中国科学院化学研究所光化学实验室姚建年

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姚建年，院士，中国科学院化学研究所研究员。1982年毕业于福建师范大学化学系，1990年获日本东京大学工学部硕士学位，1993年获该校博士学位。1995年8月到1999年9月先后任中科院感光化学研究所副研究员、研究员、博士生导师、室主任、所长助理。1999年9月起为中国科学院化学研究所研究员。2005年11月当选为中国科学院院士，2008年1月起任国家自然科学基金委副主任。

简历
1982年毕业于福建师范大学化学系 ，
1990年获日本东京大学工学部硕士学位，1993年获该校博士学位。
1995年8月到1999年4月先后任中国科学院感光化学研究所副研究员、研究员、博士生导师、室主任、所长助理。
1999年4月起任中国科学院化学研究所研究员、博士生导师。
2000年4月到2008年3月任中国科学院化学研究所副所长 。
2005年当选为中国科学院院士。
2008年1月起任国家自然科学基金委员会副主任。
2017年12月起当选农工党第十六届中央委员会常务委员会副主席、常委。
第十三届全国人民代表大会代表，第十三届全国人民代表大会常务委员会委员。


姚建年同志是光化学与光功能材料领域的代表人物之一，长期从事新型光功能材料的基础和应用探索研究，在有机低维功能材料、纳米光电子学等方面取得了一系列开创性成果，具有重要的国际影响。2004年以成果"新型光功能材料的基础研究和应用探索"获国家自然科学二等奖(第一获奖人)，2014年以成果“低维光功能材料的控制合成与物化性能”获国家自然科学二等奖（第一获奖人），1995年获国家杰出青年科学基金资助，并多次获中科院优秀导师奖。目前承担国家重大科学仪器设备开发专项、973项目、及院重大创新项目。2003年由他为学术带头人的"光功能材料的设计、制备与表征"获基金委创新研究群体资助。截止2015年3月，已在Nature(1),Nat.Photon.(1),J.Am.Chem.Soc.(16),Angew.Chem. Int.Ed.(11), Adv.Mater.(24)等国际化学和材料界期刊杂志上发表论文400余篇(他引8621次，单篇最高引用307次)，已获国家授权发明专利18项，主编撰写专著1部，合著3部，合作译著1部。目前兼任中国化学会理事长、中国真空学会"表面与纳米"专业委员会委员、中国电子学会"光信息存储"专业委员会理事、兼任《化学学报》、《物理化学学报》和《影像科学与光化学》杂志的副主编。是英国皇家化学会的fellow，日本科学振兴会（JST）中国中心顾问，是第九届、第十届全国政协委员，第十一、十二届全国人大常委会委员，中国科协第八届常委。
研究领域
仿生超分子与自组装
       有机聚合物太阳能电池是太阳能利用的主要途径之一，其光电过程包括激子产生、激子扩散、激子分离和载流子传输四个主要过程，因此，电池的光电转换性能不仅与光活性分子的光电性能密切相关，还与薄膜材料中电子给受体材料分子的相分离程度、有序性、纳米形貌等超分子层次上的结构因素密切相关。从这个意义上讲，分子自组装与太阳能电池是密不可分、紧密联系的。
       在这方面，自然界已经给出了答案。
       天然光合作用体系是自然界高效利用太阳能的典范，通过生物体特有的可控组装方式，光功能分子在蛋白质有序结构的引导下，形成高度有序的超分子结构，形成了电荷定向分离与转移通道，沿电荷转移通道，功能分子形成电势梯度，形成了特有的调控电荷分离与定向转移的分子机制。
       我们的研究目标是模拟天然光合作用体系的结构和功能特性，通过分子可控组装，研制自组装有机太阳能电池（SA-OSCs）。
研究工作进展：
1、氢键与类多肽寡聚体分子的可控组装
      氢键具有方向性和饱和性，将吡啶与酰亚胺这样的氢键给受体基团沿分子链交替地有序排列形成吡啶酰亚胺寡聚体分子（Pyridine-imide oligomers, PIOs）后，吡啶氮原子与2,6位上的酰亚胺NH间的强分子内氢键作用引导分子可控折叠，形成紧密堆积的螺旋结构（Tetrahedron2011, 67, 8458-8464；Chem. Commun.2008, 2444–2446）。
       多肽骨架间的氢键作用是引导多肽可控折叠形成b-折片的主要作用力（J. Colloid and Interface2009, 337, 54-60）。如果把酰亚胺或脲基代替酰胺键引入到肽链中，因为它们都可以多提供一个氢键作用位点，与天然二肽相比，酰亚胺二肽或脲基二肽可提供更强的氢键作用，因此，可在更低的浓度下形成b-折片（Tetrahedron2009, 65 8269–8276; Tetrahedron Lett.2009, 50, 3926-3928; Synlett 2009, 9, 1506-1510）。在骨架间氢键作用的引导下，多肽分子往往倾向于一维自组装，形成高稳定性的b-折片，因此，调控b-折片层次上的堆积方式是调控多肽纳米形貌的关键。我们选取pp作用和亲水作用均较弱的联吡啶单元，通过柔性链与三肽单元偶联得到三肽-联吡啶偶联寡聚体，当分子1两端的三肽单元形成稳定的b-折片后，超声和加热可以开关分子中间的联吡啶及其连接单元的分子构型，引起亲疏水作用发生可逆变化，即通过b-折片的稳定性与分子构型的可变性之间的完美平衡，实现了b-折片的高级堆积方式及其纳米形貌的可逆调控（图2c和d，Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 3715-3719）。这个结果说明合理设计分子组装基元，引入亲疏水等作用力，通过分子构型的可逆变化可以对自组装纳米材料的形貌进行精准调控。
2、有机半导体的可控组装
        苝二酰亚胺（PDI）是一类典型的n-型有机半导体，其大p体系所提供的强pp作用强烈地倾向于引导分子形成一维pp堆积和一维纳米材料(Curr. Org. Chem.2011, 15, 1314-1339)。我们发现在PDI的1,7-腰位上引入亲水性的吡啶单元后可有效地调控PDI的一维组装倾向：所得到的这个"正方形"两亲分子在甲醇中形成空心纳米球，但在乙醇等弱极性溶剂中，则形成片状结构，说明溶质-溶剂间弱相互作用的微小改变可以有效地调控其自组装纳米形貌（J. Colloid and Interface Sci.2010, 349, 142-147）。
       当用盐酸把吡啶质子化后，在腰位上新引入了氢键和静电力等二级作用力，二级作用力的增强有效地改变了PDI的片状自组装倾向，可控地形成空心纳米球。有趣的是，静电力的引入增大了PDI单元间的距离，大大减弱了聚集引起的荧光淬灭程度，因此，空心纳米球具有与PDI分子本身相当的高荧光量子产率，是片状组装体的4-8倍（J. Am. Chem. Soc.2011,133, 11022-11025）。这个结果说明二级作用力不仅可以调控纳米形貌，通过对分子组装基元的理性设计，还可以调控纳米材料的性能。
       由于PDI腰位方向上的二级作用力与吡啶的质子化程度密切相关，而吡啶的质子化程度可通过水含量（RW）和盐酸浓度（[HCl]）加以精确地调控，因此，通过水含量（RW）和盐酸浓度（[HCl]）可以实现对腰位方向上包括溶质-溶剂间弱相互作用在内的二级作用力的精准调控。我们发现，随着RW和[HCl]的变化，总共有5种形貌被观察到，将形貌与RW和[HCl]相关，首次绘制了二级作用力调控PDI自组装的"分子自组装相图"，建立了用自组装相图表征弱相互作用调控纳米形貌的新方法，在弱相互作用预测纳米材料的形貌方面取得了进展，由定性阶段上升到了半定量阶段。
3、自组装有机太阳能电池
        D-A共聚物是一类重要的电子给体材料，在有机电子学领域有广泛的应用前景。目前，与大量报道的用于D-A共聚物的不同种类的给体单元相比，受体单元的种类和数目却显得明显不足。在此激发下，我们从常见的电子给体单元——芴出发，设计合成了一类新型的电子受体单元——CN2-Fluorene。将它与常见的电子给体单元共聚所得到的D-A共聚物表现出明显的场效应性能和光电转换性能，通过薄膜场效应晶体管（OTFTs）测得的载流子迁移率是传统的芴基聚合物的10倍，达到了10-3 cm2×V−1×s−1数量级（Poly. Chem. C2PY20184D, in press）。


