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　　作为化学科学的核心，分子科学是研究分子的结构、合成、转化与功能的科学，是化学科学发展的新形式与新阶段。《 分子科学前沿丛书》依托北京分子科学国家研究中心，围绕国家对化学前沿基础研究的需求，从探究分子结构到合成分子、组装分子，再到面向国家重大需求的分子体系的应用，以期通过一-批前沿原创著作的出版展现我国化学前瞻性基础研究重大成果。该套丛书的出版将会有力促进我国分子科学领域和相关交叉领域的发展，充分体现北京分子科学国家研究中心在科学理论和知识传播方面的国家功能。

　　本书以北京分子科学国家研究中心骨干研究单位的科研活动为载体，报道近年来在高分子科学前沿领域的科研成果，其内容覆盖了高分子化学、高分子物理、高分子材料等领域，包括了新型高分子材料的合成及性质、特殊条件下的高分子化学、功能高分子材料的合成与性质、高分子物理计算机模拟、新实验手段与方法、先进高分子体系的仿生制备、传统高分子体系的新发展、高分子与生物大分子等。这些内容涵盖了北京分子科学国家研究中心在高分子领域的新研究动向以及对于高分子科学经典难题探究的新尝试与新进展，涉及溶液、晶体、玻璃态、表界面等多个方面。此外，还包含了合成高分子与生物大分子的结合。

　　内容简介

　　自德国科学家Hermann Staudinger发表首篇关于大分子的学术论文以来，高分子科学已经走过一百余年的历程。自诞生之日起，高分子材料就表现出不凡的独特性质与功能，在军事国防、航空航天、交通运输、电子通信、医疗健康、日常生活等领域发挥着巨大的作用，成为人类不可或缺的关键物质与材料。

　　本书以北京分子科学国家研究中心骨干研究单位的科研活动为载体，报道近年来在高分子科学前沿领域的科研成果，其内容覆盖了高分子化学、高分子物理、高分子材料等领域，包括了新型高分子材料的合成及性质、特殊条件下的高分子化学、功能高分子材料的合成与性质、高分子物理计算机模拟、新实验手段与方法、先进高分子体系的仿生制备、传统高分子体系的新发展、高分子与生物大分子等。这些内容涵盖了北京分子科学国家研究中心在高分子领域的新研究动向以及对于高分子科学经典难题探究的新尝试与新进展，涉及溶液、晶体、玻璃态、表界面等多个方面。此外，还包含了合成高分子与生物大分子的结合。

