仿生纳米通道能量转换材料体系及器件.docx

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1、项目名称：仿生纳米通道能量转换材料体系及器件首席科学家：危岩清华高校起止年限：2010.9至2015.9依托部门：教化部二、预期目标总体目标本项目的总体目标是通过仿生纳米通道能量转换体系的探讨，探究生命体系高效利用能源的奇妙，建立仿生产能器件的整体设计思路，构建仿生能源结构的截观表征平台和技术手段。研制出几个基于仿生新原理.新假念的先进能源转换原型器件，使我国在仿生能源领域的探讨进入国际先进行列。藉此发表至少200篇SC1.论文，其中舫响因子大于3的文章不少于100篇。培育一批高层次的探讨人才，包括2-3名具有国际影响力的科学家,若干名国家杰出青年基金获得者,培育和造就一批高层次的探讨人才，形

2、成几个在相关领域中有国际影晌的探讨群体.形成几个在国内外有更要扬响的能源材料和仿生材料与器件的探讨基地。为可再生能源材料和技术领域的可持续发展及其成果转化供应新学问、新方法、新技术和新材料，形成具有自主学问产权的关键材料与新型器件，促进我国新能源产业将来的发展。五年5（期目标1 .探讨具有能量转换、传递与储存功能的生物体的结构及原理。设计和制备仿生功能分子与纳米结构单元，重点探讨具有能量转换功能的新型分子与纳米结构的组成、尺寸、形貌和性能。2 .开展仿生功能分子与功能纳米结构单元的殂装探讨；设计、构筑结构及在能量触换、传递和储存等功能上具有协同效应的多尺度、多维度结构的界面、通道（包括仿生选择

3、性透过薄膜）及电极材料体系.3 .模拟自然界设计、构筑出新原理、新梭念的仿生能量转换体系及器件；重点探讨基于生物体离子通道的光-化学能和光-电能量转换材料与器件（包括新型的质子光电转换器，能差纳流电池，声通道反应器，纳米多级多尺度结构催化材料体系）和基于非对称膜的新型高效电池系统（如锂-铜电池）。4 .全面开展仿生纳米通道能量转换材料体系中的能量转化与输运规律的试验、理论和器件探讨：发展仿生纳米结构能量转换体系及器件的测试与表征新方法新技术和搭速相关测试平台；选择典型的能量然换界面材料、通道（包括仿生选择性透过薄膜）及电极材料体系进行多尺度效应、界面效应和多重弱相互作用冰同效应探讨，总结对仿生

4、纳米通道能量转换材料应用有实际指导意义的规律，推动仿生纳米通道能量转换材料及器件的性能提高。5 .仿生纳米通道能量转换器件的集成，构筑光能化学能-电能案成器件：在新能源器件及关键能量转换纳米材料规模化制备上有所突破；形成具有自主学问产权的关键材料与器件，为我国新能源产业将来发展供应新原理，新思路与新技术，做出具有显示度的重大成果.三、探讨方案本项目针对我国将来能源产业发展具有更大影响的关键智能界面材料和智能膜材料的设计、制备与应用中的关键科学问题进行探讨，从战略性、前聘性、基础性的重大共性问题动身，发挥纳米、能源、材料、化学、物理和生物等多学科交叉的优势.对能量转换材料及器件领域的重要问题定点

5、突破。利用微纳结构、多尺度效应、界面效应和砂同效应，仿生原理、设计与构筑基于新原理、新慨念、新结构的仿生能量转换材料，探究新能源器件的集成。本项目的总体思路是：从相识自然界和生命体系中一些生物电现象动身.探讨生命体结构与高效产能特性的内在关联：受其启发，通过设计仿生功能分子和功能分子在智能界面的组装，实现功能仿生纳米通道单元的制备；将智能孔迤集成发展为智能薄膜；探究多尺度,多维度的孔道结构单元智能化组装，并最终实现能源转换原型器件，如图一所示。图一、“仿生智能纳米通道能量转换材料体系及器件集成“总体思路示意图。本项目从仿生角度动费，结合已有探讨基础，系统深化探讨自然界中能量转换与储存的机制与规

