2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子自組裝技術(shù)在金屬材料制備中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種相互作用通常不是驅(qū)動非共價自組裝的主要力？A.疏水效應(yīng)B.靜電相互作用C.共價鍵D.范德華力2.在金屬表面形成自組裝單層膜（SAMs）時，硫醇類分子主要通過什么方式與金屬基底結(jié)合？A.離子鍵合B.共價鍵合C.配位鍵合D.氫鍵合3.Langmuir-Blodgett（LB）膜技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是能夠制備出具有什么特征的薄膜？A.有限的化學(xué)多樣性B.高度有序和可控的厚度C.無法進(jìn)行功能化修飾D.對基底材料要求不嚴(yán)格4.嵌段共聚物（BCPs）自組裝形成納米結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動力是？A.分子間的特異性相互作用B.晶體生長驅(qū)動力C.熱力學(xué)穩(wěn)定性D.動力學(xué)過程控制5.在分子自組裝技術(shù)應(yīng)用于金屬防腐時，通常利用自組裝層形成的什么特性來阻擋腐蝕介質(zhì)？A.高導(dǎo)電性B.高導(dǎo)熱性C.低滲透性D.強(qiáng)磁性6.下列哪種技術(shù)通常用于表征自組裝薄膜的表面形貌和化學(xué)組成？A.X射線衍射（XRD）B.掃描電子顯微鏡（SEM）C.核磁共振（NMR）D.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）7.DNA分子自組裝技術(shù)利用了DNA鏈之間什么堿基互補(bǔ)原則？A.A-T,G-CB.A-G,C-TC.U-A,G-CD.A-U,G-C8.將分子自組裝技術(shù)應(yīng)用于制備金屬基催化劑時，主要利用其構(gòu)建什么功能結(jié)構(gòu)？A.高比表面積B.高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)C.特定活性位點(diǎn)D.高熱穩(wěn)定性框架9.金屬-有機(jī)框架（MOFs）的自組裝通常涉及什么作為連接單元？A.金屬離子或簇B.有機(jī)配體C.水分子D.以上都是10.分子自組裝技術(shù)在金屬材料制備中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.成本過高B.缺乏多樣性C.難以實(shí)現(xiàn)納米級精確控制D.對環(huán)境要求太低二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.分子自組裝是指分子在______或______驅(qū)動力作用下自發(fā)形成有序聚集體或超分子的過程。2.通過控制疏水性和親水性嵌段共聚物的______和______，可以精確調(diào)控其自組裝形成的納米結(jié)構(gòu)類型和尺寸。3.在金屬表面化學(xué)修飾中，自組裝單層膜（SAMs）可以顯著改變表面的______和______特性。4.利用分子印跡技術(shù)通過自組裝預(yù)先構(gòu)筑特定識別位點(diǎn)的金屬傳感器，其核心在于利用______分子作為模板。5.嵌段共聚物（BCPs）在選擇性溶劑中的微相分離行為是形成______、______等納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。6.分子自組裝技術(shù)在制備金屬基復(fù)合材料時，可以實(shí)現(xiàn)對填料顆粒的______和______的精確控制。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.分子印跡技術(shù)2.納米粒子-嵌段共聚物復(fù)合膠束3.表面能極化4.自組裝單層膜（SAMs）5.層狀自組裝膜（LB膜）四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述分子自組裝技術(shù)相對于傳統(tǒng)材料制備方法在制備金屬功能薄膜方面的主要優(yōu)勢。2.解釋為什么硫醇分子特別適合用于在金表面制備自組裝單層膜。3.簡述利用嵌段共聚物（BCPs）自組裝技術(shù)制備核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的一般思路。4.分子自組裝技術(shù)在用于提高金屬材料的生物相容性時，通常需要構(gòu)建什么樣的分子結(jié)構(gòu)或表面化學(xué)環(huán)境？五、論述題（每小題10分，共30分）1.論述分子自組裝技術(shù)如何應(yīng)用于構(gòu)建具有抗腐蝕功能的金屬表面涂層，并分析其作用機(jī)制和面臨的挑戰(zhàn)。