单原子光催化剂的可控合成是非常必要的。由于双原子或多金属单原子光催化剂中相邻反应位点之间的协同效应，反应物的反应路径可能会大大改变，从而导致反应势垒显著降低，催化性能得到显著提高。
5. 自然界中的光催化和酶催化系统为从太阳能到化学能的转化提供了一个精妙的蓝图，其在环境条件下通常表现出卓越的活性和选择性。通过模仿自然光合反应中酶催化等活性位点的结构，可以实现更高水平SACs的仿生设计，以进一步提高SACs的整体光催化能源转化性能。将末端功能配体或孤立金属位点周围的附加活性位点进行集成，可能是开发仿生单原子光催化剂的可行策略。
6. 大量单原子光催化剂是基于含缺陷的半导体材料所开发，其中含有丰富配位金属原子的表面结合位点，从而实现增强的电荷分离/传输。然而，高浓度的缺陷可能会恶化半导体材料的结晶度，从而增加单原子光催化剂体相或表面上电子-空穴对的大量复合。因此，作者建议仔细调控单原子光催化剂中半导体载体的结构(如结晶度、缺陷)，并进一步确定其对整个反应过程的贡献。
7. 对单金属位点诱导的单原子光催化剂中电荷分离/传输过程的完整理解目前仍然具有挑战性。为此，将超快瞬态吸收光谱与电化学或显微镜技术相结合，是研究光催化反应中能量转移和捕获过程的有力手段。开发实时超快瞬态吸收技术来跟踪光催化中光生载流子的动力学，将进一步加深对电子泵模型和孤立金属位点诱导电子陷阱态的理解。
8. 追踪光催化反应过程中活性位点的结构演化，不仅可以深入了解单原子的光活化过程，还可以为合理设计高效的光催化剂提供指导。然而，目前相关的实验证据仍然非常有限，通常无法理解光催化系统中SACs的分子吸附/活化机制。利用原位或operando研究结合各种技术如拉曼光谱、XAS和XPS，可能是检测反应过程中孤立金属位点化学状态和配位环境动态演化的极好方法。
9. 将理论计算与实验结果相结合，已成为研究催化剂电子结构和光催化过程中分子吸附/活化的有力手段，其可以揭示出单原子光催化在原子尺度上的工作机理。然而，光催化反应过程中活性中心动态演化的理论模型，在实现对单原子光活化循环的合理认识方面相当有限。结合不同的模拟方法，可为 探索 单原子光催化剂在反应过程中的演化和揭示光催化活化机理提供合理途径。
10. 作为人工智能最有力的组成部分之一，基于计算机算法的机器学习可通过数据挖掘实现了快速可靠的预测，其在 探索 高效催化剂方面也显示出巨大潜力。因此， 探索 合适的机器学习方法并结合理论计算数据来预测单原子光催化剂的催化性能，并找出目标反应的理想构型是非常必要的。机器学习的实施还将为光催化反应构建结构-性能关系，从而提高对单原子光催化的理解，并促进具有高度应用潜力的高效单原子光催化剂合理开发。
文献来源
Zhong-Hua Xue, Deyan Luan, Huabin Zhang, Xiong Wen (David) Lou. Single-atom catalysts for photocatalytic energy conversion. Joule. 2022. DOI:.