6、律及其结构与性能之间的内在本质，构筑从分子到纳米、微米多尺度仿生能量转换材料体系，通过仿照自然构筑新原理或新结构的仿生能手转换材料和器件。从相识自然到仿照自然进而超越自然，实现能量利用最大化和环境成本最小化，推动对传统能源器件的升级改造.探讨抬包与创新点（1）从仿生的角度，将功能分子在具有特别响应特性的界面上进行组装，并使之功能化。（2）从新原理和新材料、新技术的角度,辉决可再生铉源的高效和集成问题，通过对仿生纳米通道能量转换材料体系与器件的深化系统探讨，实现基础探讨与国家发展目标的紧密连接。（3）源于自然，至少在某个或某些方面超过自然！实现能量利用最大化和环境成本政小化.（4）将可控的分子自

7、组装技术应用于功能化的人工纳米孔道的制造，它既是瞄准学科发展前沿，同时又是面对国家发展的重大战珞密求提出的。课题的可行性本项目是纳米、能源、仿生、材料、化学和物理器件交叉性很强的前沿科学，是解决纳米能源问题的新途径，正引起国际学术界和产业界的广泛关注.本项目在我国几个重要的科学探讨基地（如清华高校、中国科学院化学探讨所、北京航空航天高校、北京师范高校.中科院长春应用化学探讨所、中科院青岛能源所等六家国内1.流高校和科研院所单位，参与基地涵盖了两个国家试验室：北京分子科学国家试脸室（筹）、航空科学与技术国家试脸室（筹）；一个国家重点试验室：电分析化学国京试脸室；两个国家中心：北京电子能谱中心、国

8、家电化学和光谱探讨中心，两个教化部重点试段室和两个科学院重点试验室）长期沟通、合作基础上.围绕仿生纳米通道能量转换材料体系与器件这一新的学术增长点，自发形成的优秀团队，拥有千人安排I名，长江学者2名，国家杰出吉年科学基金获得者4名，中国科学院百人安排入选者6名等优秀人才。探讨团队成员分布在不同的学科（包括化学、米材料、能源、仿生、材料物理、生物等学科）,在各自的学科领域取得了突出的成果，前期基础工作雄厚。这一国内优势单位组成的跨学科的探讨团对的探讨条件互补性强，具有仿生纳米通道功能分子、结构单元及纳米能量转换材料体系制备、表征的条件，拥有仿生能源器件制造加工技术平台、和器件性能表征等的必备手段

9、与条件。参与本项目的探讨队伍具有锐意进取、勇于拼搏、严谨扎实的科研精神,具有分析和辉决重要科学和技术问题的实力，完全具备完成本项探讨的条件。本项目的探讨目标明确，交叉性强和创新性突出,探讨安排合理可行，探讨队伍优秀，基地的探讨条件优异，项目是切实可行的。如铉获得经费支持，必将能在仿生纳米通道能量触换材料体系与器件这一新的学术增长点方面做出具有国际影响和中国特色的工作，将推动我国能源科学和纳米科学的发展.课题1：生物体系诲效能量转化的基本原理探讨目标：完成向生物体系能源转换的高效机制学习，并将其应用于仿生智能纳米通道材料体系的设计、构建和组装：利用材料设计的手段优化和组合智能通道，为制备新型智能

10、通道材料和器件（课题2和3）打下理论基础。探讨内容：本课题主要从事生物体系结合纳米孔道材料后的活性探讨以及生物体系中能量转化的模拟与分析，了解生物体系中能量转化的化学反应原理，能量传导过程以及能量的表达方式和途径。为建立新型仿生智能纳米通道材料的理论供应试跄基础。结合智能响应功能界面材料的探讨基础，我们将原有外场如电、光、热、应力、应变、化学、环境等响应的界面，表面特性和原理拓展到纳米尺度通道，设计智能响应性仿生通道，并将其应用于能源转换领域。担当单位：清华高校、北京航空前天高校负责人I危岩教授（千人安排，长江讲座教授）（清华高校）主要学术IMi:刘冬生（教授，杰出青年，百人安棒）；相艳（教授

