2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子科學與工程材料設(shè)計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在題后括號內(nèi)）1.在分子設(shè)計策略中，旨在通過精確控制分子的構(gòu)型和空間排布來調(diào)控材料性能的方法是（）。A.分子自組裝B.高通量計算篩選C.分子工程D.模板法合成2.當設(shè)計具有光學活性的聚合物時，通常需要關(guān)注其分子結(jié)構(gòu)中的（）。A.離子交換能力B.共軛體系長度與規(guī)整性C.硬件計算效率D.生物降解速率3.DFT（密度泛函理論）在材料分子設(shè)計中的主要應用之一是（）。A.直接模擬大規(guī)模材料的宏觀力學行為B.精確預測分子間非鍵相互作用能C.快速繪制元素周期表D.自動完成材料合成實驗4.對于設(shè)計用于生物醫(yī)用植入物的材料，以下哪個性能要求通常不是首要考慮的？（）A.高機械強度B.完全無毒性C.與周圍組織的良好生物相容性D.良好的導電性（視具體應用而定）5.分子印跡技術(shù)主要用于設(shè)計具有特定（）的材料。A.電導率B.光吸收峰位置C.對特定分子識別能力的孔道結(jié)構(gòu)D.熔點6.設(shè)計具有特殊表面性質(zhì)的納米材料時，常需要考慮（）。A.材料的晶格缺陷B.材料的表面原子配位環(huán)境C.材料的密度D.材料的化學鍵類型7.“構(gòu)效關(guān)系”這一概念在分子設(shè)計中的核心意義在于（）。A.強調(diào)分子結(jié)構(gòu)的多樣性B.揭示分子結(jié)構(gòu)與材料宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系C.指出分子設(shè)計需要遵循的數(shù)學公式D.說明分子設(shè)計效率與計算速度成正比8.設(shè)計新型功能高分子材料時，引入特定功能基團的主要目的是（）。A.降低材料的成本B.提高材料的加工性能C.賦予材料特定的物理化學功能（如導電、光敏、催化等）D.增加材料的顏色種類9.仿生學思想在材料分子設(shè)計中的應用，主要是指（）。A.使用生物學計算機進行設(shè)計B.模仿生物體的結(jié)構(gòu)、功能或自組裝過程來設(shè)計新材料C.將材料設(shè)計任務交給機器人完成D.利用生物材料作為模板進行材料合成10.在高通量計算篩選材料設(shè)計方法中，其優(yōu)勢之一是（）。A.可以完全替代實驗驗證B.能夠直接獲得材料的商業(yè)生產(chǎn)成本C.能夠在計算中模擬所有可能的實際工藝條件D.可以快速高效地探索大量分子結(jié)構(gòu)或參數(shù)空間，篩選出有潛力的候選者二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上）1.分子設(shè)計通常是一個迭代的過程，需要在__________、__________和_____________之間反復優(yōu)化。2.影響聚合物材料力學性能的關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)因素包括分子量、__________、__________和分子鏈形態(tài)等。3.分子自組裝通常在__________或__________條件下，通過分子間非共價鍵相互作用形成有序的超分子結(jié)構(gòu)。4.設(shè)計具有特定熱穩(wěn)定性的材料，通常需要考慮分子結(jié)構(gòu)中的__________、__________等因素。5.“分子工程”的概念最早由__________提出，其核心思想是通過對分子結(jié)構(gòu)的__________和__________來控制材料的性能。三、名詞解釋（每題4分，共16分）1.分子識別2.構(gòu)效關(guān)系3.高通量計算篩選4.仿生設(shè)計四、簡答題（每題6分，共18分）1.簡述利用DFT計算進行分子材料設(shè)計的基本流程。2.分子自組裝在功能材料設(shè)計中有哪些潛在應用？3.設(shè)計一種用于有機光電器件的聚合物材料時，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？五、論述題（每題10分，共20分）1.論述分子設(shè)計與傳統(tǒng)材料制備方法在思想和方法上的主要區(qū)別。2.結(jié)合具體實例，論述在分子設(shè)計中如何平衡性能要求與成本效益。---試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.C2.B3.B4.D5.C6.B7.B8.C9.B10.D二、填空題（每空2分，共20分）1.