　　目录

　　1章 用于有机光伏电池的共轭聚合物

　　1.1引言003

　　1.2有机太阳能电池的基本工作原理004

　　1.3有机太阳能电池的性能参数005

　　1.4共轭聚合物光伏材料007

　　1.4.1共轭聚合物光伏材料的设计要求007

　　1.4.2共轭聚合物光伏材料的设计方法008

　　1.4.3共轭聚合物光伏材料的合成方法015

　　1.5共轭聚合物光伏材料的研究进展017

　　1.5.1共轭聚合物给体材料017

　　1.5.2共轭聚合物受体材料029

　　1.6有机共轭聚合物光伏材料未来的发展与挑战035

　　参考文献036

　　第2章 蛋白质高分子偶联物的合成与应用

　　2.1引言045

　　2.2蛋白质高分子偶联物的合成方法046

　　2.2.1grafting-to偶联047

　　2.2.2grafting-from偶联054

　　2.3蛋白质PEG化及潜在的PEG替代高分子材料057

　　2.3.1蛋白质PEG化057

　　2.3.2潜在的PEG替代高分子材料060

　　2.4蛋白质的聚氨基酸化063

　　2.4.1聚氨基酸的合成064

　　2.4.2蛋白质聚氨基酸偶联物合成方法065

　　2.4.3聚氨基酸化蛋白质类药物的生物医药应用067

　　2.5结语072

　　参考文献073

　　第3章 晶体中的聚合

　　3.1引言083

　　3.2拓扑聚合物的反应体系085

　　3.2.1烯烃及其衍生物085

　　3.2.2丁二炔的聚合反应091

　　3.2.3炔和叠氮的1,3偶极环加成反应096

　　3.2.4压力诱导的拓扑化学反应102

　　3.3总结与展望103

　　参考文献104

　　第4章 嵌段共聚物有序网络组装结构的调控和应用

　　4.1引言111

　　4.2网络组装结构的调控114

　　4.2.1通过改变BCP的结构和组成调控组装结构115

　　4.2.2通过调节分子量调控组装结构118

　　4.2.3通过控制分散度调控组装结构119

　　4.2.4利用链段的特殊构象调控组装结构119

　　4.2.5利用共混调控组装结构120

　　4.2.6使用溶剂退火调控组装结构123

　　4.2.7通过调节溶剂的溶解性调控溶液组装结构123

　　4.2.8通过改变温度调控组装结构124

　　4.3自组装网络结构的应用124

　　4.3.1不同化学结构的网络及其衍生结构的制备125

　　4.3.2功能材料134

　　4.4总结与展望140

　　参考文献142

　　第5章 蛋白质拓扑工程

　　5.1引言149

　　5.2天然拓扑蛋白质150

　　5.3人工拓扑蛋白质的构建和转化151

　　5.3.1天然拓扑蛋白质的衍生152

　　5.3.2组装反应协同构建人工拓扑蛋白质153

　　5.4拓扑蛋白质的优势与应用156

　　5.5总结与展望158

　　参考文献159

　　第6章 螺旋聚乙炔衍生物的合成、构象调控及应用

　　6.1引言165

　　6.2聚乙炔及其衍生物的合成168

　　6.3光学活性螺旋聚乙炔衍生物的制备169

　　6.3.1螺旋选择性聚合170

　　6.3.2手性诱导178

　　6.3.3聚合后反应179

　　6.4螺旋聚乙炔衍生物的构象调控及表征181

　　6.4.1cis-transoid聚炔螺旋构象的调控181

　　6.4.2cis-cisoid聚炔螺旋构象的调控184

　　6.5螺旋聚乙炔衍生物的应用190

　　6.5.1手性传感器190

　　6.5.2对映体分离192

　　6.5.3不对称合成催化剂196

　　6.5.4手性分子开关197

　　目录0036.5.5手性发光材料198

　　6.6总结与展望202

　　参考文献203

　　第7章 白色结构色及聚合物超白表面

　　7.1引言213

　　7.2生物白色的物理基础213

　　7.2.1布拉格叠层反射213

　　7.2.2无规散射215

　　7.2.3光子晶体216

　　7.3生物白色的扩散传输平均自由程218

　　7.4聚合物超白表面219

　　7.4.1纳米纤维网络结构219

　　7.4.2蜂窝孔或球体堆积结构220

　　7.4.3双连续网络结构221

　　7.5白色结构色的应用221

　　7.6总结与展望224

　　参考文献225

　　第8章 环保节能绿色的聚烯烃

　　8.1引言231

　　8.2聚烯烃材料概述231

　　8.2.1聚乙烯、聚丙烯发展现状及趋势233

　　8.2.2乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)树脂发展现状及趋势236

　　8.2.3乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)树脂发展现状及趋势237

　　8.2.4聚1丁烯(PB1)树脂发展现状及趋势237

　　8.3聚烯烃树脂催化剂238

　　8.3.1铬系(Phillips)催化剂239

　　8.3.2钛系(ZieglerNatta)催化剂243

