小系科也有大作为

——我校化学系“十二五”期间教学科研扫描

“接连在国际知名期刊发表高水平文章，教改获得教学成果特等奖，学生科研竞赛成绩喜人”，学校有关部门负责人说起我校化学系，称赞：“化学系‘十二五’期间的表现，可谓小系科同样有大作为。”

“十二五”成绩不错

在强势系科林立的同济，化学系山水不显，但它的“十二五”成绩单却很漂亮：

“十二五”期间，该系承担国家自然科学基金资助项目共56项，其中重点项目1项，杰出青年基金1项，优秀青年基金1项；获得专利授权159项。发表影响因子5以上的SCI论文从2011年的年均10余篇提高到2014年的近50篇。“影响因子10以上SCI论文年均3-5篇，ESI高被引论文和热点论文数量处于学校各学科前列。”校有关部门负责人介绍，与此相适应，ESI国际学科排名进入前1%。

与学科科研相适应，该系的教学改革成绩同样取得不俗的成绩。国家级精品课程普通化学立项建设国家级精品资源共享课程，物理化学、分析化学、无机化学等3门课程成为上海精品课程和重点课程。公开出版高水平教材《普通化学》等7本，教学教改论文年均10余篇，部分高水平论文发表在美国化学会《化学教育》上。“改革实验教学模式，培养学生创新能力——分层次跨学科化学开放实验教学实践”获上海市教学成果一等奖，教学质量继续稳步提升。最近，学校刚刚公布的教改成果奖名单中，王晓岗、许新华、范丽岩等牵头的“物理化学实验课程的现代化建设”获得特等奖。

最让化学系人高兴的是，上海市“化学品分析、风险评估与控制重点实验室”落户化学系，现已开始建设。出席成立大会暨第一次学术委员会议的校党委书记杨贤金表示，学校将依托化学、环境等相关学科，并借助联合国环境规划署—同济大学环境与可持续发展学院丰富的国际交流背景，将实验室建设成为具有国际影响力的高水平研究中心。据了解，该重点实验室将开展化学品分析监测、化学品迁移转化、化学品风险评估和化学品污染控制等4个方向的研究，瞄准化学品风险防控国际研究前沿和国家重大需求开展有特色的研究工作，为我国乃至全球化学品风险防控提供技术支持和政策建议。“实验室将被打造成开放性的科研平台”，实验室负责人张扬会教授表示。

“十二五”期间科研既前沿又面向实际

“科研激励政策学校都有，我们系里要做的事情就是创造一个宽松的科研环境和高端的化学研究平台。”该系系主任王雪峰告诉记者。正是得益于良好的科研环境建设，化学系“十二五”期间在纳米材料化学、能源化学等国际前沿领域和环境化学等研究领域取得不俗成绩。

大家使用的计算机、智能手机都是基于逻辑门的电子运算，通常由晶体管构成。一高一低的两股电流在通过这扇“门”后，会产生高、低两种信号，分别代表逻辑上的“真”与“假”，或二进制中的“0”和“1”。石硕、姚天明的分子开关研究与逻辑门颇为相似性，分子开关将输入刺激（化学信号、生物信号、电信号、光信号等）转变成输出信号。二人基于人体原癌基因（RET），通过小分子诱导DNA构象变化，构建了包含六个逻辑门的逻辑网络，进而实现了逻辑门级联，该研究可为疾病基因诊断奠定基础。研究成果发表在国际知名期刊《化学科学》上。

环氧树脂是常用的一种热固性工程塑料，广泛应用于涂料、胶黏剂、电子电器以及航空、航天等领域。该系谷红波与美国田纳西大学学者合作研究的课题就是以环氧树脂为基体材料，探讨了四氧化三铁纳米颗粒、碳纳米纤维为填充物组成的纳米杂化材料中负的磁阻现象。谷红波说，磁阻效应是指某些金属或者半导体材料的电阻值在外加磁场作用下发生变化的一种现象。负的磁阻现象表明，在外加磁场作用下，该纳米杂化材料的电阻值是降低的，电导性是增加的，“这项研究成果可实现多功能性纳米复合材料应用于电子器件、磁阻传感器以及印刷业等领域。”据了解，这项研究成果发表在2015年影响因子为17.493的期刊《先进材料》上。

二氧化碳是温室气体的重要成分，它还能被合成用来制作很多药物，包括医药品和农药。最近，这种可能性正在赵小明课题组这里一步步变得明朗。二氧化碳是惰性的，课题组针对这一情况采用铱和其它物质配比组成催化剂，结合磷酸钾成功合成了胺基甲酸酯化合物。研究表明：烯丙基碳酸甲酯与铱络合物进行氧化加成反应，生成烯丙基铱络合物并释放二氧化碳，然后胺捕捉二氧化碳，再与烯丙基铱络合物反应生成目标化合物。研究成果相继发表在《欧洲化学》、《化学通讯》、《欧洲有机化学》上。

海水能成为燃料？化学系陈作锋课题组的研究证明是可行的。太阳光驱动化学反应制备化学燃料（即太阳能燃料）是太阳能转化和利用的一种重要方式，而水氧化反应是其中的重要半反应。但是，水氧化具有高度的复杂性和困难性，有无可取代的半反应？陈作锋等找到了海水，海水中丰富的氯离子让其氧化变得容易了。“氯离子氧化生成氯气比水氧化生成氧气能量低45%；在光电催化的应用中，前者只需2个光子驱动即可完成（即两电子氧化），而后者则需4个光子；再者，氯离子氧化可避免水氧化过程中高能过氧化物中间体的生成。还有，氯离子氧化生成氯气的反应过程相对简单，且氯离子氧化同时也是氯碱工业生产中的重要半反应，工业结构升级的意义重大。”陈作锋说。该项成果发表在《J. Am. Chem. Soc.》上。