設(shè)計，制備，表征與性能評價2.分子鏈柔順性，結(jié)晶度（或取向度）3.溶液，氣相4.芳香環(huán)，雜原子（或強共價鍵）5.阿龍·切哈諾沃，結(jié)構(gòu)，功能三、名詞解釋（每題4分，共16分）1.分子識別：指分子（或超分子）與特定客體分子通過非共價鍵相互作用，選擇性地結(jié)合并形成特定結(jié)構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)特定功能的現(xiàn)象。2.構(gòu)效關(guān)系：指分子的結(jié)構(gòu)與其所表現(xiàn)出的宏觀性能（物理、化學、生物等）之間存在的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律性。3.高通量計算篩選：利用計算機模擬和計算技術(shù)，快速、系統(tǒng)地對大量候選分子或材料結(jié)構(gòu)進行評估和篩選，以高效發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異性能或特定功能的分子/材料。4.仿生設(shè)計：模仿生物體在長期進化過程中形成的精巧的結(jié)構(gòu)、功能、材料或自組裝機制，并將其原理應用于新材料的設(shè)計與創(chuàng)造。四、簡答題（每題6分，共18分）1.解析思路：DFT計算分子材料設(shè)計流程應包含目標設(shè)定、模型構(gòu)建、計算設(shè)置、結(jié)果分析與應用四個核心環(huán)節(jié)。首先明確設(shè)計目標和期望的性能；其次，根據(jù)目標構(gòu)建合適的分子或材料理論模型；然后，選擇合適的DFT方法和泛函，設(shè)置計算參數(shù)；最后，進行計算，分析得到的電子結(jié)構(gòu)、能量、振動頻率、態(tài)密度等數(shù)據(jù)，評估分子性能，判斷是否滿足設(shè)計要求，若不滿足則根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整分子結(jié)構(gòu)，重復計算和分析，直至獲得滿意的設(shè)計方案。2.解析思路：分子自組裝可用于設(shè)計具有特定孔道結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)或宏觀形態(tài)的功能材料。例如，設(shè)計具有選擇性吸附或分離能力的膜材料（利用單體在界面自組裝）；設(shè)計具有特定光學響應（如光子晶體）或磁性的超分子組裝體；設(shè)計用于傳感器的分子識別界面（利用適配體自組裝）；設(shè)計藥物遞送載體（利用聚合物或脂質(zhì)體自組裝）等。3.解析思路：設(shè)計有機光電器件聚合物需考慮：①能帶結(jié)構(gòu)/能級匹配：確保給體和受體材料（如果是混合型）之間具有合適的能級差，實現(xiàn)高效電荷轉(zhuǎn)移；②光吸收特性：分子結(jié)構(gòu)需調(diào)控材料的光吸收波長范圍和強度，以匹配光源或應用需求；③電荷傳輸性能：分子鏈的剛性、旋轉(zhuǎn)自由度、側(cè)基等因素影響電荷在聚合物中的遷移率；④穩(wěn)定性：材料需具有良好的熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性，以確保器件壽命；⑤過程ability：聚合物應易于加工成膜或與其他材料復合；⑥溶解性/相容性：便于溶液法器件制備，并確保與電極等材料的良好接觸。五、論述題（每題10分，共20分）1.解析思路：分子設(shè)計強調(diào)從原子、分子層面出發(fā)，通過精確調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)來定制宏觀性能，具有目標明確、可預測性強、可能實現(xiàn)性能飛躍等優(yōu)點，本質(zhì)上是“自下而上”的創(chuàng)造過程。而傳統(tǒng)材料制備方法通常是將宏觀物質(zhì)進行物理或化學處理（如熔融、燒結(jié)、催化），側(cè)重于發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化已有的材料，對微觀結(jié)構(gòu)的控制相對粗放，常是“自上而下”或經(jīng)驗性的改進過程。分子設(shè)計更依賴理論基礎(chǔ)和計算模擬，而傳統(tǒng)方法更多依賴實驗試錯和工藝積累。2.解析思路：平衡性能與成本需綜合考慮多個方面。高性能往往意味著更復雜的分子結(jié)構(gòu)、更昂貴的合成路線或更精密的加工工藝，從而增加成本。在設(shè)計時，需明確應用場景對各項性能的具體要求，區(qū)分核心性能和非核心性能，優(yōu)先保證核心性能