文献链接：
如今还健在的微生物界牛人1.田波，男，1931年12月25日生于山东桓台县，中国科学院微生物研究所分子病毒学与生物工程研究室主任，研究员、院士、博士生导师，著名病毒学与生物工程专家1954年8月 北京农业大学植保系毕业 1954年8月至1962年6月 中国科学院微生物所研究实习员, 1958年后任课题组长 1962年7月至1978年12月 中国科学院微生物所, 助研, 课题组长, 1977年后任研究室副主任 1979年1月至1986年4月 中国科学院微生物所, 副研, 研究室副主任, 1983年后任主任 1986年5月至1991年12月 中国科学院微生物所, 研究员, 博士生导师, 研究室主任 1991年12月至今 中国科学院院士, 研究员, 博士生导师, 研究室主任 对中国的植物病毒、类病毒和生物工程有系统的研究, 1983年首次报导了应用卫星RNA防治黄瓜花叶病毒获得成功。通过卫星RNA生防制剂和包括卫星 RNA 在内的多基因抗病遗传工程品种, 在田间大面积应用中获得良好的防病增产效果, 并提出了卫星RNA除抑制病毒复制之外的一种新的抗花叶病机理。他所领导的实验室在生物工程方面开展了核酶工程、随机序列多肽库、抗体基因工程、基因工程医药和植物基因工程等研究, 获得在体内高度抗病毒和类病毒的转基因作物; 构建了胞内和表位多肽库并筛选到用于亲合层析和抗病毒的一些多肽; 构建和表达了几种抗肿瘤的抗体基因; 研制成功数种基因工程药物; 在几种作物上用基因工程方法获得了雄性不育系和恢复系, 为杂种优势利用奠定了基础。 在国内外重要学术刊物上发表论文150多篇, 专著五种。2.张树政，女，1922年10月22日生于河北束鹿县。现任中国科学院院士、微生物所研究员、博士生导师。1942－1945 北京大学理学院化学系毕业，理学士； 1945－1946 北京大学理学院化学系助教； 1946－1948 北京大学医学院生化科助教； 1948－1949 北京大学理学院化学系助教； 1950－1954 重工业部综合工业试验所技师； 1954－1957 中国科学院菌种保藏委员会助理研究员； 1958－现在 历任中科院微生物所副研究员、研究员、博士生导师、酶学研究室副主任等职。 1991－现在 中国科学院院士 1992－现在 中国科学院生物学部常委 60年代初，在国内首先用纸电泳、酶谱和生长谱法分析比较了当时在酒精工业界有争议的不同种曲霉淀粉酶系的组成，确定了黑曲霉的优越性。60年代阐明了白地霉的戊糖代谢途径，发现白地霉中有甘露醇，查明了其合成途径。发现并纯化了NAP－甘露醇脱氢酶。70年代在国内首先建立了等电聚焦和聚丙烯酰胺凝胶电泳等新技术。在红曲霉糖化酶的研究中，首次得到该酶的结晶，并发现该酶的不同分子型存在构象差异，证明是糖基化程度不同引起的（现称为糖型）。80年代从事多种糖苷酶的应用和基础研究。如细菌(－淀粉酶高产菌株活力在国际上当时领先，果胶酶的应用，右旋糖酐酶已证明有防龋效果，产麦芽四糖的淀粉酶有工业化前景。首次发现了有严格底物专一性的(－D－岩藻糖苷酶，由嗜热菌纯化了5种酶。90年代在国内大力倡导糖生物学和糖工程前沿计划，并建立了糖工程实验室 。3.魏江春男，1931年11月11日生。研究员、博士生导师、中国科学院院士自1963年以来一直从事中国地衣区系与分类研究，同时对世界范围石耳科 (Umbilicariaceae)地衣进行了比较系统的研究。先后组织并参加了国家基金委、国家科委和中科院联合资助的重大项目中的三级课题《中国地衣志－石蕊科》，基金委资助的《用地衣进行北京地区大气质量评定的研究》及《世界范围石耳科地衣的综合研究》，中科院重大项目中的三级课题《西藏地衣研究》以及国家85攻关《南极菲尔德斯半岛生态系统的研究》中的《陆地生态系统的研究》。