11、）；范文宏（副教授）：集大为（副教授）登费比例：31%*M2：仿生热米通道功能分子及结构单元的制冬探讨目标：完成系列仿生功能分子体系和纳米通道单元的设计、构建和组装；对仿生材料在纳米通道体系中的能量转换机制提出新的相识。为课例3和课题4供应材料体系的新制备方法和新材料。探讨内容：本课例国困着仿生纳米逋道功能分子及结构单元的制备开展相关工作.通过模拟在自然界中高效能量触校过程中起关键作用的分子结构和功能，我们运用新的合成技术，制备新型仿生高效的光质子化分子材料。探讨这些仿生材料体系中的能量/电子转移过程，探究它们在高效光能到电能转化以及能源存储方面的应用.担当单位：北京师范高校、中科院长春应用化

12、学探讨所我责人：薄志山（教授，杰出青年，百人安排）（北京师范高校）：主旻学术骨干：王宏宇（探讨员，百人安排）；邢巍（探讨员）；刘正平（教授）;朱嘉（副敖授）经费比例：22.4课题3：仿生纳米通道能量转换材料体系的构筑及仿生g件集成探讨目标：开发出仿生寓子选择透过新型电泡膜材料及结构仿生的多尺度多维度的微纳电极材料：构筑出基于仿生纳米通遒的新型能量转换器件（包括新型质子电池、能差电池、锂-金晟电池及生物酹能量转换器件）；实现仿生能源器件集成,构筑光能-化学能-电能集成器件。掾计内通过对高选择性细胞质膜的仿生探讨，利用合成材料制备功能仿生的离子选择性通道材料和结构仿生的多尺度多维度的微纳电极材料，

13、用于离子（H1.i，等）选择透过新型电池探讨。构运基于仿生纳米通道的新原理、新结构、新概念的能量转换与存储器件（包括新型的“化学养分分子”驱动的生物能圣转换器件、干脆利用化学物质能发电的电机、基于生物离子通道的新型能差电池、新型质子电池、及生物诲转换器件和锂金属电池，探讨仿生能源器件集成途径，构筑光能-化学能-电能集成器件，探究高效能量转换、存储与利用新形式。担当单位：中国科学院化学探讨所、中科院青岛能源所负责人：郭玉国（探讨员，百人安排）（中科院化学所）主要学术骨干：崔光能（探讨员，百人安排）；聂富强（潴研）；衡利平（助研）;郭维（助研）经费比例：24.2%课题4：仿生酌米通道体系的能量转化

14、与*运规律探讨辗讨目标：探究仿生能量转换体系中能量转化与输运规律，为仿生纳米通道能量转换材料体系及器件供应新原理。通过对仿生体系的能量转化与输运规律的认知，指导利用纳米结构构迂新型的能量转换材料体系，发展全新的能量转换器件。探讨内容：以植物的光合作用和生令体系中能量转换系统，如对光敏感的视网膜,对浓差敏感的电鳗为探讨对象,探究其实现高效能量转换的墓本原理，并获得自然界和生命体系中生物材料的结构与能量转换，能量储存等性质方面的构效关系。探讨在外场作用下仿生纳米通道中的物，更传输和熊鼠转化规律，为仿生纳米结构的制备供应最基本的理论依据。构建生物光电转换器件，箧立生物信息流的测试新方法和新技术。担当

15、单位：北京航空航天高校、清华高校负责人：高秋明（教授.百人安排）（北京航空航天高校）主要学术才干：李景虹（长江特聘教授，杰出青年，百人安排）；翟铭（教授）：冯琳（副教授）；刘兆阅（副教授）经费比例：22.4%各课题间相互关系本项目从仿生角度动身，结合已有探讨基础，系统深化探讨自然界中能量转换与储存的机制与规律及其结构与性能之间的内在本用，构筑从分子到纳米、微来多尺度仿生能量转换材料体系.通过仿照自然构筑新原理或新结构的仿生能量转换材料和器件。从相识自然到仿照自然进而超越自然，实现能量利用蝮大化和环境成本最小化.推动时传统能源器件的升级改造。（4）仿生纳米通道体系的能最转化与输运规律研究北京航空

