2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——納米技術(shù)在分子設(shè)計與合成中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填涂在答題卡相應(yīng)位置）1.下列哪一項不屬于納米尺度材料通常表現(xiàn)出的獨特效應(yīng)？A.量子尺寸效應(yīng)B.表面效應(yīng)C.小尺寸效應(yīng)D.分子間作用力增強效應(yīng)2.在利用納米顆粒作為催化劑進行分子合成時，其高比表面積主要帶來的優(yōu)勢是？A.提高反應(yīng)的活化能B.增加副反應(yīng)的幾率C.提供更多的活性位點，提高催化效率D.增大反應(yīng)體系的粘度3.下列哪種材料通常被認為是構(gòu)建介孔載體，用于負載催化分子或藥物分子的理想選擇？A.碳納米管B.介孔二氧化硅C.金屬納米顆粒D.量子點4.原子力顯微鏡（AFM）在納米技術(shù)研究中的主要優(yōu)勢在于？A.能提供材料的元素組成信息B.可在真空和非真空環(huán)境下工作，且對樣品無破壞性C.能測量材料的磁性質(zhì)D.可獲得納米材料內(nèi)部的詳細晶體結(jié)構(gòu)信息5.“納米足跡”概念主要應(yīng)用于以下哪個方面？A.評估納米材料的環(huán)境降解速率B.衡量納米材料在生物體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程C.計算納米材料生產(chǎn)過程中的能耗D.量化納米材料與特定生物分子結(jié)合的能力6.下列哪項技術(shù)通常不直接用于在原子或分子尺度上進行精確的結(jié)構(gòu)組裝？A.自組裝技術(shù)B.納米壓印光刻C.原子層沉積D.噴墨打印技術(shù)7.將分子錨定在納米顆粒表面，利用納米顆粒作為“腳手架”來構(gòu)建特定結(jié)構(gòu)的分子，這主要體現(xiàn)了納米技術(shù)在分子設(shè)計中的哪種應(yīng)用？A.納米催化B.納米傳感C.納米藥物遞送D.納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)向組裝8.量子點在光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異的主要原因是？A.具有高熔點B.尺寸效應(yīng)導(dǎo)致其光吸收和發(fā)射波長隨尺寸可調(diào)C.表面易氧化D.導(dǎo)電性好9.在設(shè)計基于納米材料的分子傳感器時，通常利用納米材料的哪種特性來響應(yīng)外界刺激？A.重量輕B.磁性C.光學(xué)性質(zhì)（如吸收、發(fā)射光譜變化）或電學(xué)性質(zhì)變化D.密度小10.下列關(guān)于納米技術(shù)在能源存儲領(lǐng)域應(yīng)用的描述，哪項是錯誤的？A.納米材料可以提高鋰離子電池的儲能密度和循環(huán)壽命B.碳納米管可用于制備高效的光伏電池C.納米結(jié)構(gòu)的水電解催化劑可以降低制氫的過電位D.納米顆粒的量子隧道效應(yīng)會阻礙其在儲能器件中的應(yīng)用二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題紙上指定位置）1.納米材料通常指至少有一維在______米量級范圍內(nèi)的材料。2.納米顆粒的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比遠高于塊狀材料，這導(dǎo)致了顯著的______效應(yīng)。3.利用納米線作為導(dǎo)電通路，構(gòu)筑微型電子器件，是納米技術(shù)在______領(lǐng)域的應(yīng)用實例。4.在分子合成中，將催化劑固定在納米多孔材料上，形成了______，可以提高催化劑的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。5.原子力顯微鏡（AFM）通過檢測探針與樣品表面之間______的變化來成像。6.對于半導(dǎo)體量子點，其帶隙寬度隨粒徑的減小而______。7.設(shè)計用于藥物遞送的納米載體時，需要考慮其______、靶向性和生物相容性等關(guān)鍵因素。8.將納米結(jié)構(gòu)或納米效應(yīng)納入分子設(shè)計考量，旨在利用其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)來______分子的功能或性能。9.X射線衍射（XRD）技術(shù)主要用于分析物質(zhì)的______結(jié)構(gòu)信息。10.