此外，还对中国地衣文献资料进行了整理与分析，对一些地衣类群，如袋衣科，肺衣科，地卷科，茶渍科等进行了初步研究。当前正在主持并参加由基金委、中科院和真菌地衣系统学开放实验室资助的中美合作项目《东亚－北美地衣型与非地衣型真菌的间断分布及其遗传趋异性研究》。自1990年以来，将注意力逐渐集中于地衣表型与基因型相结合的综合研究方面。在石耳科研究中通过PCR技术对地衣型真菌的核rDNA特定片断进行RFLP分析以及对某些疑难种的核rDNA特定片断进行序列测定，并结合形态学，解剖学，化学与地理学等多性状的综合比较进一步阐述了石耳科地衣的科、属、种级的分类学综合概念。4.郑儒永女，1931年 1月10日生。 研究员、中国科学院院士、博士生导师，系统真菌学专业 一贯致力于真菌分类系统的合理化与完善, 研究小煤炱、白粉菌和毛霉等类 真菌多年。对我国白粉菌目的有关属种以及全世界范围内白粉菌目的所有属的全 型进行了详尽的研究, 澄清和订正了许多国际上有争议的问题, 发表了一个较为 合理和接近自然的白粉菌科属级分类系统, 受到国际公认。1987年与其他人合作 并主写了我国的第一本真菌志《中国白粉菌志》。在分类难度很大的毛霉目研究 中, 注意将形态特征结合生理生化及分子生物学特性和将无性型特征结合有性型 特征并取得了一些有意义的突破。在医学毛霉和内生毛霉方面亦注意开展研究。 共著书10本(主作2本), 发表在国内外学术刊物上和全国会议及国际会议论文62 篇(主作48篇)。 5.方荣祥 院士 男，汉族 1946年1月19日出生于上海，籍贯 安徽省绩溪县工作单位及地址 中国科学院微生物研究所 北京中关村 100080研究员、博士生导师电话及传真 62548243 电子邮件 fangrx@.我们学校的院士李季伦（），男，河北乐亭人，教授，1995年当选为中国科学院院士。 1948年毕业于南京中央大学理学院生物系，留校任教。1950年至今，历任中国农业大学助教、讲师、副教授、教授。1980-1982年在美国Wisconsin大学生化系进修。1989年至今任中国农业大学“农业生物技术国家重点实验室”学术委员会主任；1992年至今任中国科学院微生物研究所“微生物资源前期开发国家重点实验室”学术委员会主任。曾兼任国务院学位委员会学科评议组成员（1985-1991年）、农业部科学技术委员会委员（1983-1995年）、清华大学兼职教授（1994-1996年）、中国微生物学会理事长（1991-1995年）和名誉理事（1995年至今）、《微生物学报》主编（1991年至今） 、《农业生物技术学报》主编（中、英文版，2002年 至今）。长期从事农业微生物的教学和研究，培养了大量专业人才，其中包括60多名研究生。出版译著8册，发表文章 一百二十余篇。与俞大绂教授合编的《微生物学》在我国微生物界有较大影响，获国家新闻出版署优秀科技图书一等奖（1998年）。在基础科学研究方面：系统地研究了生物固氮的问题，取得以下成就：（1）在固氮酶催化机制的研究中，证明了固氮酶催化HD形成是固氮酶的普遍特性，而且是绝对依赖N2的；并提出了固氮酶的双位点放H2模式；（2）在固氮螺菌分子遗传学研究中，建立了我国巴西固氮螺菌Yu62菌株的基因文库，克隆和测序了该菌的ntrBC、draTG、nifA、glnB、glnZ和flbD等基因，并分析了它们的功能；构建了能节约玉米氮肥20%的耐铵固氮基因工程菌株；（3）启动了我国豆科植物根瘤菌资源调查和分类的研究，建立了我国根瘤菌资源数据库，为以后的研究奠定基础。