16、航大大学清华大学图二、子课题的探讨内涵及相互关系示意图。四、年度安排树形大分子的设计与合成；开展核酸序列与疏水树形大分子的连接、纯化与表征探讨：加期目标I.初步族立基础条件下视紫质单体的质子传导模型；2 .得到模板种类和浓度和反应条件对组装模块纳米孔道结构的关系：3,获得3-5种具有光电转换实力新型的分子，供应课题3进行用子转移太阳能电池的能量箝换效率的测试；4 .得到仿生叶绿素CP-Q复合物分子，并对其结构与性能的关系有较深刻的相识：5 .制备24杉多孔膜和微纳多级结构电极材料，并对材料性能中显示的多尺度、多维度效应,界面效应与物性协同效应有初步的了解；6 .固化膜与电极表面响应性分子和结构

17、单元的鹿饰方法，发展23种甯适性响应性分子的界面组装技术：7 .筛选出物质能量高效转化界面；8 .在国内、国际学术刊物上发表20-40篇文章。探讨内容I.完成视紫质单体与自聚合体的获得与光电基本功能表征，解析其结构与性能的关系；2 .选择非表面活性剂小分子和大分子为模板用溶胶凝胶法制备纳米孔道组装模块；3,进行核酸序列设计与合成：开展疏水4 .含有花和吓啾以及小分子开链烷基取第代的李铉盐等光电功能分子的设计合成与表征，发展I(M)克级以上的制备年方法，并进行纳米孔道表面功能化修度饰的探究；5 .仿生叶绿素分子GP-Q的合成，并通过整合作用与介孔二氧化致形成拥有仿生纳米通道的电极修饰材料；6 .

18、设计并制备仿生离子选择透过新型膜材料和多尺度多维度的微纳电极材料；7 .探讨这些体系中的离子、电子输运与存储特性，并对这些材料体系的应用进行初步探究；8 .合成出多种稳定的光、电、皴、温度以及PH值响应的功能分子和结构单元；9.探讨响应材料的界面性质和光、电、度等外场时界面行为的影响。其次年度1 .畿行Zn2+ta3+等金属离子对视紫质单体的光电循环与效率的调控规律探讨，解析不同金属离子时光循环过程与中间体产生,以及对原子传导与泵出功能的影响规律；2 .通过对模板的化学修饰实现刺激响应性模板，用以调控纳米材料的性质3 .开展核酸/疏水树形大分子杂化体系阻装行为探讨：探讨其在固/液界面中的响应机

19、制；4 .合成含有茉并壤二坐的宽汲取质子转移太阳能电池用新型染料分子：5 .将含有冠髓的功能分子修饰到纳米孔道的表面，并进行结构表征，与第3课题合作探讨其离子的传输性能：6 .探讨自然石墨在各种季链盐电解液中的电化学行为以及机械锈肝等改性手段时李佞盐离子威入石屋层间过程的影响；7 .初步探究环境因素对南电极工作状态的影响,揭示光电性能和博干脆电子传递的机理：8 .探讨将单一的纳米结构单元在多孔漫材料上进行有序，规模化沮装的方法；1 .这立不同价态金属离子调控规律与质子传导模型。实现金属离子对光电性能的调控与优化：2 .得到具有刺激响应性的纳米多孔材料：3 .获得核酸/疏水树形大分子杂化体系在因

20、/液界面中的鼠佳相应条件；4 .获得1-2栉高效光电转换的聚合物和1-2种功能化修饰的纳米孔迪；5 .深刻理解最基本的两种炭电极材料-石屋和多孔炭容纳季筱盐阳离子的行为模式，初步探讨电荷存储主/客体（电荷贮存空间/电荷我体）的拓扑相关性并探讨溶剂环境作用的影响；6 .阐明光阳极上酶催化剂的电子传递的机理。7 .制备1-2种性能优异的仿生离子选择透过多孔膜材料，确定其功能与结构的关系；9 .优化仿生纳米通道单元的设计，尝试构筑新型原理性器件；10 .设计与合成基于高分子，TiO2,AI2Oj及氮化硅材料的具有特别形态的单孔与多孔的纳米通遒薄膜；11 .通过对称或非对称的化学修饰构筑仿生纳米通道体