納米技術(shù)與其他學(xué)科的交叉融合，不斷催生在______、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。三、簡答題（每題5分，共15分。請將答案填寫在答題紙上指定位置）1.簡述“表面效應(yīng)”對納米材料在分子合成中的應(yīng)用有何重要意義。2.納米技術(shù)在發(fā)展新型分子傳感器方面有哪些獨特的優(yōu)勢？3.請列舉三種不同的納米材料，并簡要說明其在分子設(shè)計與合成中各自的應(yīng)用方向。四、論述題（每題10分，共20分。請將答案填寫在答題紙上指定位置）1.論述利用納米技術(shù)（如納米模板、納米刻蝕）在精確分子合成或結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面的潛力與挑戰(zhàn)。2.選擇一種具體的納米材料（如碳納米管、介孔二氧化硅、金納米顆粒等），結(jié)合其在分子設(shè)計與合成或表征中的應(yīng)用實例，詳細論述其核心優(yōu)勢及其工作原理。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.A7.D8.B9.C10.D二、填空題1.12.表面3.電子4.多相催化5.縱向力（或作用力）6.增大7.穩(wěn)定性8.定向9.結(jié)晶10.信息三、簡答題1.納米材料的表面原子數(shù)占比巨大，導(dǎo)致表面能高，化學(xué)活性強。這使其在分子合成中易于與反應(yīng)物吸附、偶聯(lián)，可以加速反應(yīng)速率；也易于作為模板或腳手架，引導(dǎo)特定結(jié)構(gòu)的分子組裝，提高合成的選擇性和定向性。2.納米材料獨特的光學(xué)性質(zhì)（如量子點的大小可調(diào)發(fā)射光譜）、電學(xué)性質(zhì)（如碳納米管的導(dǎo)電性）、表面效應(yīng)（高活性表面易于與目標分子結(jié)合）以及比表面積大等特點，使得它們成為構(gòu)建高靈敏度、高選擇性傳感器的理想材料?？梢酝ㄟ^檢測納米材料性質(zhì)的變化來感知周圍環(huán)境中的目標分子。3.例子1：碳納米管。應(yīng)用：可用作導(dǎo)電通路構(gòu)建分子電子器件；作為高效催化劑載體；用于增強復(fù)合材料性能。例子2：介孔二氧化硅。應(yīng)用：作為藥物載體實現(xiàn)控釋靶向；作為固相載體用于高效液相色譜分離；作為模板合成有序納米結(jié)構(gòu)。例子3：金納米顆粒。應(yīng)用：作為催化劑（如光催化分解水）；利用其表面等離子體共振效應(yīng)構(gòu)建比色或熒光傳感器；作為標記物用于生物成像和診斷。四、論述題1.潛力：納米技術(shù)提供了在原子、分子尺度上操縱物質(zhì)的能力，可以設(shè)計并合成具有特定微觀結(jié)構(gòu)和功能的分子材料。例如，利用納米模板可以精確控制分子的排列和構(gòu)型；利用納米刻蝕技術(shù)可以制造納米尺度的精密結(jié)構(gòu)；利用納米材料獨特的催化活性可以開發(fā)新型高效的合成路線，實現(xiàn)傳統(tǒng)方法難以達成的選擇性合成。通過構(gòu)建納米機器或智能材料，甚至可以實現(xiàn)分子層面的自主組裝與功能執(zhí)行。挑戰(zhàn)：精確控制納米尺度下的分子組裝和合成仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，如隨機性、不可控性、規(guī)?；a(chǎn)的重復(fù)性差等問題。對納米材料長期環(huán)境行為和生物安全性的認識尚不充分，存在潛在風險。許多納米技術(shù)的原理和應(yīng)用仍處于基礎(chǔ)研究階段，距離實際工業(yè)化應(yīng)用還有較長的路要走。此外，相關(guān)表征技術(shù)的局限性也限制了我們對復(fù)雜納米體系結(jié)構(gòu)和性能的深入理解。2.例子：介孔二氧化硅。應(yīng)用方向：主要用作藥物載體和功能材料。核心優(yōu)勢：其具有極高的比表面積和可調(diào)的孔徑分布（通常在2-50納米），內(nèi)部結(jié)構(gòu)有序且孔隙率高等特點。這些優(yōu)勢使其成為理想的藥物遞送載體，可以包裹疏水性藥物，提高藥物的穩(wěn)定性，實現(xiàn)緩釋或控釋，并可能通過表面修飾實現(xiàn)靶向遞送。此外，其豐富的孔道結(jié)構(gòu)也使其成為固相萃取、色譜分離、傳感器以及催化劑載體的優(yōu)良材料。工作原理：作為藥物載體時，藥物分子可以通過物理吸附或化學(xué)鍵合等方式進入介孔二氧化硅的孔道內(nèi)。其高比表面積提供了充足的藥物負載量，而有序的孔道