在应用研究方面：先后研制和开发了赤霉素GA3和GA4+7(可用于促进植物生长)、玉米赤霉烯酮和玉米赤霉醇（可用于促进牛、羊增重，并首先发现它们也是高等植物的一类天然激素）、莫能菌素和马杜霉素（可用于预防鸡球虫危害）、以及阿维菌素和伊维菌素（可用于防治动植物的寄生虫）等农牧用微生物制剂，取得了重大经济效益和社会效益。曾获北京市优秀教育工作者（1986年）、五一劳动奖章（1986年）、全国农业劳动模范（1990年）等荣誉称号 ，自1991年起享受国务院颁发的政府特殊津贴。7.我们学校的院士 陈文新，女，教授，博士生导师，中科院院士，国际根瘤菌/土壤杆菌分类分委会委员。1952年毕业于武汉大学农学院土壤农化学系。1958年获前苏联季米里亚捷夫农学院副博士学位。1959年1月回国后在北京农业大学(现中国农业大学)生物学院微生物学系工作至今,一直从事土壤微生物学与细菌分类学的教学和科学研究。自二十世纪70年代起，她主持研究我国根瘤菌资源调查与分类。在她卓越的领导下，组织全国20个单位的微生物学工作者，共同完成全国32个省（市）700多个县，不同生态条件下各种豆科植物根瘤菌资源调查，保藏根瘤菌5000多株；对其中2000株进行过100多项性状分析；发现一批抗逆性很强的根瘤菌种质资源；发表根瘤菌新属2个，新种12个，在国际根瘤菌属、种系统中占很大比重；从分类学角度获得豆科植物与根瘤菌共生关系的新认识；在国内外学术刊物上发表论文100多篇，其中近20篇被SCI收录，被引用200多次；培养硕士、博士50多人。她先后获农业部部级科技进步一等奖2项，获国家教委科技进步二等奖2项，获农业部优秀教材一等奖1项，2001年获国家自然科学二等奖1项。她的工作在国际上有较大影响，1996年当选为国际根瘤菌/土壤杆菌分类分委会委员, 1998年被邀与美国学者一道撰写“伯杰系统细菌学手册”第二版根瘤菌部分内容。现在她正热心于将优良豆科植物--根瘤菌共生体系引入我国西部大开发的农林牧业中而努力工作着。
推荐表专 业 微 生 物 与 发 酵姓 名 ***学 历 博 士 研 究 生个人简介姓 名 *** 性别 男 出生年月 1975．10民 族 汉 籍贯 湖北黄冈 政治面貌 中共党员入学时间 1998年9月 毕业年月 2003年7月学 院 农业工程与食品科学 研究方向 微生物与发酵个人简历1988年9月-1991年7月 湖北省麻城市三河口镇中学1991年9月-1994年7月 湖北麻城市三河口镇职业高中1994年9月-1998年7月 湖北农学院食品科学系（农业教育）1998年9月-2003年7月 浙江大学食品科学系(硕士-博士学位)奖励情况1. 荣获2000-2001年度浙江大学研究生二等奖学金、三好研究生。2．参加浙江大学"天堂硅谷"创业大赛"康宝"创业团队，聘为总经理3．荣获1999-2000学年浙江大学优秀研究生4．荣获2001-2002年度浙江大学研究生挂职锻炼优秀个人称号5． 2001年7月-20012年7月浙江大学研究生挂职锻炼中担任桐庐县冠华兔业有限公司董事长助理一职，获合格证书6．荣获1998年度湖北省高等学校优秀毕业生称号7．1994-1998年连续四年荣获湖北农学院三好学生称号综合素质英语 CET-6，CET-4，GRE，德语基本口语计 算 机 对计算机有浓厚的兴趣，能娴熟运用Office办公软件、AutoCAD，并能运用Dps、SAS统计软件等进行数据处理，熟悉网络、局域网的资源利用。参与科研 1、 参与导师主持的浙江自然基金课题：《氧载体促进丝状真菌氧传递机理的研究》；2、 参与课题"固定化酵母连续发酵动力学的研究"的部分研究工作；3、 参与了"弹性蛋白酶的规模化产业化技术研究"课题；6、 博士毕业论文为《产弹性蛋白酶菌株的分离、鉴定和发酵技术的研究，以及弹性蛋白酶的水解机理探讨》；发表论文 现已在国家正式刊物上发表论文五篇；1． 