2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——超分子化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于通常所指的超分子化學(xué)中的非共價(jià)鍵相互作用？A.范德華力B.偶極-偶極相互作用C.離子-偶極相互作用D.共價(jià)鍵2.自組裝（Self-Assembly）在超分子化學(xué)中的核心意義在于？A.通過(guò)化學(xué)鍵合成復(fù)雜分子B.利用分子間非共價(jià)相互作用自發(fā)形成有序或無(wú)序結(jié)構(gòu)C.強(qiáng)制分子形成特定構(gòu)型D.提高反應(yīng)速率3.動(dòng)態(tài)超分子化學(xué)的核心特征是？A.結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定，永不發(fā)生變化B.結(jié)構(gòu)的形成和破裂可以在一定條件下可逆進(jìn)行C.僅在特定溶劑中才能組裝D.只能形成簡(jiǎn)單的一維結(jié)構(gòu)4.在超分子化學(xué)中，"上轉(zhuǎn)換"（Upconversion）現(xiàn)象通常與哪種類型的材料或體系相關(guān)？A.金屬有機(jī)框架（MOFs）B.包含鑭系離子的發(fā)光超分子體系C.傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)D.超分子凝膠5.超分子凝膠作為一種智能材料，其獨(dú)特的響應(yīng)性主要源于？A.分子鏈的交聯(lián)B.溶劑分子的滲透與擴(kuò)散C.組成單元間非共價(jià)相互作用的動(dòng)態(tài)平衡D.高度有序的晶體結(jié)構(gòu)6.在超分子化學(xué)領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別和選擇性結(jié)合的關(guān)鍵是？A.高溫高壓條件B.強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境C.特異性識(shí)別位點(diǎn)（如孔道、腔體、印跡位點(diǎn)）D.隨機(jī)碰撞7.超分子化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要應(yīng)用是？A.直接制造人工器官B.開(kāi)發(fā)具有靶向輸送能力的藥物載體C.基因編輯操作D.純粹的診斷試劑合成8.與傳統(tǒng)催化相比，超分子催化的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是？A.必須在極高溫度下進(jìn)行B.催化劑可以容易回收和重復(fù)使用C.只能在特定溶劑中工作D.催化活性極低9.輪烷（Rotaxane）和輪桶烷（Pseudorotaxane）的結(jié)構(gòu)區(qū)別主要在于？A.輪軸（Junction）的長(zhǎng)度不同B.輪子（Tractor）的化學(xué)性質(zhì)不同C.是否存在桶狀環(huán)結(jié)構(gòu)D.是否具有動(dòng)態(tài)可逆性10.隨著超分子化學(xué)的發(fā)展，其在能源材料領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)日益增加，以下哪項(xiàng)不是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)？A.開(kāi)發(fā)高效的光電轉(zhuǎn)換超分子材料B.利用超分子體系進(jìn)行二氧化碳的溫和轉(zhuǎn)化C.設(shè)計(jì)用于能量存儲(chǔ)的超分子電池組件D.制造用于核反應(yīng)堆的超流體制備方法二、填空題（請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）11.超分子化學(xué)的研究對(duì)象是__________________________以及它們形成的復(fù)雜聚集體。12.“主客體化學(xué)”（Host-GuestChemistry）的概念強(qiáng)調(diào)的是__________________________分子與__________________________分子之間的相互作用和識(shí)別。13.能夠在外部刺激（如光、熱、pH、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等）作用下發(fā)生可逆結(jié)構(gòu)或性質(zhì)變化的超分子體系被稱為_(kāi)_________________________。14.利用超分子自組裝原理構(gòu)筑的具有特定孔道結(jié)構(gòu)、可用于氣體吸附或分離的材料通常被稱為_(kāi)_________________________。15.在生物體內(nèi)，許多天然過(guò)程如酶催化、信息傳遞等都體現(xiàn)了超分子化學(xué)的__________________________原理。16.超分子化學(xué)與材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科的交叉融合，極大地推動(dòng)了__________________________的發(fā)展。17.設(shè)計(jì)具有特定功能（如催化、傳感、藥物輸運(yùn)）的超分子體系，通常需要利用__________________________相互作用的特點(diǎn)進(jìn)行精確構(gòu)建。