21、系，探讨其离子输运性能。8 .优选出1-2种具有电子、离子高速通道的高性能锂离子电池微纳绪构电极材料：9 .构筑出1-2种基于仿生纳米通道的新型能量转换与存储原理性器件：10,构筑高质量的具有光、电、盛、温度以及PH值等响应的仿生纳米通道结构；11 .初步探究通道结构中的能量转换与输运规律；12 .在国内、国际学术刊物上发表30-50篇文章。第年1 .开展生物索与两亲高分子标记的视紫质单体的光电信号的调控探讨，解析标记物的种类对蛋白单体与自聚集体光电功能的影响与调控规律；2 .通过共水解单体的选择和修饰调控纳米孔道材料的希架性能：3 .与课.题2合作开展利用核薮/疏水树形大分子杂化体系构建高效

22、纳米孔的探讨；4 .设计、合成含有偶氟基和环椅精的功能化修饰基元,通过点击化学将其修饰到纳米孔道的表面；5 .通过分子设计，饰选适合作为电荷载体的季篌盐阳离子分子结构，合成井纯化新型的李筱盆电解质：6 .探讨石墨和多孔炭电极材料贮存新型1 .总绪与筛选对视紫质功能有正效应的反应条件，实现微环境对视紫质光电响应的调控，为新型能源器件的组装类定探讨墓础；2 .得到可降解的纳米孔道材料；3 .获得具有更高开关效率的具有钾离子响应的纳米孔道；4 .利用偶徽草对紫外光的响应性，实现纳米孔道中离子传粒的紫外光调控；5 .优化并完善季就盐电解质的制备及纯化工艺，探讨石墨和多孔炭容纳新型李胺盆阳离子的行为,探

23、讨影响该行季钱盐阳离子的行为；7 .选择与仿生光阳极相适合的阴极。初步将阴阳两个半电极对接起来，对电池结构进行设计；8 .开发基于无机材料（如介孔分子筛和氧化铝）和柔性高分子材料的仿生盛子选择性透过新型电池膜材料，用于构筑原型器件；9 .优选出具有电子、离子高速通道的高性转微纳结构电极材料,探究规模化制备技术及锂离子电池和电化学超级电容器中的应用；10 .搭建具有高通量、高选择性、高灵敏度与高空间辨别率的仿生纳米结构能量转换体系及器件的测试与表征平台：11 .探讨在单一外场（光、电、钺、温度以及PH值等）作用下，纳米通道体系的能量转化与离子输运特性.1.纳米孔遒材料的骨架上引入反应性茶团，以固

24、定生物分子；第2.依据其他课题的需求，开展具有不同四功能的树形大分子、嵌段高分子、生年初分子的制备与功能化探讨；开展其度与不同响应机制的核酸序列的连接；为表现的因素；6 .制备出可以运用的仿生能基光电化学生物燃料电池：7 .获得1-2种智能响应电池隔腴，并应用于能量转换与存储器件；8 .确定优选出的1-2种具有电子、离子高速通道的商性能锂离子电池微纳结构电极材料的规模化制备技术，组装出锂离子动力电池：9 .构筑出1-2种基于仿生纳米通遒的新型能量转换与存储原性器件；10 .建立基于液相共聚焦近场光学显微镜系统的仿生纳米通道能量转换器件的测试平台，用于外场作用下.钱量转换与输运的规律的探讨：11

25、 .在国内、国际学术刊物上发表4060篇文章。I.获得具有生物相容性或表达生物活性的纳米多孔材料.2 .获得几种具有不同响应机制、不河功能的DNA/功能分子杂化体系；3 .明确锂离子在纳米孔道中的选择性传输特性；4 .进一步提高周子转移太阳能3-制备含有偶氮笨和冠髓的功能化表面的纳米孔道，探讨其对锂离子的选择性传输的性质；4 .制备3-5种具有较高能量转换效率的新型质子转移太阳能电池用染料分子；5 .探讨用功能化的聚恭乙临微球构迂仿生纳米通道单元的条件；6 .结合各种季胺盐阳离子的分子构型和炭电极材料的纳米构造，深化探讨电荷存储主/客体之间的拓扑相关性；7 .组装醇基光电化学生物燃料电池，测试