纳豆激酶的研究进展, 食品与发酵工业; 2001,112． 天然食品防腐剂的研究进展, 食品工业科技, 2001, 93． Optimization of culture medium composition of elastase producing strain Bacillus sp. EL31410 with response surface methodology, Enzyme Microbial and Technology, ． 糖化酶及其基因的研究进展, 微生物学杂志, 2000,65． 产弹性蛋白酶菌株的筛选、鉴定及其产酶条件的初步研究，浙江大学学报（农业生物技术版），2002（已接受）6．Elastase improved production by Bacillus -further Optimization and Kinetics Studies of Culture medium for Batch fermentation，Science of Zhejiang University(Engilish), 2003,17. Influence of medium components on elastase production using crude sources by Bacillus sp. EL31410, Biotechnology and Bioengineering, 2002(waiting for response)社会工作 曾担任班长、学习委员、生活委员社会实践 1999年7月 在钱江啤酒集团研究所参加"固定化酵母连续发酵动力学的研究"，熟悉啤酒生产工艺；2000年6月 浙江大学研究生挂职锻炼中,在浙江温州一家私营企业担任总经理助理;2001年7月-2002年7月 浙江大学研究生挂职锻炼中担任桐庐县冠华兔业有限公司董事长助理一职,获挂职锻炼优秀个人称号；2001年10月 参加杭州-浙江大学联合推出的"天堂硅谷"创业大赛，作品《"康宝"健康品的产业化》闯入创业大赛复赛。主要课程 博士主要课程高级生物化学专题（含实验） 分子生物学高级分子生物学专题（博士） 高级食品化学食品微生物专题 发酵专题食品工程进展 SAS实验设计和分析Dps实验数据分析处理 发酵工程与设备本科课程生物化学 微生物学 药理学 药剂学微生物制药学 生物制药学 生物工艺学 生化分离工程微生物工程 生物工程导论 发酵设备 物理化学有机化学 无机及分析化学 工程经济数学建模自我评价本人性格开朗，充满自信，擅长交际，有较强的组织管理协调和综合分析能力；熟练掌握英语，有较强的英文写作和口头表达能力；平时学习注重知识的系统化，专业理论基础知识扎实，有很强的实验操作能力，完全有能力承担科研工作的筹备、策划、设计和运作。欲在贵公司科研或其他部门从事具有挑战性的工作，能胜任一定的管理工作。
如今还健在的微生物界牛人 1.田波，男，1931年12月25日生于山东桓台县，中国科学院微生物研究所分子病毒学与生物工程研究室主任，研究员、院士、博士生导师，著名病毒学与生物工程专家 1954年8月 北京农业大学植保系毕业 1954年8月至1962年6月 中国科学院微生物所研究实习员, 1958年后任课题组长 1962年7月至1978年12月 中国科学院微生物所, 助研, 课题组长, 1977年后任研究室副主任 1979年1月至1986年4月 中国科学院微生物所, 副研, 研究室副主任, 1983年后任主任 1986年5月至1991年12月 中国科学院微生物所, 研究员, 博士生导师, 研究室主任 1991年12月至今 中国科学院院士, 研究员, 博士生导师, 研究室主任 对中国的植物病毒、类病毒和生物工程有系统的研究, 1983年首次报导了应用卫星RNA防治黄瓜花叶病毒获得成功。