18.近年來(lái)，基于超分子化學(xué)的__________________________在實(shí)現(xiàn)分子層面的計(jì)算和邏輯操作方面展現(xiàn)出巨大潛力。19.超分子凝膠在感知外界環(huán)境變化并做出相應(yīng)響應(yīng)的特性，使其在__________________________領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。20.為了實(shí)現(xiàn)超分子體系的功能化，研究者常會(huì)引入具有特定識(shí)別位點(diǎn)或功能的分子，這個(gè)過(guò)程有時(shí)被稱為_(kāi)_________________________。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)潔明了地回答下列問(wèn)題）21.簡(jiǎn)述超分子化學(xué)與傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)在研究?jī)?nèi)容和手段上的主要區(qū)別。22.非共價(jià)鍵相互作用在超分子自組裝過(guò)程中扮演著怎樣的角色？請(qǐng)列舉至少三種重要的非共價(jià)鍵類型及其在自組裝中的應(yīng)用實(shí)例。23.動(dòng)態(tài)超分子化學(xué)的興起對(duì)分子設(shè)計(jì)、材料創(chuàng)新以及模擬復(fù)雜生命過(guò)程帶來(lái)了哪些新的機(jī)遇？24.結(jié)合實(shí)例，簡(jiǎn)述超分子化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（如藥物遞送、生物成像、診斷等）的應(yīng)用原理和優(yōu)勢(shì)。25.闡述超分子化學(xué)與能源環(huán)境領(lǐng)域結(jié)合的重要意義，并舉例說(shuō)明其在解決能源危機(jī)或環(huán)境污染問(wèn)題方面的潛在貢獻(xiàn)。四、論述題（請(qǐng)圍繞下列主題進(jìn)行較為深入的論述）26.當(dāng)前，超分子化學(xué)在精準(zhǔn)組裝與智能調(diào)控方面面臨哪些挑戰(zhàn)？未來(lái)可能的發(fā)展方向有哪些？請(qǐng)結(jié)合具體的研究前沿進(jìn)行討論。27.選擇一個(gè)你感興趣的超分子化學(xué)前沿領(lǐng)域（例如：超分子催化、自修復(fù)材料、分子機(jī)器、生物醫(yī)用超分子體系、超分子信息材料等），深入探討其研究現(xiàn)狀、面臨的主要科學(xué)問(wèn)題、潛在應(yīng)用價(jià)值以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。試卷答案一、選擇題1.D*解析思路：超分子化學(xué)的核心是利用分子間作用力（非共價(jià)鍵），共價(jià)鍵是原子間的主要化學(xué)鍵，不屬于分子間相互作用范疇。2.B*解析思路：自組裝的定義就是利用分子間非共價(jià)相互作用自發(fā)形成有序或無(wú)序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，這是其核心特征。3.B*解析思路：動(dòng)態(tài)化學(xué)是超分子化學(xué)的重要分支，其核心特征就是結(jié)構(gòu)單元間相互作用的可逆性，使得結(jié)構(gòu)可以形成、斷裂和重排。4.B*解析思路：上轉(zhuǎn)換發(fā)光是利用鑭系離子等稀土元素在近紅外光激發(fā)下發(fā)射可見(jiàn)光的現(xiàn)象，常用于超分子體系中的傳感、標(biāo)記等領(lǐng)域。5.C*解析思路：超分子凝膠的響應(yīng)性源于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中大量存在的、可逆的非共價(jià)鍵相互作用，這些作用力對(duì)環(huán)境變化敏感。6.C*解析思路：分子識(shí)別是超分子化學(xué)的基礎(chǔ)，其核心在于利用分子間作用力（特別是非共價(jià)相互作用）形成具有特定結(jié)合位點(diǎn)的主體分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)客體分子的選擇性結(jié)合。7.B*解析思路：超分子化學(xué)可用于構(gòu)建藥物載體，利用其識(shí)別和響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送，提高療效和降低副作用。8.B*解析思路：超分子催化的優(yōu)勢(shì)之一在于其主體分子和催化單元（客體）之間常通過(guò)非共價(jià)鍵連接，易于在反應(yīng)后分離和回收，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。9.C*解析思路：輪烷由一個(gè)環(huán)狀分子（輪子）和一個(gè)線狀分子（輪軸）通過(guò)非共價(jià)鍵連接而成；輪桶烷則是在輪軸兩端或中間帶有較大的剛性環(huán)（桶狀環(huán)），阻止了輪子繞軸的旋轉(zhuǎn)。10.D*解析思路：A、B、C均為超分子化學(xué)在能源環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向；D選項(xiàng)核反應(yīng)堆相關(guān)技術(shù)屬于核物理和工程領(lǐng)域，與超分子化學(xué)的直接關(guān)聯(lián)度較低。