光电功能材料
        基于分子间能量转移现象，设计制备了掺杂TPI－苝晶态微米棒/管体系，发现微米管有着不同于微米棒的特殊光波导性质。并发现基于TPI和苝之间的荧光共振能量转移和长程能量传递，实现了波导光能量在不同波长上重新分配，有望成为波导调制器的原型器件。（已发表于Adv. Mater. 2009 21 4153-4157）。
       利用有机小分子TPI（紫色发光）和APO（绿色发光）来构筑二元微米管复合材料。利用TPI和APO之间的荧光共振能量转移和长程能量传递，实现发光调制的原型器件。基于APO分子光致异构性质，进一步实现了二元TPI-APO微米管的光控波导开关。该二元微米管有望用于逻辑开关和检测器的设计。（已发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2011 50 4942-4946.）
       通过控制分子间的成核和生长的过程，我们将TPI和DCM自组装成为复杂的二元多级结构。不仅能够得到均质二元微米管，还可以获得五节的多级结构。研究表明，多节结构的形成是分子成核和生长竞争的结果。这种理性的可控制备过程可以进一步应用到7节甚至9节的微纳米结构的制备。重要的是，这种理性可控制备可以推广到多种有机小分子体系中。


理论与计算化学
（1）高精度ab initio计算对过渡金属催化有机反应的密度泛函标定研究
（2）过渡金属催化有机反应机理的计算化学研究
（3）含过渡金属的酶催化反应机理理论计算研究
（4）复杂过渡金属电子结构研究

