2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子工程概念及應(yīng)用技術(shù)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括號內(nèi)。）1.下列哪一項不屬于分子工程與傳統(tǒng)化學(xué)工程的主要區(qū)別？A.強(qiáng)調(diào)在分子/原子尺度上進(jìn)行設(shè)計B.注重原子經(jīng)濟(jì)的理念C.依賴大型工業(yè)反應(yīng)器和連續(xù)化生產(chǎn)D.利用自組裝等構(gòu)筑手段2.分子工程的核心思想是？A.批量生產(chǎn)大宗化學(xué)品B.在分子水平上精確設(shè)計、構(gòu)建和調(diào)控物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能C.尋找更廉價的合成路線D.研究分子的基本運動規(guī)律3.原子經(jīng)濟(jì)性原則在分子工程中的主要意義是？A.提高反應(yīng)速率B.最大程度地利用原料，減少副產(chǎn)物生成C.降低設(shè)備投資成本D.增加反應(yīng)放熱量4.下列哪種技術(shù)不屬于典型的自上而下（Top-down）納米構(gòu)筑方法？A.刻蝕B.濺射C.自組裝D.外延生長5.在藥物分子設(shè)計中，利用分子識別原理構(gòu)建的靶向藥物遞送系統(tǒng)，其主要優(yōu)勢是？A.成本低廉B.作用時間無限長C.能夠?qū)⑺幬锞_輸送到病灶部位，提高療效并降低副作用D.易于通過口服途徑給藥6.分子工程領(lǐng)域的研究成果，下列哪一項最直接地體現(xiàn)了“智能材料”的概念？A.高性能合金的開發(fā)B.具有光致變色功能的液晶材料C.常規(guī)的塑料薄膜D.高效的石油裂化催化劑7.蛋白質(zhì)工程通過改造蛋白質(zhì)的氨基酸序列來實現(xiàn)其功能調(diào)控，這主要基于？A.原子間的強(qiáng)化學(xué)鍵B.分子間的范德華力C.氨基酸序列與其三維結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能之間的構(gòu)效關(guān)系D.蛋白質(zhì)的高級纖維化結(jié)構(gòu)8.在設(shè)計高效催化劑時，分子工程常常利用超分子化學(xué)原理，其主要目的是？A.制造催化劑顆粒B.提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度C.形成具有特定構(gòu)型和活性位點的有序分子聚集體，以增強(qiáng)催化活性和選擇性D.降低催化劑的制備溫度9.分子模擬技術(shù)在分子工程中的主要應(yīng)用包括？A.精確測定分子的紅外光譜B.預(yù)測分子或材料的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、熱力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)行為C.直接觀察分子運動的實時過程D.設(shè)計實驗儀器10.下列哪個領(lǐng)域的發(fā)展沒有顯著受益于分子工程的概念和技術(shù)？A.納米科技B.生物醫(yī)學(xué)工程C.傳統(tǒng)機(jī)械制造D.能源材料科學(xué)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.分子工程的設(shè)計思想強(qiáng)調(diào)在________/________尺度上進(jìn)行精確控制。2.利用分子識別和自組裝原理構(gòu)建的超分子聚集體，其核心特征是具有________性和________性。3.分子工程的關(guān)鍵技術(shù)不僅包括合成與構(gòu)筑，還離不開________和________的指導(dǎo)與驗證。4.表面分子工程主要研究在________表面或界面層進(jìn)行分子設(shè)計與構(gòu)筑，以調(diào)控其________和________性能。5.基于分子工程的原理，可以通過________或________等手段對生物大分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向改造。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。請給出各名詞的準(zhǔn)確定義。）1.分子識別2.自組裝3.原子經(jīng)濟(jì)性4.分子工程四、簡答題（每小題6分，共18分。請簡要回答下列問題。）1.簡述分子工程與材料科學(xué)領(lǐng)域結(jié)合的主要方向和意義。2.簡述利用分子工程原理設(shè)計藥物分子的基本思路。3.簡述表面分子工程在發(fā)展新型傳感器方面可能的應(yīng)用途徑。五、論述題（12分。請就下列問題展開論述。）結(jié)合具體實例，論述分子工程的核心原理是如何應(yīng)用于能源材料科學(xué)領(lǐng)域，以解決當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.C6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.分子；原子2.特異性；自組裝3.表征；模擬4.材料；表面5.基因；蛋白質(zhì)三、名詞解釋1.分子識別：指分子或超分子體系中，基于分子間相互作用（如范德華力、氫鍵、疏水作用等），不同分子間或分子內(nèi)部基團(tuán)間發(fā)生特異性結(jié)合的現(xiàn)象和能力。