二、填空題11.相似相容的分子或離子*解析思路：超分子化學(xué)研究對(duì)象是分子、離子等相互作用基元及其聚集體，強(qiáng)調(diào)的是分子間通過(guò)非共價(jià)鍵形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。12.客體；主體*解析思路：主客體化學(xué)的核心是主體分子具有的空腔、孔道或特定識(shí)別位點(diǎn)能與客體分子選擇性結(jié)合。13.智能超分子體系/響應(yīng)性超分子體系*解析思路：在外部刺激下可逆變化的功能性超分子體系通常被稱為智能或響應(yīng)性體系。14.多孔超分子材料/超分子多孔材料*解析思路：利用自組裝構(gòu)筑的具有類似沸石或MOFs的孔道結(jié)構(gòu)的材料，屬于多孔材料類別，且強(qiáng)調(diào)其超分子性質(zhì)。15.識(shí)別與組裝*解析思路：生命體內(nèi)的許多復(fù)雜功能（如酶催化）依賴于分子間的特異性識(shí)別和非共價(jià)鍵組裝形成的精確結(jié)構(gòu)。16.跨學(xué)科交叉研究*解析思路：超分子化學(xué)天然具有交叉性，其發(fā)展與化學(xué)及其他多個(gè)學(xué)科的融合密切相關(guān)，推動(dòng)了該領(lǐng)域成為一門(mén)典型的交叉學(xué)科。17.非共價(jià)鍵*解析思路：超分子體系的核心是依靠非共價(jià)鍵相互作用進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)特定的結(jié)構(gòu)和功能。18.超分子計(jì)算/超分子邏輯門(mén)*解析思路：利用超分子體系的識(shí)別、開(kāi)關(guān)等特性模擬或?qū)崿F(xiàn)分子層面的信息處理和計(jì)算，是前沿研究方向之一。19.感知與傳感*解析思路：超分子凝膠對(duì)環(huán)境變化的高度敏感性使其成為構(gòu)建化學(xué)傳感器或感知界面的重要材料。20.分子印跡*解析思路：將特定分子（模板分子）的信息（形狀、大小、功能基團(tuán)）印跡到超分子材料骨架中，形成具有該分子特異性識(shí)別位點(diǎn)的材料，稱為分子印跡。三、簡(jiǎn)答題21.超分子化學(xué)側(cè)重于研究分子間非共價(jià)相互作用，利用這些作用力自組裝形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體，強(qiáng)調(diào)分子識(shí)別、自組裝、動(dòng)態(tài)性和多樣性。傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)則更側(cè)重于研究原子通過(guò)共價(jià)鍵形成穩(wěn)定分子，關(guān)注分子合成、反應(yīng)機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等。手段上，超分子化學(xué)常利用自組裝、模板法、相變等，關(guān)注宏觀組裝行為和微觀識(shí)別過(guò)程；傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)則以合成化學(xué)為主，通過(guò)可控的化學(xué)反應(yīng)構(gòu)建分子。22.非共價(jià)鍵相互作用是超分子自組裝的驅(qū)動(dòng)力和基礎(chǔ)。它們相對(duì)溫和、可逆，能夠提供足夠的結(jié)合能形成有序或無(wú)序結(jié)構(gòu)，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境條件（如溫度、溶劑、pH）來(lái)控制組裝過(guò)程和結(jié)構(gòu)。重要的非共價(jià)鍵類型包括：氫鍵（如DNA雙螺旋、超分子凝膠）、π-π堆積（如染料聚集、富勒烯）、靜電相互作用（如離子-偶極、頭對(duì)頭堆積）、范德華力（包括色散力、偶極-偶極相互作用，存在于所有分子間，但在大π體系等中貢獻(xiàn)顯著）、配位鍵（金屬離子與配體，用于金屬有機(jī)框架等）。例如，氫鍵用于形成DNA、核酸適配體；π-π堆積用于構(gòu)建柱狀液晶、染料敏化太陽(yáng)能電池中的染料-半導(dǎo)體界面；靜電相互作用用于DNA雜交、蛋白質(zhì)折疊。23.動(dòng)態(tài)超分子化學(xué)的興起帶來(lái)了：1）設(shè)計(jì)更穩(wěn)定、可控或可修復(fù)的材料：通過(guò)引入動(dòng)態(tài)鍵合，材料可以在損壞時(shí)自我修復(fù)，或在特定條件下改變結(jié)構(gòu)形態(tài)。2）開(kāi)發(fā)智能響應(yīng)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)更快速、精確對(duì)外界刺激的響應(yīng)，用于開(kāi)關(guān)、傳感、藥物控制釋放等。3）模擬生命過(guò)程：生命系統(tǒng)本身具有高度的動(dòng)態(tài)性和可逆性，動(dòng)態(tài)超分子化學(xué)為模擬酶催化循環(huán)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命功能提供了新工具。4）實(shí)現(xiàn)分子層面的信息處理：利用動(dòng)態(tài)鍵合的可逆性構(gòu)建分子邏輯門(mén)或計(jì)算單元。24.