为庆祝南开大学百年华诞，世界顶级科学期刊Nature推出南开大学百年校庆宣传特刊，系统展现南开大学及各学科的发展历程与学术成就，汇聚世界目光，共贺百年校庆。

Nature校庆特刊专题链接：https://www.nature.com/collections/NKU

首期南开百年校庆特刊以“Transforming life through chemistry(用化学改变生活)”为主题，用4页版面回顾了化学学科的百年风雨历程，全方位展示了化学学科在合成科学、生命健康以及功能材料领域的重大科研进展及社会贡献，向国内外彰显了南开化学的强劲实力。

化学学科宣传版链接 https://www.nature.com/articles/d42473-019-00200-w
化学科讯对原文进行了编译，内容难免有不准确的地方，仅供参考，具体请点击下方阅读原文查看原文。

用化学改变生活

      南开大学化学学院的历史可以追溯到1919年。凭借其在化学合成方面的传统优势，学校现已发展了功能材料和生物医学方面的应用研究。
      从20世纪50年代的农业化学，到最近开发的绿色除草剂、清洁能源材料、生物功能材料、新型催化剂和其他功能材料，南开化学家都产生了很大的影响。化学院院长陈军院士阐述了他的抱负：“我们通过前沿研究和跨学科合作，寻求推动学术突破，满足社会发展需求。”

 合成的艺术

      今天使用的许多药物都是手性化合物。通常一对手性分子中只有一个具有所需的药效，因此合成没有多余镜像形式的化合物将改善药物效率并减少副作用。而使用手性催化剂来可以在不对称催化的过程中指导手性化合物形成。

由周其林设计的新型手性螺环配体是催化体系的骨架。图片来源：JIAXI ZHANG

寻找这样的催化剂是南开大学化学教授、中国科学院院士周其林团队的研究目标。经过多次试验，周其林院士团队发现螺旋结构的螺环分子具有最高的选择性和反应活性。通过修饰这些分子，他们设计了一种新型手性螺环配体作为所需催化剂体系的骨架。合成的螺环分子衍生了一系列手性催化剂，在各种不对称反应中具有高效率和高选择性。他们合成的手性铱催化剂可以催化酮的不对称氢化，具有极高的选择性，转化数（催化剂活性水平的指标）达到创纪录的450万，并成为迄今为止“最有效的分子催化剂”。

周其林的催化剂已被国际制药和化学公司用于生产手性药物和其他化合物，包括试剂和杀虫剂。手性螺环催化剂已用于200多种不对称合成反应，通过提高生产效率和避免浪费带来经济和环境效益。由于他的贡献，周其林院士在2018年被授予未来科学奖。

南开大学的化学科学家专注于合成，新反应，催化剂和试剂的新策略，推进了对化学转化的理解，并为化学工程行业提供了有用的工具。由陈弓领导的团队开发了一种有效合成非蛋白质氨基酸的方法，这些氨基酸难以通过常规方法制备。他们的方法首次合成了具有高度复杂结构的天然糖肽抗菌化合物，是抗击超级细菌的有希望的候选药物。

其他例子包括：宋礼成院士领导的团队开发：Fe / E - 簇化学和氢化酶的仿生模型，可用于商业上可行的氢燃料; 崔春明团队通过碱介导的Si-Si键断裂，形成新结构的有机硅多键结合物; 朱守非团队用邻菲咯啉配体改性的铁络合物催化剂，用于烯烃和炔烃的高效硅氢化反应，是一种直接有效的有机合成方法。朱教授还透露，铁催化剂的自旋态对其活性和选择性有显着影响。

中国科学院院士程津培及其团队开发了测量有机溶剂键离解能和计算离子液体酸度常数（pka）的方法，并根据他们的研究成果开发了一个强大的键能数据库，服务整个领域。

清洁能源材料

利用绿色能源技术来应对全球可持续发展是南开化学学院许多研究人员的另一项承诺。他们对太阳能转换、电化学储能和催化方法的研究已经在能源资源的高效和清洁使用方面取得了突破。

太阳能是一种清洁和可再生的能源，但有效利用它仍然是一项挑战。传统的硅基太阳能电池的制造是能源密集型的。来自南开的聚合物和材料科学家陈永胜团队致力于太阳能转换，专注于碳和纳米材料。“这些碳基材料灵活，价格合理，对环境影响较小，”陈永胜说。

陈永胜寻找具有覆盖整个太阳光谱的宽吸收能力的有机材料。他的团队提出了一种用于串联太阳能电池的叠层结构的新模型，实现了17.3％光-电转换效率，创造了新的记录，并为有机太阳能的工业应用提供了新的希望。

陈永胜提出了一种用于储能和转换装置的三维交联石墨烯。图片来源：南开大学
能量存储需要具有高能量密度、高倍增功率和长寿命的电池。石墨烯因其良好的导电性和其他独特性质而被认为是有希望的候选者。通过提出一种能够用二维石墨烯片制造三维互连石墨烯复合材料的新设计，陈永胜团队开发出一种单片聚合物碳材料，保留了石墨烯的优异性能，可以很容易地用于储能设备和转换。
      在南开无机材料也用于研究能源应用。由中国科学院院士陈军领导的团队提出了一种通过氧化/还原和晶体转变过程合成尖晶石（CoMn2O4）的新方法，室温下可以制备具有良好导电性的稳定纳米尖晶石。该技术有助于降低可充电锂电池或金属空气电池的电极材料成本，并提高电池安全性。该团队还在室温下开发了长循环可充电Na-CO2电池，在世界上第一个为清洁使用二氧化碳提供解决方案。