王启刚团队在附属第十人民医院大力支持下，发明新型纳米探针。所谓纳米探针其实是一种纳米凝胶，它是一种高分子三维网络结构的纳米颗粒，广泛应用于人体内部的药物传输、生物成像中。该成果是王霞博士作为第一完成者发表的，研究在纳米凝胶中引入磁共振成像技术，其纳米凝胶基造影剂可实现肿瘤区域响应性增强的双模式成像，可大大提高肿瘤成像的敏感度、小尺寸肿瘤病灶区的成像效率及安全性，并能实现肿瘤病变部位高效、安全的超声及磁共振双模式肿瘤成像诊断，轻松获取扫描照片及成像图片。相关研究论文发表在ACS Nano和Biomaterials上。

教学，激发学习热情是系里不变的主旋律

教学，尤其是本科教学是大学立校之本。近年来，高等教育正在发生深刻的变化，化学系在不断添置基础研究实验设备，优化大型仪器和化学化工实验教学中心建设与管理，支撑教学研究的同时，还积极探索以创新为驱动的教改之路。

化学嘉年华已经是该系的传统项目了，这个项目集化学实验室开放、化学嘉年华游园会、系列讲座、系文化展示、联合知识竞赛、趣味体育等多项内容于一体，近年来又与毕业晚会相结合，面向全校开放，影响越来越大。“‘嘭——’瓷制的蒸发皿裂成两半，是什么有如此大的杀伤力？你能想到过氧化钠和蔗糖吗？在化学系同学的帮助下，一位其他专业同学小心翼翼地将过氧化钠和蔗糖搅拌混匀，水流一接触到混合溶液，就立刻燃起了火苗，随即炸裂了蒸发皿。‘真是太奇妙了，太神奇了！’观看的同学直呼过瘾，迫不及待地尝试起来。”这是嘉年华上发生的一幕，相似的节目还有火山喷发、香水配置、喷雾作画、晴雨花、热冰、荧光剂等化学趣味实验。

如今，改革我们的教学成为全系上下的共识。物理化学实验如何现代化？物理化学实验是理工科各院校一门重要的专业基础课，其原理和技术广泛用于化学、化工、材料、生物、冶金、环境、医药等诸多领域，同济大学每年必修、选修该实验课程的学生人数超过500人。针对这一情况，许新华、王晓岗、范丽岩、吴梅芬、刘亚菲等以基础实验的改革为切入点，提出了“物理化学实验课程现代化建设”的教改思路。“这里所说的现代化，一是指在实验内容、技术和仪器方面进行改革，推动课程整体教学水平的提高；二是改革实验教学方式，将创新能力培养和学术能力养成等目标融入实验课程教学活动中。”王晓岗介绍说，经过4年的教学实践，课题组开发原创性试验项目13项，发表教研论文28篇，出版教材1部，建立了以“学士前科学素质培训”为核心的实验教学新模式，获得了一批国际同行认可的成果。这项教改成果，获得今年学校教学成果特等奖。

良好的科研教学环境让该系的学生对探索式学习的兴趣越来越浓。郭友景同学发现的非连续性流体微观结构聚集会产生宏观效应就是在她“观察——质疑——实验”的基础上得来的成果。流体力学是研究物质变形和流动的一门学科，主要研究对象是液体物质，通常使用力学连续性方程来探讨流动的过程，经典理论中这些物质被看作是连续的和无结构的。但是在我们日常生活和实际应用中所有可流动的液体如豆浆、果汁、牛奶以及血液等都是有结构的，并且从微米尺寸上来看这些液体在流动过程中是不连续的。因此，经典理论大多不适合描述在流动过程中这类物质在微观尺度上发生的现象。在开展了一系列的研究后，郭友景发现了非连续性流体的微观结构的聚集会产生奇特的宏观效应。研究结果表明，高浓度悬浮液流过一个圆形小孔时会产生一个半球形“糕状”颗粒聚集体，高浓度悬浮液通过一个垂直管时会产生神奇的外壁爬升效应，外观看起来犹如一朵喇叭花，越上越大颜色越鲜艳。这项成果在今年美国物理学会3月年会上引起广泛关注，其论文摘要被作为年度亮点之一刊登在美国物理学会通报网站上。

斩金夺银是该系学生的家常便饭，今年他们又在“挑战杯”中获得好成绩。田志新教授指导的肖开捷团队以《基于同位素轮廓指纹比对的蛋白质数据库搜索引擎》项目夺得上海市特等奖，最终获得全国赛二等奖。该项目使用世界首创的“同位素轮廓指纹比对”算法，自主研发了整体蛋白质数据库搜索引擎ProteinGoggle，建立了相应的网络平台，该算法可顺畅解析酸序列长于100个的蛋白序列，实现了蛋白质鉴定的准确、全面和重现性的最大化。“系里针对大学生课外科技创新工作，采取了包括给予专项资金支持，对优秀作品和潜力作品进行重点支持和累进支持等措施，取得较好的成绩亦是情在理中。”学校有关部门老师表示。