超分子化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用原理主要基于其分子識(shí)別和自組裝能力。例如：藥物遞送：利用超分子載體（如輪烷、葫蘆脲、聚合物膠束）將藥物分子包裹或連接，通過(guò)設(shè)計(jì)識(shí)別位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)靶向組織或細(xì)胞遞送，并可在特定條件下（如酸堿度、溫度）控制藥物釋放，提高療效、降低毒性。生物成像與診斷：將發(fā)光分子、磁性納米顆粒等功能單元組裝到超分子主體中，制備高靈敏度、高特異性的探針，用于細(xì)胞成像、疾病診斷（如腫瘤標(biāo)記、病原體檢測(cè)）。生物催化模擬：設(shè)計(jì)具有類似酶活性位點(diǎn)的超分子催化體系，用于模擬生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)，或用于有機(jī)合成。生物傳感器：利用超分子體系對(duì)特定生物分子（如蛋白質(zhì)、核酸、小分子）的高選擇性識(shí)別能力，構(gòu)建用于疾病早期診斷或環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器。25.超分子化學(xué)與能源環(huán)境結(jié)合具有重要意義：1）能源方面：開(kāi)發(fā)新型高效、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換材料（如太陽(yáng)能電池中的染料分子、光敏劑），用于利用太陽(yáng)能；設(shè)計(jì)用于能量存儲(chǔ)的超分子電池或電容器組分；開(kāi)發(fā)用于碳捕獲與利用（CCU）的超分子吸附劑或催化劑，將CO2轉(zhuǎn)化為有用燃料或化學(xué)品，緩解氣候變化。2）環(huán)境方面：利用超分子材料或體系的高選擇性識(shí)別能力，開(kāi)發(fā)用于檢測(cè)和去除水體中重金屬離子、有機(jī)污染物、抗生素等的傳感器和凈化材料；利用超分子催化降解環(huán)境污染物。結(jié)合超分子化學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)（分子設(shè)計(jì)靈活性、功能多樣性、動(dòng)態(tài)可調(diào)性），有望為解決全球性的能源短缺和環(huán)境問(wèn)題提供創(chuàng)新的策略和材料解決方案。四、論述題26.精準(zhǔn)組裝與智能調(diào)控面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）多尺度控制難題：如何在從分子到宏觀尺度上精確控制自組裝結(jié)構(gòu)的大小、形狀、孔隙率、分布等，并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可調(diào)性。2）動(dòng)態(tài)性的精確調(diào)控：實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)超分子體系中結(jié)構(gòu)變化速率、可逆性、穩(wěn)態(tài)分布的精確控制，使其按預(yù)期響應(yīng)外部刺激。3）復(fù)雜體系的理解與預(yù)測(cè)：對(duì)于包含多種組分、相互作用復(fù)雜的自組裝體系，其行為預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍具挑戰(zhàn)性，需要更強(qiáng)大的理論計(jì)算和模擬方法。4）功能化的高效集成：如何將特定的催化、傳感、電子等功能高效地集成到自組裝結(jié)構(gòu)中，并確保功能的穩(wěn)定性和活性。未來(lái)發(fā)展方向可能包括：1）計(jì)算輔助設(shè)計(jì)：利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等工具，加速超分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)的進(jìn)程。2）新型非共價(jià)鍵作用力的利用：探索利用氫鍵以外的、具有更優(yōu)性能（如更強(qiáng)結(jié)合力、更快的響應(yīng)速度）的非共價(jià)鍵相互作用，開(kāi)發(fā)新型自組裝體系。3）多功能集成與協(xié)同效應(yīng)：設(shè)計(jì)同時(shí)具備多種功能的超分子體系，實(shí)現(xiàn)不同功能的協(xié)同作用。4）柔性/可編程自組裝：開(kāi)發(fā)能夠在外部信號(hào)下進(jìn)行編程、重構(gòu)甚至解體的自組裝體系，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的智能調(diào)控。5）與微納制造技術(shù)的結(jié)合：將自組裝技術(shù)與微流控、3D打印等微納制造技術(shù)結(jié)合，制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的器件。27.（以下選擇超分子催化領(lǐng)域進(jìn)行論述，考生可選擇其他領(lǐng)域）超分子催化是超分子化學(xué)與催化化學(xué)交叉的重要前沿領(lǐng)域，旨在設(shè)計(jì)具有特定結(jié)構(gòu)和功能的可溶性或固相超分子催化劑，以模擬或超越天然酶的催化性能。研究現(xiàn)狀：當(dāng)前研究熱點(diǎn)包括利用葫蘆脲、杯狀冠醚、輪烷、多輪烷等主客體分子識(shí)別體系，將催化活性中心（如金