陈军设计的有机 - 无机杂化电极材料可用于高性能电池。图片来源：南开大学
生物燃料是清洁能源的另一个来源。由于传统的化学航空油是空气污染的一个原因，南开李伟领导的团队转向生产成本低、产量高的蓖麻油，用于清洁生物航空燃料。他们使用催化技术，以低成本制造蓖麻油基航空燃料。他们的技术已经投入商业使用，带来了经济和环境效益。

 绿色农药

      粮食安全是中国的一个关键问题，中国是世界上人口最多的国家。早在20世纪50年代，前南开校长杨石先就开发了有机磷农药，使中国拥有自己的一系列害虫防治产品。南开大学首席教授、中国工程院院士李正明带领团队研究了高活性磺酰脲类除草剂的构效关系（SAR）。从基础研究中，他们发现内部氢键，三个负中心和邻位取代基是需要的，这促使他们修改了著名的Levitt SAR指南并发现了一种新的环保型单嘧磺隆。

早期研究表明，单嘧磺隆控制麦田杂草，但对绿色刚毛草（Setaria viridis）无活性。由于小米（Setaria italica）属于同一属，该团队转移到小米田，发现单嘧磺隆有效控制杂草，同时保持小米幼苗不受损害。
      在当局进行了38次严格的毒理学和环境试验后，所有数据都提交给农业部进一步检查。经过七年的评估，单嘧磺隆被批准用于小米地，这是中国的重要作物，易受大多数商业除草剂的影响。与澳大利亚研究人员合作，将单嘧磺隆成功地停靠在ALS靶酶上以获得新的复合物。
      在美国阿贡国家实验室和CAS研究人员的协助下，复合物的每个亚基在结构上得到了阐明，揭示了582个氨基酸。进一步的研究揭示了单嘧磺隆的独特选择性背后的作用，单嘧磺隆是目前中国唯一用于小米领域的官方除草剂。
同时，由南开化学家席真领导的团队建立了大型生物分子的定量结构活性关系技术，能够预测耐药性，提高农药的有效性。

 用于生物医学的超分子材料

      利用超分子自组装构建功能性生物材料是另一个引起南开化学家兴趣的有希望的领域。
     南开大学刘育教授专注于大环受体分子，探索其在功能材料中潜在用途。他的团队最近开发了一种超分子组装体，可以抑制癌细胞的生长和迁移。凭借独特的成分，它们的超分子纳米纤维可以改变由地磁场和光引发的形式，并诱导癌细胞聚集和功能障碍。该研究为靶向光热癌症疗法开辟了一条新途径。
     南开大学教授郭东生正在研究超分子组装在药物治疗阿尔茨海默病中的应用。郭教授的团队提出了异多价识别策略，该策略涉及多种配体和受体的相互作用，以提高蛋白质结合效率和选择性。两种大环受体的共同组装不仅有助于抑制淀粉样蛋白-β原纤维形成，这是阿尔茨海默病的标志，也有助于溶解原纤维。
      南开超分子化学的其他发现包括：史林启教授小组构建纳米分子伴侣，可以帮助蛋白质组装，抑制蛋白质的错误折叠; 孙平川教授小组发展了表征高分子多尺度结构与动力学的系列固体NMR新技术，为阐明高分子结构-性能关系提供了重要手段，为构筑高性能聚合物材料和发展高分子物理理论提供了新认识。 张望清教授小组研究了非均相自由基聚合中嵌段共聚物的自组装方法。

 功能性杂化材料

      从电子设备和生物传感器到高级催化，混合材料具有广泛的应用。混合材料由有机和无机组分组成，可以表现出定制的化学、磁性或电子特性。
开发这种材料是南开大学程鹏教授的重点，他致力于利用稀土元素的发光传感特性，用于荧光检测癌症。“这个想法是通过构建金属有机骨架（MOFs）来利用无机金属离子和有机配体的不同发光特性，”程鹏教授说。
      与他的同事师唯，程鹏教授团队合成了可重复使用的MOF，在生理浓度范围内工作良好。它们在检测癌症生物标志物方面具有快速反应和高灵敏度和选择性，并且还可用于检测环境污染物。该团队使用重稀土元素，构建了具有磁性和电性耦合性的单晶分子材料，为制造用于数据存储或量子计算等领域的下一代电子设备的先进材料铺平了道路。
其他南开团队对混合材料的研究已经产生了一系列具有理想磁电性能，良好吸附性能或传感功能的新材料。例如，赵斌的团队首次合成了具有多中心金属键和立方芳香性的独特簇化合物，为开发新型功能材料打开了大门。

展望未来

      经过一个世纪的发展，今天的化学学院已发展成为专注于满足社会需求的一个创新研究中心。南开大学现在正计划建立新的跨学科中心，加强广泛的化学研究计划，并培养新的人才，它希望更多杰出的研究人员成为新世纪发现之旅的一部分。