西安交通大学化学学院自2020年成立以来，全体教师立足本职岗位，凝聚团队力量，时刻牢记习近平总书记“坚持“四个面向”，坚持目标导向和自由探索“两条腿走路”，把世界科技前沿同国家重大战略需求和经济社会发展目标结合起来，统筹遵循科学发展规律提出的前沿问题和重大应用研究中抽象出的理论问题，凝练基础研究关键科学问题”的重要指示精神，并坚持“基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关”的定位，与时俱进，转变传统思想观念，由以教学活动为主转为教学科研齐头并进，实现教学与科研协调发展，扎实推进学院基础研究快速发展。
鼓励自由探索研究，原理方法取得新突破
为实现基础研究和原始创新领域的重要突破，习近平总书记强调要坚持自由探索和目标导向有机结合。对此，化学学院多个研究团队始终坚持探索未知世界，致力于在新领域或新方向取得新突破。
发光电化学电池（LECs）是一种具有低成本、可柔性制备的光电显示器件，其中，LECs中的电化学掺杂过程与其活化层形貌和离子分配等密切相关。为了深入研究该过程，西安交通大学化学学院党东锋教授联合瑞典于默奥大学物理系LudvigEdman教授，查尔姆斯理工大学Ergang Wang教授等在基于聚集诱导发光分子的发光电化学电池方面取得了新进展。研究表明，在LEC工作时，AIE材料及其薄膜形貌更有利于离子传输，并且能够很好地抑制激子的非辐射失活，进而取得优异的器件性能。相比于ACQ-LEC，AIE-LEC表现出了更快的开启速度，高效且稳定的发光性能。该研究证明了AIE-LEC可能是实现快速、高效发光器件的有效途径，并提供了一种低成本和可持续发展的器件制备方法。相关研究成果以《基于分子设计的聚集诱导发光：一种制备高性能电化学电池器件的新策略》（Aggregation-Induced Emission by Molecular Design: A Route to High-Performance Light-Emitting Electrochemical Cells）为题发表在德国《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202302874）。
图1 党东锋教授文章TOC
利用可再生生物质资源生产高价值生物基化学品近年来受到了广泛关注，化学学院苏亚琼团队和北京化工大学胡传刚教授团队借助双极膜，将CO2RR与HMFOR在非对称pH电解液体系中进行耦合，实现在阴、阳极两端同步高效生产甲酸与FDCA，为在两个电极上同时生产有价值的化学品提供了一种有前途的方法。该研究成果以《富氧空位InOOH双功能催化剂用于CO2还原耦合生物质转化》（The Role of Oxygen-Vacancy in Bifunctional Indium Oxyhydroxide Catalysts for Electrochemical Coupling of Biomass Valorization with CO2 Conversion）为题发表在顶级期刊《自然通讯》（Nature Communications）上（Nat. Commun. 2023, 14, 2040）。
有机自由基因为具有未成对电子，呈现出独特的光电磁学性质，可应用于氧化还原电解质、发光分子、能量储存和传递等领域。同时，因为单电子占据的前线轨道（SOMO）极易发生氧化或者还原反应，所以大多数的有机自由基在室温空气中的稳定性较低。因此，与常见闭壳层有机分子相比，有机自由基的合成与直接衍生化面临着巨大的挑战。近日，饶彬课题组通过铱催化的C–H硼化反应制备了空气稳定的有机自由基硼试剂，成功应用于Suzuki-Miyaura偶联反应，合成了多种新型的三芳基甲基自由基分子。该团队的研究不仅极大地拓展了三芳基甲基自由基衍生物，而且为其应用和功能化衍生奠定了坚实的基础，同时也为开壳功能分子的合成提供了新思路。相关研究成果以《空气稳定有机自由基硼试剂》（Air-Stable Organoradical Boron Reagents）为题发表在德国《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上（Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 62, e202302835）。
图2 饶彬副教授文章TOC
铁是丰富且价格低廉的过渡金属，而光诱导能量转移可以极大改变或提升铁催化活性，因此，光诱导铁催化近年来引起了化学家的广泛关注。曾荣教授一直致力于廉价铁金属催化体系的开发以及在惰性键活化中的应用，近日该团队结合光促铁催化策略，报道了首例可控聚醚C–H键烷基化反应，高效地实现了聚醚类化合物的主链C–H键官能团化。反应无明显降解产物，表明活性更高的C−O键断裂得到了显著抑制。该反应具有条件温和、催化活性高、催化剂廉价易得、优秀的聚醚普适性和良好的功能团容忍性等优点。该方法也可以进一步应用于新型水凝胶材料的合成和固态电解质锂离子电导率的提升。相关研究成果以《光促铁催化聚醚化合物的可控碳氢键烷基化》（Controllable C–H Alkylation of Polyethers via Iron Photocatalysis）为题发表在化学顶级期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7612）。