通过卫星RNA生防制剂和包括卫星 RNA 在内的多基因抗病遗传工程品种, 在田间大面积应用中获得良好的防病增产效果, 并提出了卫星RNA除抑制病毒复制之外的一种新的抗花叶病机理。他所领导的实验室在生物工程方面开展了核酶工程、随机序列多肽库、抗体基因工程、基因工程医药和植物基因工程等研究, 获得在体内高度抗病毒和类病毒的转基因作物; 构建了胞内和表位多肽库并筛选到用于亲合层析和抗病毒的一些多肽; 构建和表达了几种抗肿瘤的抗体基因; 研制成功数种基因工程药物; 在几种作物上用基因工程方法获得了雄性不育系和恢复系, 为杂种优势利用奠定了基础。 在国内外重要学术刊物上发表论文150多篇, 专著五种。 2.张树政，女，1922年10月22日生于河北束鹿县。现任中国科学院院士、微生物所研究员、博士生导师。 1942－1945 北京大学理学院化学系毕业，理学士； 1945－1946 北京大学理学院化学系助教； 1946－1948 北京大学医学院生化科助教； 1948－1949 北京大学理学院化学系助教； 1950－1954 重工业部综合工业试验所技师； 1954－1957 中国科学院菌种保藏委员会助理研究员； 1958－现在 历任中科院微生物所副研究员、研究员、博士生导师、酶学研究室副主任等职。 1991－现在 中国科学院院士 1992－现在 中国科学院生物学部常委 60年代初，在国内首先用纸电泳、酶谱和生长谱法分析比较了当时在酒精工业界有争议的不同种曲霉淀粉酶系的组成，确定了黑曲霉的优越性。60年代阐明了白地霉的戊糖代谢途径，发现白地霉中有甘露醇，查明了其合成途径。发现并纯化了NAP－甘露醇脱氢酶。70年代在国内首先建立了等电聚焦和聚丙烯酰胺凝胶电泳等新技术。在红曲霉糖化酶的研究中，首次得到该酶的结晶，并发现该酶的不同分子型存在构象差异，证明是糖基化程度不同引起的（现称为糖型）。80年代从事多种糖苷酶的应用和基础研究。如细菌(－淀粉酶高产菌株活力在国际上当时领先，果胶酶的应用，右旋糖酐酶已证明有防龋效果，产麦芽四糖的淀粉酶有工业化前景。首次发现了有严格底物专一性的(－D－岩藻糖苷酶，由嗜热菌纯化了5种酶。90年代在国内大力倡导糖生物学和糖工程前沿计划，并建立了糖工程实验室 。 3.魏江春男，1931年11月11日生。研究员、博士生导师、中国科学院院士 自1963年以来一直从事中国地衣区系与分类研究，同时对世界范围石耳科 (Umbilicariaceae)地衣进行了比较系统的研究。先后组织并参加了国家基金委、国家科委和中科院联合资助的重大项目中的三级课题《中国地衣志－石蕊科》，基金委资助的《用地衣进行北京地区大气质量评定的研究》及《世界范围石耳科地衣的综合研究》，中科院重大项目中的三级课题《西藏地衣研究》以及国家85攻关《南极菲尔德斯半岛生态系统的研究》中的《陆地生态系统的研究》。此外，还对中国地衣文献资料进行了整理与分析，对一些地衣类群，如袋衣科，肺衣科，地卷科，茶渍科等进行了初步研究。当前正在主持并参加由基金委、中科院和真菌地衣系统学开放实验室资助的中美合作项目《东亚－北美地衣型与非地衣型真菌的间断分布及其遗传趋异性研究》。自1990年以来，将注意力逐渐集中于地衣表型与基因型相结合的综合研究方面。