　　8.3.3锆系(metallocene)催化剂246

　　8.4后过渡金属配合物催化剂248

　　8.4.1铁配合物催化乙烯制备α烯烃249

　　8.4.2铁/钴配合物催化乙烯制备聚乙烯蜡251

　　8.4.3镍配合物催化乙烯制备聚烯烃弹性体材料252

　　8.5聚烯烃生产工艺254

　　8.5.1低密度聚乙烯(LDPE)生产工艺254

　　8.5.2线型低密度与高密度聚乙烯(LDPE和HDPE)生产工艺255

　　8.5.3聚丙烯(PP)生产工艺257

　　8.5.4中国聚烯烃生产装置状况及技术进展257

　　8.6聚烯烃发展前景与展望258

　　参考文献259

　　第9章 荷电大分子体系的分子模拟

　　9.1引言265

　　9.2荷电大分子体系中的主要算法265

　　9.2.1分子模拟中的短程相互作用和长程相互作用265

　　9.2.2Ewald加和算法266

　　9.2.3带电表面与界面上静电相互作用的模拟及粗粒化算法269

　　9.3聚电解质溶液的分子模型272

　　9.3.1稀溶液中性高分子构象272

　　9.3.2稀溶液聚电解质构象274

　　9.3.3聚电解质稀溶液中抗衡离子的聚沉和溶液渗透压280

　　9.3.4聚电解质溶液的动力学282

　　参考文献286

　　10章 单分子荧光显微与光谱技术，以及高分子物理研究

　　10.1引言289

　　10.2关于多电荷大分子单分子链构象及电荷状态的研究290

　　10.3关于高分子结晶过程中物质输运性质的研究295

　　10.4关于玻璃化转变过程中分子动力学的研究300

　　参考文献307

　　索引310

　　前言/序言

　　自德国科学家HermannStaudinger发表首篇关于大分子的学术论文以来，高分子科学已经走过一百余年的历程。自诞生之日起，高分子材料就表现出不凡的独特性质与功能，在军事国防、航空航天、交通运输、电子通信、医疗健康、日常生活等领域发挥着巨大的作用，成为人类不可或缺的关键物质与材料。高分子复合材料使得运载火箭将更大、更重的载荷送人太空，使得航空业在消耗更少燃料的同时完成更多的运量；先进的光敏性高分子材料保证了集成电路芯片制造与封装的顺利完成；高性能的医用高分子材料在保障人类生命与健康的事业中发挥着不可替代的作用。正是由于高分子与众不同的独特性质以及在各个领域中的巨大作用，高分子科学成为世界众多研究人员大力投入的重要学科。人们在高分子的理论和实验的活跃而持续研究中，获得了关于高分子合成、高分子链结构、溶液及凝聚态结构、高分子性质和功能性等方面海量的信息与深人的认识，取得了卓越的研究成果。高分子科学研究的发展与进步为人类在各个领域的活动带来了无法估量的价值。

　　在过去的一百余年中，高分子科学的研究取得了巨大的成功，诞生了大量出色的科研成果，加深了人们对于高分子及其性质的认识与理解，极大地推动了高分子材料工业的发展与进步。然而，由于研究的进步、新兴学科的兴起以及未来新工业革命的需求，高分子科学的研究在获得巨大发展机遇的同时也遇到了强有力的挑战。人们在不懈努力解决高分子领域的经典难题的同时，也在不断开辟着新的研究方向与领域，不断发现高分子材料的新性质与新功能。采用新的合成方法得到了具有特殊拓扑结构的高分子，从而赋予了高分子全新的性质；以化学方法裁剪分子，将新的功能基团引人高分子，实现了诸多高性能高分子材料的制备；以全新的研究手段开展工作，获取传统方法难以得到的全新信息；发展高分子新理论，从根本.上揭示高分子的奥秘。近年来，高分子科学加强了与生命科学的交叉融合，人们根据高分子科学的原理认识与理解生命物质与生命过程，从全新的角度考察生命现象。

　　聚焦前沿研究，是高分子科学研究人员的使命与重任。本书以北京分子科学国家研究中心骨干研究单位的科研活动为载体，报道近年来在高分子科学前沿领域的科研成果，其内容覆盖了高分子化学、高分子物理、高分子材料等领域，包括了新型高分子材料的合成及性质、特殊条件下的高分子化学、功能高分子材料的合成与性质、高分子物理计算机模拟、新实验手段与方法、先进高分子体系的仿生制备、传统高分子体系的新发展、高分子与生物大分子等。这些内容涵盖了北京分子科学国家研究中心在高分子领域的新研究动向以及对于高分子科学经典难题探究的新尝试与新进展，涉及溶液、晶体、玻璃态、表界面等多个方面。此外，还包含了合成高分子与生物大分子的结合。

　　本书首章介绍了用于有机光伏电池的共轭聚合物，由侯剑辉编写；第2章介绍了蛋白质-高分子偶联物的合成与应用，由侯颖钦、吕华编写；第3章介绍了晶体中的聚合，由马玉国、李雪编写；第4章介绍了嵌段共聚物有序网络组装结构的调控和应用，由沈志豪编写；第5章介绍了蛋白质拓扑工程，由杨婷婷、张文彬编写；第6章介绍了螺旋聚乙炔衍生物的合成、构象调控及应用，由汪胜、张洁、宛新华编写；第7章介绍了白色结构色及聚合物超白表面，由杨萌、邹为治、杨是佳、徐坚、赵宁编写；第8章介绍了环保节能绿色的聚烯烃，由杨文泓、孙文华编写；第9章介绍了荷电大分子体系的分子模拟，由廖琦编写；10章介绍了单分子荧光显微与光谱技术，以及高分子物理研究，由杨京法、赵江编写。

　　限于作者水平，书中难免存在诸多不足，欢迎广大读者批评指正。