2.以DNA分子自組裝為例，論述其在金屬基底上構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)和器件方面的應(yīng)用潛力，并簡述其關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。3.結(jié)合具體實(shí)例，論述分子自組裝技術(shù)如何促進(jìn)新型金屬基催化劑的設(shè)計與制備，并探討其未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.C6.B7.A8.C9.D10.C二、填空題1.熱力學(xué)，動力學(xué)2.溫度，濃度3.能譜，潤濕性4.模板5.花環(huán)，棒狀6.分散，定位三、名詞解釋1.分子印跡技術(shù)：一種通過自組裝預(yù)先構(gòu)筑具有特定識別位點(diǎn)（印跡孔）的聚合物或無機(jī)材料，使其能夠特異性識別并結(jié)合目標(biāo)分子（印跡分子）的技術(shù)。2.納米粒子-嵌段共聚物復(fù)合膠束：指納米尺寸的固體粒子（如金屬納米顆粒）作為核，被嵌段共聚物的特定嵌段（殼層）包覆形成的核殼結(jié)構(gòu)膠束。3.表面能極化：指在固體表面，由于表面原子與體相原子所處的化學(xué)環(huán)境不同，導(dǎo)致表面原子具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)，從而表現(xiàn)出不同于體相的性質(zhì)。4.自組裝單層膜（SAMs）：指由具有特定官能團(tuán)的分子在固體表面通過自發(fā)的物理或化學(xué)過程排列形成的高度有序、均勻的單分子層薄膜。5.層狀自組裝膜（LB膜）：指利用浮游膜技術(shù)，將分子（如雙分子層）在氣-液界面自組裝成有序結(jié)構(gòu)后，通過控制壓片和剝離過程，將其轉(zhuǎn)移并堆積成具有精確厚度和層狀結(jié)構(gòu)的薄膜。四、簡答題1.解析思路：對比傳統(tǒng)（如物理氣相沉積、濺射、涂覆）與自組裝方法。傳統(tǒng)方法可能設(shè)備復(fù)雜、參數(shù)難控、成本高；自組裝方法通常在溫和條件下（溶液、室溫）、低成本、利用現(xiàn)有分子驅(qū)動力實(shí)現(xiàn)精確結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計靈活、易于修飾表面化學(xué)性質(zhì)。2.解析思路：從化學(xué)鍵合角度分析。金表面（特別是Au(111)面）存在大量的sp軌道空位，能夠與硫醇基團(tuán)（-SH）中的硫原子形成較強(qiáng)的配位鍵（金屬硫鍵），這種強(qiáng)相互作用足以驅(qū)動硫醇分子在金表面自組裝形成穩(wěn)定的SAMs。3.解析思路：描述核殼結(jié)構(gòu)的形成過程。首先將目標(biāo)納米粒子（核）分散在不良溶劑中，加入過量的、能在該不良溶劑中自組裝的嵌段共聚物。由于納米粒子表面與嵌段共聚物中某一特定嵌段（殼層嵌段）不兼容或相容性差，該嵌段會富集并纏繞在納米粒子表面，形成穩(wěn)定的核殼結(jié)構(gòu)膠束。4.解析思路：從生物化學(xué)角度分析。生物相容性要求材料表面具有親水性、低粘附性（如低蛋白吸附）、無毒性。自組裝技術(shù)可以通過修飾金屬表面，接枝親水性聚合物鏈段（如聚乙二醇PEG）、引入帶負(fù)電荷基團(tuán)（如羧基、磺酸基）或構(gòu)建特定的糖類配體層，來模擬生物組織界面特性，達(dá)到提高相容性的目的。五、論述題1.解析思路：闡述機(jī)制。自組裝層（如SAMs、LB膜）可以通過物理堵塞孔隙、化學(xué)鈍化表面活性位點(diǎn)、形成氧化保護(hù)層等機(jī)制，阻止腐蝕介質(zhì)（如氧氣、水、離子）接觸到金屬基底。分析挑戰(zhàn)：成膜均勻性、與基底結(jié)合力、長期穩(wěn)定性、耐候性、大面積制備成本等。2.解析思路：介紹DNA自組裝基礎(chǔ)。利用DNA堿基互補(bǔ)配對原則（A-T,G-C）實(shí)現(xiàn)特定序列DNA鏈的特異性識別和連接，構(gòu)建二維或三維超結(jié)構(gòu)。論述應(yīng)用：如利用DNAorigami技術(shù)精確構(gòu)筑納米支架，固定在金屬表面用于傳感器、光電器件；利用適配體DNA識別目標(biāo)分子，構(gòu)建生物傳感器。關(guān)鍵要點(diǎn)：DNA序列設(shè)計、連接效率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、與金屬基底的連接、信號轉(zhuǎn)換機(jī)制。3.解析思路：結(jié)合實(shí)例說明。例如，利用金屬離子與有機(jī)配體自組裝形成MOFs/ZeoliticImid