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中国化学会独立出版的第一本国际化学术期刊CCS Chemistry于4月正式发行创刊号，该期刊旨在刊载变革性研究成果，成为化学领域的国际一流学术期刊。CCS Chemistry定义为钻石开放获取，即免费阅读和免费出版，不收取订阅或提交费用。目前，随着创刊号的推出，杂志的网站也已经开放。

CCS Chemistry的主编和常务副主编分别由中国化学会理事长姚建年院士和吉林大学校长张希院士担任，副主编包括多位国际、国内化学领域的知名专家、教授，期刊的顾问编委包括多位诺贝尔奖获得者和国内知名院士。

据姚建年介绍，中国化学会长期以来一直是国际化学研究领域的重要一员，拥有6万多名会员，并与国际其他化学组织合作，促进化学学科发展。他表示迫切希望通过推出中国化学会自己的旗舰学术期刊来扩大中国化学学科的影响力，与国际化学同行分享最前沿和最具变革性的化学成果。

常务副主编张希则认为，这本学术期刊将是一个能为全世界的化学家提供发表他们最好研究成果的平台，通过免费阅读和出版，将能够鼓励和推动科研成果在世界范围内的快速传播，加强中国化学与国际领域的合作与交流。

中国化学会是我国化学领域的重要学术团体，代表我国化学学科加入了国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）、亚洲化学学会联合会（FACS）等7个国际组织。据了解，中国化学会还将陆续推出系列国际化期刊作为长期发展战略，以期更好履行其作为化学领域重要学术团体的使命。

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电子与能量转移过程广泛存在于自然界、生命体系和光电器件中。自然界高效的捕光和能量转移过程启发人们不断进行仿生工作的探索。迄今为止，单线态能量转移研究已经获得了很大进展，然而三线态能量转移的效率和速率仍然较低。开发高效三线态能量转移体系对提高电致发光器件效率、磷光传感与成像以及理解光合作用的三线态光保护机理有重要意义。

　　光功能金属配合物具有丰富的电化学和光物理性质，是一种非常优秀的电子和能量转移研究模型化合物。近年来，中国科学院化学研究所光化学实验室科研人员通过“有机-无机共轭”方法设计、合成了一系列金属有机钌配合物，并对其相关的基本电子转移过程和光电性质开展了系统性研究（Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 1357; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4058; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9192; Coord. Chem. Rev. 2016, 312, 22）。

　　近期，在国家自然科学基金委和中科院先导项目支持下，化学所光化学实验室姚建年团队钟羽武课题组、赵永生课题组和分子动态与稳态结构实验室史强课题组进行合作，选取两种结构和溶解度相似的金属铱、钌光功能配合物作为能量给、受体，通过溶液再沉淀自组装法，制备了双组份均匀掺杂或异质结纳米棒。受益于微纳晶结构的高规整度以及给、受体之间能级和光谱的高度匹配，这些低维材料表现出高效三线态能量转移效果。通过改变钌配合物受体的含量（0 – 1.5%），一维晶体呈现出绿、黄、橙、红等不同颜色发光。当给、受体比例为200:1 时，其能量转移效率达到75%以上，能转移速率接近107 s-1。理论计算和实验结果表明，该三线态体系的能量转移以Förster共振耦合参与的激子扩散机理为主。在进一步研究中，科研人员利用能量转移引起的多色发光，成功实现在微纳尺度下对纳米棒多级组装过程的原位观察和不同波段下光信号波导输出和逻辑处理。相关研究工作发表于J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4269-4278。

图：给、受体分子的化学结构、二元一维纳米棒发光照片以及相关能量转移性质

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5月5日，中国化学会第31届学术年会开幕式上，副理事长周其林宣布中国化学会全新学术期刊 CCS Chemistry 诞生，即日起面向全球征稿。

CCS Chemistry 拟收录和发表国内外化学各领域的高质量原创科技论文，由中国化学会自主运营，目标是成为国际化学领域最好的综合期刊之一。

新刊将依托中国化学会期刊集群（www.ccspublishing.org.cn） 进行在线投审稿及发布，制作运营模式与国际接轨，三年内完全免费开放获取，全球公开发行。首期预计2018年底出版。

5月5日下午，中国化学会举办 CCS Chemistry 酒会。酒会上，中国化学会副秘书长郑素萍向来宾们详细介绍了新刊背景和特色，创刊主编姚建年院士、常务副主编张希院士、副主编周其林院士、谭蔚泓院士分别发言，希望新刊能够得到化学同行的支持，以期发展成为能够映衬中国化学研究水平，代表中国化学形象的国际一流期刊。

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2018年12月29-30日，中国化学会第十一次全国会员代表大会在北京国际会议中心隆重举行。250余名会员代表参加了本次会员代表大会，大会选举产生了中国化学会第三十届理事会。
在随后召开的理事会第一次会议上，选举姚建年为中国化学会第三十届理事会理事长，选举丁奎岭、黄维、刘忠范、帅志刚、孙世刚、谭蔚泓、田禾、谢在库、杨学明、于吉红等10人为副理事长，其中吉林大学于吉红为学会历史上领导班子（理事长、副理事长）中的首位女化学家。