26、其在光,照和非光照条件下的短路电流、开路电压和最大输出功率密度等性能指标；8 .全面测试并优化仿生离子选择透过新型电池膜材料和微纳电极材料的性能：9 .尝洗仿生能源器件集成，探究高效能量转换和存储的新形式；10 .实现仿生纳米通道的表面性质和离子输运性质的高通最多叁数的底制；11 .探讨其在多个外场作用下的离子整流效应、电流输出开关效应、光电转换效应、微区成像、微区电化学以及微区光电响应。电池的能量转换效率；5 .提出1-2个有里好用化的电极/电解质结合的超级电容器体系；6 .确定12种性能优良的仿生离子选择透过新型电池膜材料的好用化制备珞途，形成新型能量转换与存储器件：7 .优选出1-2种高

27、性能锂离子电池微纳结构电极材料的规模化制各技术：8 .明确在多个外场作用下，仿生纳米通道结构的能量转换与输运的基本规律：9 .在国内、国际学术刊物上发表5070篇文章。第五年度1 .将生物体系包埋在纳米孔遒材料中并对其生物活性进行评估；2 .利用制备的DNA/功能分子杂化体系制备具有不同相应机制的纳米孔道，1.获得具有不同相应机制的高效纳米孔道；发觉功能分子结构与纳米孔道效率的联系规律；探讨其开关效率及结构/效率之间的关系；3 .完善李胺盐电解质和炭电极材料的合成,制备工艺和超级电容器结构，得到睇合性能好的，具有高能量密度的超级电容器材料；4 .进行实体超级电容器各项试般,探究其向好用化发展的

28、可能：5 .探讨以仿生叶绿素C-P-Q为光敏剂的仿生电池稳定性与重现性；6 .进行仿生纳米通道能量转换器件的集成与优化，构筑光能-化学能-电能集成器件；7 .优选材料和器件实现好用化制备。8 .优化基于仿生纳米通道的新型能差电池、质子电池以及光能化学能电能等集成器件的性能；2 .获得具有学问产权的2种以上的新型高能量转换效率的质子转移太阳能电池用染料分子；3 .发展35种纳米孔道表面功能化修饰的方法，并获得光敏和温敏的离子传输的纳米孔道:4 .获得1-2种具有囱主学问产权的李胺盐电解质或者纳米炭材料：5 .获得1种具有自主学问产权的仿生叶皴素分子：6 .获得1-2种具有学问产权的仿生能量转换材

29、料体系与器件；7 .蔬得1-2种高性能微纳结构锂离子电池电极材料并赐予试验证明，赛立规模化制备方法和技术；8 .获得12种高效锂电池集成器件；9 .在国内、国际学术刊物上发表3050篇文章。9 .在总结前几年工作的基础上对取得的结果进行深化分析，整理所取得的成果。一、探讨内容“仿生纳米通道能量转换材料体系及器件,的设计思想，以仿生和纳米科学为牵引，从解决人类将来能源问题的高效性这一层次起步，在如下三个层次方面进行仿生能源的创新：（I）纳米通道原理仿生的能量转换材料及器件设计新理念；（2）纳米结构仿生的多尺度、多维度结构效应：（3）新原理、新概念的能量转换纳米材料的构建及时传统能量转换器件升级改

30、造。这三个层面的核心是构建仿生纳米通道及改造仿生的能量轴换功能结构单元,紧密围绕仿生纳米通道的特性和我们的工作基础，在仿生能源方面将重点开展新型能差纳流电池（仿黑电鳗放电）.质子光电转换器件（仿照视网膜、紫膜的光电转换）.生物薛反应通道（生物膜薛功能反应界面的构建及能量的生成（ATP）,选择性膜电池（仿生褥子逋道的选择性和膜不对称性构建新原理金属一锂电池）和纳米多级绪构催化体系（多尺度、多维度的结构仿生）,实现能量利用最大化和环境成本最小化，推动对传统能源器件的升级改迨。详细内容如下：1 .生物体系高效能量转化的井本原理1.1 光电蛋白康的高效能源转换机制：选取光电蛋白质如细菌视紫红质、变形菌