2.自組裝：指在沒有任何外部干預(yù)的情況下，由小分子、大分子或納米顆粒等基本單元通過分子間相互作用自發(fā)地、有序地聚集形成超分子結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的過程。3.原子經(jīng)濟(jì)性：指在化學(xué)反應(yīng)中，有多少比例的原料原子轉(zhuǎn)化成了期望的最終產(chǎn)物，反映了原料利用的效率，是分子工程的重要設(shè)計原則之一。4.分子工程：指在分子或原子尺度上，利用化學(xué)、物理、生物等原理和方法，對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)（從原子、分子到超分子）進(jìn)行設(shè)計、構(gòu)建、控制和修飾，以獲得具有特定功能的新型物質(zhì)或材料的科學(xué)和技術(shù)。四、簡答題1.分子工程與材料科學(xué)結(jié)合的主要方向包括：①設(shè)計合成具有特定原子排列和化學(xué)組成的先進(jìn)材料；②利用自組裝等技術(shù)構(gòu)筑功能化的納米材料和超分子材料；③通過表面分子工程調(diào)控材料的表面性質(zhì)和界面行為；④研究材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，指導(dǎo)新材料的設(shè)計；⑤發(fā)展基于分子工程原理的先進(jìn)材料表征和制備技術(shù)。其意義在于能夠從原子/分子層面精確設(shè)計材料的結(jié)構(gòu)和功能，從而創(chuàng)造出具有優(yōu)異性能、特定功能或極端應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性的新型材料，推動材料科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用。2.利用分子工程原理設(shè)計藥物分子的基本思路是：首先，基于對疾病發(fā)生機(jī)制和藥物作用靶點（如酶、受體）的分子水平理解，識別關(guān)鍵的結(jié)合位點或作用環(huán)節(jié)；然后，利用分子設(shè)計方法（如基于計算機(jī)的分子設(shè)計、定量構(gòu)效關(guān)系-QSAR等）或生物工程手段（如蛋白質(zhì)工程），對藥物分子結(jié)構(gòu)或其載體（如載體分子）進(jìn)行精確修飾和改造，以增強(qiáng)與靶點的結(jié)合親和力（提高選擇性）、改善藥代動力學(xué)性質(zhì)（如提高溶解度、穩(wěn)定性、血腦屏障通透性）、降低毒副作用，或?qū)崿F(xiàn)靶向遞送等特定功能；最后，通過合成或生物合成獲得目標(biāo)分子，并進(jìn)行體內(nèi)外活性評價和優(yōu)化。3.表面分子工程在發(fā)展新型傳感器方面的應(yīng)用途徑包括：①利用表面修飾技術(shù)（如化學(xué)鍵合、吸附、自組裝）在傳感器基底表面構(gòu)建特定的識別層或敏感層，該層能夠與目標(biāo)分析物發(fā)生選擇性相互作用；②通過分子設(shè)計合成具有特定識別能力和信號轉(zhuǎn)換功能的分子探針或納米材料（如酶、抗體、適配體、量子點、導(dǎo)電聚合物等），并將其固定在傳感器表面；③結(jié)合表面分析技術(shù)（如表面等離子體共振SPR、石英晶體微天平QCM、原子力顯微鏡AFM、電化學(xué)傳感器等），將識別過程中的分子事件轉(zhuǎn)換為可測量的信號（如光學(xué)信號、質(zhì)量變化、電阻/電容變化等），實現(xiàn)對目標(biāo)分析物（如特定生物分子、重金屬離子、小分子污染物等）的靈敏檢測。五、論述題分子工程的核心原理在于其在原子/分子尺度上對物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計、構(gòu)建和調(diào)控的能力，這一能力為解決能源材料科學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)提供了強(qiáng)大的工具。例如，在太陽能利用方面，分子工程可以通過精確設(shè)計有機(jī)光伏材料（如共軛聚合物、有機(jī)半導(dǎo)體）的分子結(jié)構(gòu)（如能級、鏈長、共軛方式、給體/受體單元匹配），優(yōu)化其光吸收、電荷產(chǎn)生、電荷傳輸和復(fù)合等性能，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。利用自組裝技術(shù)構(gòu)筑有序的納米結(jié)構(gòu)（如納米顆粒復(fù)合膜、超薄層），可以改善電荷的分離和傳輸，進(jìn)一步提高效率和穩(wěn)定性。在燃料電池領(lǐng)域，分子工程可以設(shè)計合成具有高活性、高選擇性和長壽命的催化劑（如質(zhì)子交換膜燃料電池中的催化劑、氧還原反應(yīng)催化劑），例如通過精確控制貴金屬（如鉑）納米顆粒的大小、形貌和分散度，或在非貴金屬表面構(gòu)建有序的原子排列，以降低成本并提高催化性能。在儲能材料方面，如設(shè)計新型鋰離子電池電極材料，分子工程可以通過調(diào)控材料的組成、結(jié)構(gòu)（如層狀、尖晶石、聚陰離子型結(jié)構(gòu)）和形貌（如納米顆粒、納米線、多孔結(jié)構(gòu)），優(yōu)化其離子嵌入/脫出能力、電子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性