在石耳科研究中通过PCR技术对地衣型真菌的核rDNA特定片断进行RFLP分析以及对某些疑难种的核rDNA特定片断进行序列测定，并结合形态学，解剖学，化学与地理学等多性状的综合比较进一步阐述了石耳科地衣的科、属、种级的分类学综合概念。 4.郑儒永女，1931年 1月10日生。 研究员、中国科学院院士、博士生导师，系统真菌学专业 一贯致力于真菌分类系统的合理化与完善, 研究小煤炱、白粉菌和毛霉等类 真菌多年。对我国白粉菌目的有关属种以及全世界范围内白粉菌目的所有属的全 型进行了详尽的研究, 澄清和订正了许多国际上有争议的问题, 发表了一个较为 合理和接近自然的白粉菌科属级分类系统, 受到国际公认。1987年与其他人合作 并主写了我国的第一本真菌志《中国白粉菌志》。在分类难度很大的毛霉目研究 中, 注意将形态特征结合生理生化及分子生物学特性和将无性型特征结合有性型 特征并取得了一些有意义的突破。在医学毛霉和内生毛霉方面亦注意开展研究。 共著书10本(主作2本), 发表在国内外学术刊物上和全国会议及国际会议论文62 篇(主作48篇)。 5.方荣祥 院士 男，汉族 1946年1月19日出生于上海，籍贯 安徽省绩溪县 工作单位及地址 中国科学院微生物研究所 北京中关村 100080研究员、博士生导师 电话及传真 62548243 电子邮件 6.我们学校的院士 李季伦（），男，河北乐亭人，教授，1995年当选为中国科学院院士。 1948年毕业于南京中央大学理学院生物系，留校任教。1950年至今，历任中国农业大学助教、讲师、副教授、教授。1980-1982年在美国Wisconsin大学生化系进修。1989年至今任中国农业大学“农业生物技术国家重点实验室”学术委员会主任；1992年至今任中国科学院微生物研究所“微生物资源前期开发国家重点实验室”学术委员会主任。曾兼任国务院学位委员会学科评议组成员（1985-1991年）、农业部科学技术委员会委员（1983-1995年）、清华大学兼职教授（1994-1996年）、中国微生物学会理事长（1991-1995年）和名誉理事（1995年至今）、《微生物学报》主编（1991年至今） 、《农业生物技术学报》主编（中、英文版，2002年 至今）。 长期从事农业微生物的教学和研究，培养了大量专业人才，其中包括60多名研究生。出版译著8册，发表文章 一百二十余篇。与俞大绂教授合编的《微生物学》在我国微生物界有较大影响，获国家新闻出版署优秀科技图书一等奖（1998年）。 在基础科学研究方面：系统地研究了生物固氮的问题，取得以下成就：（1）在固氮酶催化机制的研究中，证明了固氮酶催化HD形成是固氮酶的普遍特性，而且是绝对依赖N2的；并提出了固氮酶的双位点放H2模式；（2）在固氮螺菌分子遗传学研究中，建立了我国巴西固氮螺菌Yu62菌株的基因文库，克隆和测序了该菌的ntrBC、draTG、nifA、glnB、glnZ和flbD等基因，并分析了它们的功能；构建了能节约玉米氮肥20%的耐铵固氮基因工程菌株；（3）启动了我国豆科植物根瘤菌资源调查和分类的研究，建立了我国根瘤菌资源数据库，为以后的研究奠定基础。 在应用研究方面：先后研制和开发了赤霉素GA3和GA4+7(可用于促进植物生长)、玉米赤霉烯酮和玉米赤霉醇（可用于促进牛、羊增重，并首先发现它们也是高等植物的一类天然激素）、莫能菌素和马杜霉素（可用于预防鸡球虫危害）、以及阿维菌素和伊维菌素（可用于防治动植物的寄生虫）等农牧用微生物制剂，取得了重大经济效益和社会效益。 曾获北京市优秀教育工作者（1986年）、五一劳动奖章（1986年）、全国农业劳动模范（1990年）等荣誉称号 ，自1991年起享受国务院颁发的政府特殊津贴。 7.