31、视紫陵等作为探讨对象，探讨它们的高效能源转换机制以及绪构与功能之间的关系。通过探讨不同微环境对视素质单体与自聚合体的结构与光电响应的影响，样析不同条件下的质子泵与光循环过程动力学，建立相应的质子传递模型，笳选出对视紫质单体与三聚体或自聚合体功能有益的环境条件。1.2 纳米材料孔道材料的组成模块及组装：通过合成反应制备纳米孔道材料的组成模块。探究这些模块在不同光，电，pH,盐浓度等条件下组装规律，分析所获得材料的皴观绪构，了解组装条件对材料结构的影响。通过调控模块的性质,使组装的材料具有可调控的孔道结构和良好的生物相容性。1.3 仿生纳米孔道结构与功能的调控及规律的探讨探究将生物体系功能转化为纳

32、米孔道调控机制的方法；探讨纳米材料孔道尺寸、性质对其功能和效率的影响，荻得一般性规律；在北基础上，通过对材料体系的进一步功能化.优化纳米孔道的性能。2 .仿生纳米通道功能分子及结构单元的制各2.1 发展宽汲取的新型光质子化染料分子,提高质子柒移太阳能电池的能量转换效率，实现纳米孔表面的智能化修饰：本课题的任务是为质子转移太阳能电池设计和合成新型的爽料分子，以期提高电池的能量转化效率。质子转移大阳能电池中用到的染料分子是一类能够进行光诱导质子转移的分子，其基本的结构单元为双（二甲氨基取代的三军基甲醇。为进一步提高电池的能量转化效率，我们设计了一些宽汲取的染料分子，这些染料分子的汲取光谱与大阳光谱

33、能螭有较好的匹配。如将植物光合作用的用到的叶琳分子连接到双（二甲氨基）取代的三莘基甲醉上，吓噌分子可以很好的汲取大阳光,从而可以提高染料分子光质子化的效率，进而提高电池的效率。用新合成的功能分子对纳米孔通道进行修饰，构筑出基于仿生纳米通道的新型能量转换器件单元（包括新型质子电池和能差电池）。2.2 光致质子转移共柜聚合物的分子设计、合成、及性能探讨：激发态分子内质子转移在生物学和化学的很多过程中普遍存在，将可发生光致质子转移的小分子引入到共匏聚合物的恻锥或主会中.合成具有光致质子转移性质的共轲聚合物。设计不同的结构以使聚合物可对不同液长的光响应，探讨其在光能到电能的高效转化方面应用O2.3 发

34、展高能量密度.高功率密度、长等合，炼合性能好的超级电容器相关的炭电极材料和有机系功能型电解液：利国分子轨道计算方法财季胺盐进行分子设计。进而选择相宜的极性有机溶剂,将制得的季胺盐溶于有机溶剂配制成电解液,表征电解液的物理及化学性质，找到确定电解液特性的主要因素和务件。依据季筱装电解质的分子结构,推想，设计并制备能够最大限度地，般有效率地贮存李佞盆离子（电荷载体）的炭电极材料。探讨离子在进入人脱离贮存位置时炭原料各种结构的改变，探究诲子贮存机理，把握其中的关键步腺。并在此基础上探讨李胺盐基有机功能电解液和各种炭电极材料的匹配性。2.4 牌基光电化学生物燃料电池：模拟植物光合作用光反应中心叶绿素分