面向国家重大需求，关键性能获得新提升
习近平总书记提出“希望广大科学家和科技工作者肩负起历史责任，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，不断向科学技术广度和深度进军。”化学学院始终坚持面向国家重大战略需求，并积极促进科技创新与国家的发展、民族的需要、人民的利益同向同行，不断为国家发展和民族复兴作出卓越贡献。
电介质薄膜电容器由于具有充放电速度快，功率密度高等优点得到了广泛应用。但是极化强度和击穿场强之间的矛盾导致了电介质材料较低的储能密度，并且严重限制了电子器件向集成化和微型化的发展。因此，如何平衡极化和击穿场强之间的矛盾，对于获得优异的储能性能具有重要意义。张志成教授团队提出了一种不依赖高极性基团来提高聚合物电介质储能密度的方法，该工作以PMMA为例，通过在极性聚合物中引入大体积缺电子的乙烯基喹啉（VQQ）单元，其可以同时抑制极化弛豫和电荷传导引起的能量损失。这项工作为平衡极性聚合物高介电常数和高击穿强度之间的矛盾，并同时实现高放电能量密度和高放电效率的全有机聚合物电介质的制备提供了新策略。该项研究成果以《缺电子喹啉基团助力极性聚合物电介质的高脉冲放电储能性能》 （Depressing Relaxation and Conduction Loss of Polar Polymer Materials by Inserting Bulky Charge Traps for Superior Energy Storage Performance in High-pulse Energy Storage Capacitors Application）为题发表在期刊《材料视野》（Materials Horizons）上（Mater. Horiz. 2023, DOI: 10.1039/d3mh00262d）。
图3 张志成教授文章TOC
具有高强度和高韧性的弹性体由于其多样化的应用一直被广泛地研究，而在生物医学应用方面经常需要具有生物可降解性和生物相容性的弹性体。如何制备具有极强机械性能的可生物降解的弹性材料供体内使用仍然是一个巨大的挑战。张彦峰教授团队设计了一种基于分层氢键相互作用的可生物降解聚氨酯弹性体，以聚己内酯（PCL）、二异氰酸酯和 N，N-双（2-羟乙基）乙酰胺（BHO）作为原料，通过无溶剂聚合的方法制成。其中丰富的氢键相互作用阻碍了PCL段的结晶，促进了在弹性体内部形成均匀分布的硬相微域，奇迹般地实现了极高的强度和韧性以及前所未有的高断裂能，加之良好的生物相容性和降解性，可通过3D打印技术制成疝气补片应用于生物医学。此外，就机械性能而言，该弹性体在柔性电子、缓冲吸能等方面同样具有很大的应用潜力。该研究成果以《多级氢键交联的抗撕裂、强韧可生物降解聚氨酯弹性体》（Extremely Strong and Tough Biodegradable Poly(urethane) Elastomers with Unprecedented Crack Tolerance via Hierarchical Hydrogen-Bonding Interactions）为题发表在期刊《先进材料》（Advanced Materials)上（Adv. Mater. 2023, 35, 2212130）。
水凝胶已经是被广泛研究的柔性材料之一，但水凝胶中含水量高，往往力学性能较弱，难以满足承重组织替代品的需求。为了增加水凝胶的力学性能，研究人员提出了许多不同的策略，例如双交联网络、高缠结网络以及纳米纤维结构复合等等。成一龙团队首次发现利用聚电解质可以通过Hoffmeister效应明显地提高水凝胶的力学性能，所得到的DN水凝胶（PVA/P（iAA）水凝胶）的力学性能可以在很大范围内进行调整，抗拉强度可以从从21 kPa到1.45 MPa，伸长率从420到750%，杨氏模量从19到1020 kPa，韧性从0.04到5.43 MJ/m3，抗压强度从0.15到12.35 MPa。研究成果以《聚电解质增韧双网络水凝胶》（Toughening Double Network Hydrogels by Polyelectrolytes）为题发表在期刊《先进材料》（Advanced Materials)上（Adv. Mater. 2023, 2301551)。
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