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一、肖勝雄教授課題組在Nature發(fā)表論文，單分子絕緣體研究領(lǐng)域獲重要突破

上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院化學(xué)系肖勝雄教授、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Colin Nuckolls 教授、Latha Venkataraman 教授、以及丹麥哥本哈根大學(xué)Gemma Solomon 教授通力合作，通過(guò)對(duì)環(huán)硅烷分子電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，開(kāi)發(fā)了一種具有破壞性量子干涉效應(yīng)的Si[222]橋環(huán)硅烷材料，有效降低了分子電導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了在1 nm以下的單分子超級(jí)絕緣，在單分子尺度上阻止了量子隧穿。研究成果以“Comprehensive suppression of single-molecule conductance using destructive σ-interference”（通過(guò)破壞性的σ鍵量子干涉實(shí)現(xiàn)單分子電導(dǎo)的全面抑制）為題，于2018年 6月6日在Nature（《自然》）上發(fā)表，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0197-9。

肖勝雄教授課題組

摩爾定律預(yù)測(cè)半導(dǎo)體器件的尺寸會(huì)越來(lái)越小，然而當(dāng)硅電子器件的尺寸從宏觀狀態(tài)演化到小分子尺度比如單個(gè)有機(jī)硅分子時(shí)，量子效應(yīng)將起到主導(dǎo)作用，宏觀下的電學(xué)規(guī)律將不再適用，比如量子隧穿效應(yīng)等將使摩爾定律面臨挑戰(zhàn)。

圖：電子在硅單分子導(dǎo)線中隧穿時(shí)的波函數(shù)衰減情況及電子傳導(dǎo)情況：A）直鏈硅烷分子線Si4、模擬真空縫隙硅分子線Si4-cut和橋環(huán)硅烷分子線Si[222]三種分子的結(jié)構(gòu)示意圖；B）三種分子導(dǎo)線在電子隧穿過(guò)程中的波函數(shù)衰減示意圖；C）分子導(dǎo)線中的電子傳導(dǎo)通道示意圖，箭頭的粗細(xì)與電子傳導(dǎo)元素的強(qiáng)度成正比，而箭頭顏色則代表傳輸方向，紅色箭頭表示有效的電子傳導(dǎo)，藍(lán)色箭頭表示破壞性的量子干涉。

通過(guò)掃描隧道顯微鏡斷裂分子結(jié)(STM-BJ)測(cè)試（與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)合作完成），結(jié)合密度泛函計(jì)算（與丹麥哥本哈根大學(xué)合作完成），從本質(zhì)上解釋了電導(dǎo)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)Si[222]具有破壞性的d-鍵量子干涉效應(yīng)（圖C中藍(lán)色箭頭所示），在單分子電導(dǎo)測(cè)試中顯示出超級(jí)單分子絕緣性能（圖B所示），其單分子電導(dǎo)甚至低于同等尺寸的絕對(duì)真空。本研究通過(guò)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，首次實(shí)現(xiàn)了破壞性的σ鍵量子干涉效應(yīng)，為摩爾定律突破到單分子級(jí)別提供了可行性支持，對(duì)單分子電子學(xué)以及量子計(jì)算機(jī)等研究領(lǐng)域具有重要意義。

丹麥哥本哈根大學(xué)博士生Marc Garner、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)博士生Haixing Li以及上海師范大學(xué)碩士生陳艷同學(xué)為論文的共同第一作者，上海師范大學(xué)肖勝雄教授、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Colin Nuckolls 教授、美國(guó)哥倫比亞大學(xué) Latha Venkataraman 教授、以及丹麥哥本哈根大學(xué)Gemma Solomon 教授為論文共同通訊作者。

二、趙寶國(guó)教授課題組Science《科學(xué)》上發(fā)表論文，在仿生催化和有機(jī)小分子催化研究領(lǐng)域獲重要突破

上海師范大學(xué)資源化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙寶國(guó)課題組在仿生催化和有機(jī)小分子催化等領(lǐng)域中展開(kāi)研究，提出和發(fā)展了“羰基催化”的新型催化模式，研究成果以“Carbonyl Catalysis Enables a Biomimetic Asymmetric Mannich Reaction”（羰基催化的策略實(shí)現(xiàn)仿生的不對(duì)稱曼尼希反應(yīng)）為題，于6月29日在Science（《科學(xué)》）上發(fā)表論文（DOI: 10.1126/science.aat4210）。