我们学校的院士 陈文新，女，教授，博士生导师，中科院院士，国际根瘤菌/土壤杆菌分类分委会委员。1952年毕业于武汉大学农学院土壤农化学系。1958年获前苏联季米里亚捷夫农学院副博士学位。1959年1月回国后在北京农业大学(现中国农业大学)生物学院微生物学系工作至今,一直从事土壤微生物学与细菌分类学的教学和科学研究。自二十世纪70年代起，她主持研究我国根瘤菌资源调查与分类。在她卓越的领导下，组织全国20个单位的微生物学工作者，共同完成全国32个省（市）700多个县，不同生态条件下各种豆科植物根瘤菌资源调查，保藏根瘤菌5000多株；对其中2000株进行过100多项性状分析；发现一批抗逆性很强的根瘤菌种质资源；发表根瘤菌新属2个，新种12个，在国际根瘤菌属、种系统中占很大比重；从分类学角度获得豆科植物与根瘤菌共生关系的新认识；在国内外学术刊物上发表论文100多篇，其中近20篇被SCI收录，被引用200多次；培养硕士、博士50多人。她先后获农业部部级科技进步一等奖2项，获国家教委科技进步二等奖2项，获农业部优秀教材一等奖1项，2001年获国家自然科学二等奖1项。她的工作在国际上有较大影响，1996年当选为国际根瘤菌/土壤杆菌分类分委会委员, 1998年被邀与美国学者一道撰写“伯杰系统细菌学手册”第二版根瘤菌部分内容。现在她正热心于将优良豆科植物--根瘤菌共生体系引入我国西部大开发的农林牧业中而努力工作着。
2 刘琨 童张法 梁景,利用木薯淀粉渣和黄浆制取单细胞蛋白质饲料的实验研究,四川大学学报（工程科学版）增刊；VOL034NO；。3 刘琨，木薯淀粉渣的干燥特性探讨；广西大学学报（自然科学版）； ； 。4 刘琨，氢氧化铝薄层干燥的节能方法探索，<化工进展>，22，（8），2003。6 刘琨，《化工原理课程设计指导书》，广西大学立项编写教材。7 刘琨，《化工原理实验指导书》，广西大学立项编写教材。8 刘琨，《化工原理认识实习指导书》。9 刘琨，结合认识实习选题提高课程设计量；《广西大学学报》（哲社版）;;增刊。10 刘琨，康洪；木薯酒精临界含水量与干燥曲线，《化学工程》；EI已收录，;;1999。11 刘琨“化工原理实习与教学相互促进” 广西大学学报（增刊）；1997。12 刘琨，木薯淀粉废渣的利用；《中国饲料》；；199605。13 刘琨，康洪，木薯酒精机械脱水及干燥方法的研究；《广西大学学报》（自然版）；；199606。2021-2034，SCI已收录）16 刘琨、童张法，渗透汽化技术在液体分离中的新进展，现代化工，2005（7），18-21，EI已收录。17 唐伟琴、刘琨、潘东，干燥实验数据处理系统的开发，《化工装备技术》18 周小宁、姜霞、金相灿、刘琨，太湖梅梁湾沉积物磷的垂直分布及环保疏浚深度的推算，《中国环境科学》，EI收录19 龚旌、丁以细、刘琨，废动植物油生产生物柴油的工业化研究，《中国油脂》，EI收录20 刘琨、赖翠华、童张法，工业糖化酶固体发酵木薯渣制取单细胞蛋白饲料的研究，《高校化学工程学报》，EI收录21 刘琨、毛成波，中空纤维聚砜膜超滤技术纯化米醋的研究，《广西大学学报》，22 刘琨、杨超、邹昀，聚醚共聚乙酰胺（PEBA）膜的基本渗透汽化行为，《广西大学学报》，23 邹昀、杨超、刘琨、童张法，醋酸丁酯酯化反应体系组分PEBA膜中的吸附性能，《高校化学工程学报》，EI收录24 刘琨、杨超、陈松、邹昀，聚醚共聚乙酰胺（PEBA）膜的溶胀和渗透汽化行为研究，《高校化学工程学报》，EI收录25 刘琨、祖敏辉，PEBA/PVDF复合膜的溶胀及渗透汽化性能研究，《膜科学与技术》，26 刘琨、陈松，碳分子筛填充聚醚共聚乙酰胺膜渗透汽化分离水溶液中的醋酸正丁酯，《膜科学与技术》