2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子設計在新型納米材料研發(fā)中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪種方法不屬于分子模擬計算方法？A.密度泛函理論（DFT）B.分子動力學（MD）C.有限元分析（FEA）D.蒙特卡洛（MC）2.量子點的主要特性不包括：A.尺寸效應B.能帶結構C.光電性質D.機械強度3.下列哪種材料屬于一維納米材料？A.石墨烯B.碳納米管C.量子點D.多孔材料4.分子設計在納米材料研發(fā)中的主要優(yōu)勢是：A.成本低B.過程簡單C.可控性強D.應用范圍廣5.自組裝技術在納米材料制備中的應用主要包括：A.制備有序結構B.降低制備成本C.提高材料性能D.以上都是6.下列哪種方法不屬于模板法在納米材料制備中的應用？A.溶膠-凝膠法B.模板法C.水熱法D.脫模法7.分子設計用于制備光催化材料時，主要考慮的因素是：A.光吸收性能B.電子結構C.化學穩(wěn)定性D.以上都是8.分子設計用于制備電催化材料時，主要考慮的因素是：A.電極電位B.電催化活性C.電化學穩(wěn)定性D.以上都是9.下列哪種材料不屬于納米復合材料？A.納米顆粒/聚合物復合材料B.納米線/金屬復合材料C.納米片/陶瓷復合材料D.純金屬10.分子設計在構建納米器件中的應用主要包括：A.設計納米傳感器B.設計納米電機C.設計納米存儲器D.以上都是二、填空題（每空1分，共20分）1.分子設計的基本原理是__________。2.分子間相互作用主要包括__________、__________和__________。3.計算機輔助分子設計方法主要包括__________和__________。4.零維納米材料的主要特性包括__________和__________。5.一維納米材料的主要特性包括__________和__________。6.二維納米材料的主要特性包括__________和__________。7.納米材料的物理特性主要包括__________、__________和__________。8.納米材料的化學特性主要包括__________和__________。9.納米材料的生物特性主要包括__________和__________。10.分子設計在納米材料制備工藝中的應用主要包括__________和__________。三、簡答題（每小題5分，共30分）1.簡述分子設計的概念及其在納米材料研發(fā)中的意義。2.簡述分子模擬計算方法在納米材料研究中的應用。3.簡述石墨烯的結構和主要特性。4.簡述碳納米管的結構和主要特性。5.簡述自組裝技術的原理及其在納米材料制備中的應用。6.簡述模板法在納米材料制備中的應用。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述分子設計在制備光催化材料中的應用及其面臨的挑戰(zhàn)。2.論述分子設計在制備電催化材料中的應用及其面臨的挑戰(zhàn)。五、設計題（10分）設計一種新型納米材料，并說明其設計思路、制備方法和預期應用。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.C5.D6.A7.D8.D9.D10.D二、填空題1.分子結構與性質的關系2.引力、范德華力、氫鍵3.定量構效關系（QSAR）、計算機輔助分子設計（CAMD）4.尺寸效應、量子限域效應5.拓撲結構、導電性6.二維平面結構、高比表面積7.磁性、光學性、電學性8.化學穩(wěn)定性、反應活性9.生物相容性、生物毒性10.自組裝、模板法三、簡答題1.答案：分子設計是指基于對分子結構與性質關系的理解，通過理論計算、模擬和實驗手段，設計和合成具有特定結構和功能的新分子的過程。在納米材料研發(fā)中，分子設計可以精確控制納米材料的尺寸、形貌、組成和結構，從而制備出具有特定性能的新型納米材料，具有重要的意義。解析思路：首先回答分子設計的概念，然后闡述其在納米材料研發(fā)中的重要性，即精確控制納米材料的性質。2.答案：分子模擬計算方法可以模擬分子在微觀尺度上的行為，預測分子的結構和性質，為分子設計提供理論指導。在納米材料研究中，分子模擬計算方法可以用于研究納米材料的結構、穩(wěn)定性、電子結構、光學性質、力學性質等，有助于理解納米材料的構效關系，指導實驗合成。解析思路：首先說明分子模擬計算方法的作用，即模擬分子行為和預測性質，然后具體說明其在納米材料研究中的應用，如研究結構、穩(wěn)定性、性質等。3.答案：石墨烯是由單層碳原子構成的二維材料，具有六邊形蜂窩狀結構。其主要特性包括優(yōu)異的導電性、導熱性、力學強度高、透光性好等。解析思路：首先說明石墨烯的結構，即單層碳原子構成的二維材料，然后列舉其主要特性。4.答案：碳納米管是由單層或多層石墨烯卷曲而成的圓柱狀納米材料，具有管狀結構。其主要特性包括優(yōu)異的力學強度、高導電性、高導熱性、獨特的電子性質等。解析思路：首先說明碳納米管的結構，即卷曲的石墨烯，然后列舉其主要特性。5.答案：自組裝技術是指利用分子間相互作用，使分子自發(fā)地聚集形成有序結構的過程。在納米材料制備中，自組裝技術可以用于制備有序的納米結構，如納米線陣列、納米片層等，具有過程簡單、成本低等優(yōu)點。解析思路：首先說明自組裝技術的概念，即分子自發(fā)聚集形成有序結構，然后說明其在納米材料制備中的應用和優(yōu)點。6.答案：模板法是指利用模板的孔道或界面等特性，控制納米材料的生長和形貌的過程。在納米材料制備中，模板法可以用于制備具有特定尺寸、形貌和組成的納米材料，如納米管、納米線等。解析思路：首先說明模板法的概念，即利用模板控制納米材料生長，然后說明其在納米材料制備中的應用。四、論述題1.答案：分子設計在制備光催化材料中的應用主要體現(xiàn)在通過設計光催化劑的能帶結構、表面態(tài)等，提高其對特定波長光的吸收能力，增強光催化活性。例如，可以通過摻雜、復合等方法調節(jié)光催化劑的能帶結構，使其具有合適的帶隙寬度，從而提高其對太陽光的利用率。此外，還可以通過設計光催化劑的表面態(tài)，提高其表面反應活性。分子設計在制備光催化材料中面臨的挑戰(zhàn)主要包括如何精確控制光催化劑的結構和組成，如何提高光催化劑的穩(wěn)定性和抗中毒能力，如何降低光催化劑的成本等。解析思路：首先說明分子設計在制備光催化材料中的應用，即提高光吸收能力和催化活性，然后舉例說明具體的設計方法，最后分析面臨的挑戰(zhàn)。2.答案：分子設計在制備電催化材料中的應用主要體現(xiàn)在通過設計電催化劑的電子結構、表面態(tài)等，提高其對特定反應的催化活性。例如，可以通過摻雜、合金化等方法調節(jié)電催化劑的電子結構，從而提高其對特定反應的催化活性。此外，還可以通過設計電催化劑的表面態(tài)，提高其表面反應活性。分子設計在制備電催化材料中面臨的挑戰(zhàn)主要包括如何精確控制電催化劑的結構和組成，如何提高電催化劑的穩(wěn)定性和抗中毒能力，如何降低電催化劑的成本等。解析思路：首先說明分子設計在制備電催化材料中的應用，即提高催化活性，然后舉例說明具體的設計方法，最后分析面臨的挑戰(zhàn)。五、設計題答案：設計一種新型納米材料：碳納米管/石墨烯復合纖維。設計思路：利用碳納米管的優(yōu)異力學強度和導電性，以及石墨烯的高比表面積和導電性，通過自組裝技術將碳納米管和石墨烯復合，形成具有高強韌性和導電性的纖維材料。制備方法：首先，分別制備碳納米管和