仿生催化是向大自然學(xué)習(xí)、模擬生物酶的化學(xué)催化技術(shù)，它有利于實(shí)現(xiàn)從源頭減少污染，順應(yīng)了綠色及可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的需要，是催化學(xué)科的一種重要發(fā)展趨勢(shì)。本研究是基于輔酶維生素B6的仿生催化的工作, 將維生素B6這一生物元素性地得到一系列手性的a,b-二氨酸酯類化合物。a,b-二氨酸是一類具有很高生物活性的重要化合物，如抗生素L應(yīng)用于催化與合成的領(lǐng)域中。趙寶國(guó)課題組主要從事綠色化學(xué)方向的研究，發(fā)展綠色的合成方法。我們進(jìn)行的仿生催化的研究就是為了發(fā)展像生物酶一樣的催化劑，使其具有環(huán)境友好、條件溫和、反應(yīng)高效和產(chǎn)物選擇性好等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)從源頭上減少和控制污染。

羰基催化模式

在本研究中，課題組基于維生素 B6核心骨架發(fā)展了軸手性N-甲基吡哆醛催化劑，并用羰基催化的策略實(shí)現(xiàn)了仿生的不對(duì)稱曼尼希反應(yīng)。催化劑能像酶一樣在含水體系中催化甘氨酸酯對(duì)亞胺的不對(duì)稱加成，高活性、高選擇avendomycin和血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受體拮抗劑Roxifiban中都含有手性a,b-二氨酸結(jié)構(gòu)片斷，該研究工作為此類化合物的制備提供了一種高效的、綠色的合成方法。反應(yīng)如酶催化過(guò)程類似，催化劑對(duì)兩個(gè)反應(yīng)底物具有協(xié)同的雙重活化作用，因此表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的催化效果。

仿生曼尼希反應(yīng)

輔酶維生素B6在生物體內(nèi)表現(xiàn)出強(qiáng)大的催化功能，能催化很多轉(zhuǎn)化，但其催化能力在有機(jī)化學(xué)中不僅沒(méi)有得到足夠的認(rèn)識(shí)，更沒(méi)有得到發(fā)展。趙寶國(guó)課題組一直致力于基于維生素 B6核心骨架的仿生催化的研究。在前期的研究中，已經(jīng)發(fā)展了多種手性吡哆醛/吡哆胺催化體系，實(shí)現(xiàn)了手性吡哆醛/吡哆胺催化仿生不對(duì)稱轉(zhuǎn)氨化，可以用于合成各種重要的手性氨基酸，這也是第一次實(shí)現(xiàn)的基于輔酶維生素B6核心骨架在仿生不對(duì)稱催化領(lǐng)域中的應(yīng)用（Org. Lett. 2015, 17, 5784；J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10730；Org. Lett. 2016, 18, 3658）。

該研究工作的意義體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是提出和實(shí)現(xiàn)了羰基催化的新催化模式，羰基催化有可能會(huì)帶來(lái)許多新的轉(zhuǎn)化和反應(yīng)，是有機(jī)小分子催化領(lǐng)域中的一個(gè)重要進(jìn)展；其二是在課題組前期的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展了輔酶維生素 B6核心骨架在不對(duì)稱催化領(lǐng)域中的應(yīng)用，為把這一奇妙生物元素的強(qiáng)大催化功能在有機(jī)化學(xué)中發(fā)揮出來(lái)，打下了更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是仿生催化領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展。該研究和后續(xù)的工作將來(lái)會(huì)為有機(jī)合成、精細(xì)化工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域帶來(lái)更多的應(yīng)用價(jià)值。

一個(gè)月內(nèi)，一篇《Nature》一篇《Science》，這些研究成果的取得是上海師范大學(xué)近年來(lái)在加強(qiáng)科研創(chuàng)新平臺(tái)及學(xué)科建設(shè)、推進(jìn)高水平研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面所取得重要成果的一個(gè)縮影，充分體現(xiàn)了上海師范大學(xué)在一流學(xué)科建設(shè)中的特色和優(yōu)勢(shì)。