35、子的结构与功能.制备合成仿生叶母素类胡萝卜素-不嗽-配（CarOtCnoid-PorPhyrin-quinine:C-P-Q）三元激基复合分子，并将其应用于生物电子传逡体系中，从而构拢成三维有序结构的仿生能源新体系。探讨该仿生能源体系中光子/电子的转移过程，得示仿生纳米通道在能量转换与物质输运的作用和机理，借鉴自然能量转化的方式来提升效率，探明仿生纳米通道的结构和功能与光电能源过程的影响规律。3 .仿生纳米逋遭能量转换材料体系的构筑及仿生号件集成3.1 仿生离子选择透过新型电池膜材料探讨：制备带有孔道结构的人工合成膜材料及各类多孔膜材料；探讨将单一的晌米结构单元在多孔膜材料上进行有序，规模化组

36、装的方法：开发基于现有无机材料多孔摸（如介孔分子蚱材料和氧化铝多孔膜）和柔性高分子材料多孔膜构筑的仿生离子选择性透过新型电池膜材料。3.2 结构仿生的多尺度多维度的微纳电极材料探讨：基于结构仿生原理，制备具有电子、离子南速通道的微纳多级结构电极材料；探讨这些体系中的多尺度效应、多维度效应、界面效应与物性协同效应；开发适合实际应用的规模化制备方法；推动微纳结构电极材料在高性能锂离子电池.超级电容器等清洁能源器件中的实际应用。3.3 甚于新原理和新结构的能量转换与存储器件探讨：模拟视网膜和紫膜中的茵紫质蛋白在光照后质子在内部和膜两侧的定向传递功能,研制基于仿生纳米通道的光-电能量转换器件；通过财细

37、胞内蛋白质纳米通道的仿生探讨，以化学的方法再现丧子通道与离子泵的定向高效运输过程，开发新型的“化学养分分子”（糖，脂肪等小分子有机物）驱动的生物能量转换器件，包括干脆利用化学物质能发电的器件.生物蕾能量转换器件和基于生物离子通道的能差纳流电池等。在生物细胞内类囊体膜光合作用机制的启发下，探讨将非对称化学组分的智能孔道隔膜构筑基于孔道体系的一体化光阳设遮膜,开发光分解水制氢气和光分解水制第,气分开进行的一化光解水器件。探究基于剌激-响应孔道体系的智能隔震在锂离子电池和燃料电池中的应用。3.4 仿生能源器件的集成：将基于单纳米孔道的原理性器件的制备方法和表征手段移植到多孔膜材料基材上，开发同一张膜

38、衬底上高密度孔道结构并联的器件；借塞生物体系高效产能结构通常枭纳的“多尺度组装”方法，探究纳米孔遒器件的更为智能高效集成方法；探讨把光-化学能转换器件与化学能-电能转换与存储器件集成的原理、方法与技术途径；探究高效能量转换和存储的新形式。4 .仿生热米通道体系的能量转化与输运规律探讨4.1 制备剌激-响应界面的物质能量高效转化体系：借助于静电吸附、氢键、亲疏水力以及化学健合等作用力，在各种膜材料与电极表面形成稳定的光、电、碳.温度以及PH值响应的响应型的功能界面。探讨响应材料的固定方法与修饰条件，以及时外场刺激对界面性用的影响，筛选物质能量高效转化界面。4.2 仿生纳米通道体系中能量转化与输运

39、的基本规律：设计与合成特别形态的单孔与多孔的纳米通道,在其表面时称或非时称修饰功能分子或结构单元。利用解析模型方法和分子动力学在理论上探讨仿生纳米通道体系中的多尺度效应、非对称效应以及界面效应，获得其中能量转化与输运的基本规律。43仿生纳米结构能量转换体系及器件的测试与表征新方法、新技术：搭建具有高通量、高选择性、高灵敏度与高空间辨别率的仿生纳米结构能量转换体系及器件的测试与表征新方法、新技术，为仿生纳米通道能量特换器件的测试供应平台。探讨在可控的光、电、微和溶液PH的状况下，利用枸应材料的二元协同物性的开关作用，探讨离子在仿生纳米通道体系中的离子输运规律及纳米通道的能量输出特性，获得仿生纳米通道在外场作用下的能量转化与输运规律.4.4 器件性能优化：在理论的指导下，优化新型的能量转换体系,如能差电池、质子电池以及光能.化学能.电能等集成器件的性能，探究高效能量转换、存储与利用新形式。