2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——仿生材料化學(xué)合成技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.仿生學(xué)的基本思想是借鑒生物系統(tǒng)的（）來(lái)解決問(wèn)題或創(chuàng)造新技術(shù)。A.能量轉(zhuǎn)換效率B.結(jié)構(gòu)與功能優(yōu)化C.資源消耗量D.系統(tǒng)復(fù)雜性2.在仿生材料化學(xué)合成中，利用生物礦化過(guò)程合成無(wú)機(jī)材料，其核心思想是模擬（）。A.生物體的生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制B.化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)速率C.物質(zhì)的量子尺寸效應(yīng)D.金屬的催化循環(huán)過(guò)程3.下列哪種方法通常不作為仿生材料化學(xué)合成中的“模板”或“模板劑”？（）A.生物大分子（如蛋白質(zhì)、DNA）B.金屬離子簇C.高分子聚合物D.純化學(xué)計(jì)量的無(wú)機(jī)鹽4.溶膠-凝膠法在合成仿生材料時(shí)，其優(yōu)勢(shì)在于（）。A.可在極高壓條件下進(jìn)行B.能精確控制納米級(jí)尺寸和形貌C.適用于合成高熔點(diǎn)金屬氧化物D.通常需要高溫高壓的合成條件5.層層自組裝（LbL）技術(shù)利用（）交替吸附在基材表面來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的精確構(gòu)筑。A.金屬離子B.離子性聚電解質(zhì)或納米粒子C.中性有機(jī)分子D.生物酶6.水熱/溶劑熱法合成仿生材料的主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.可合成所有類型的無(wú)機(jī)材料B.能在相對(duì)溫和的條件下促進(jìn)物質(zhì)溶解和反應(yīng)C.設(shè)備成本低廉，操作簡(jiǎn)單D.產(chǎn)物純度高，結(jié)構(gòu)均勻7.模板法合成仿生材料的核心在于利用模板的（）來(lái)控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。A.化學(xué)穩(wěn)定性B.物理吸附能力C.特定空間構(gòu)型或孔隙結(jié)構(gòu)D.熱穩(wěn)定性8.在資源化學(xué)領(lǐng)域，利用仿生化學(xué)合成技術(shù)處理重金屬?gòu)U水，主要是利用仿生材料的（）。A.光電轉(zhuǎn)換特性B.催化降解有機(jī)污染物的能力C.對(duì)特定離子（如重金屬離子）的高選擇性吸附能力D.磁性分離性能9.仿生酶催化材料試圖結(jié)合生物酶的高效性和化學(xué)催化劑的（）。A.穩(wěn)定性B.價(jià)格低廉C.易于回收D.多種催化活性10.設(shè)計(jì)仿生合成路線時(shí)，首先要考慮的因素是（）。A.合成方法的成本高低B.所用前驅(qū)體的可獲得性及環(huán)境影響C.最終材料的理論性能有多高D.是否已有成熟的相關(guān)技術(shù)二、填空題（請(qǐng)將答案填在題后的橫線上。每空2分，共20分）1.仿生材料化學(xué)合成技術(shù)是指模仿______的原理和方法，設(shè)計(jì)、合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的材料。2.利用______作為模板，通過(guò)控制礦化過(guò)程，合成具有特定孔道結(jié)構(gòu)或形貌的材料，是生物礦化仿生的重要途徑。3.層層自組裝（LbL）技術(shù)通常需要利用具有相反電荷的______之間交替吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑。4.溶膠-凝膠法中，溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的關(guān)鍵步驟是______。5.模板法中，去除模板后得到的材料通常具有與模板______的孔道結(jié)構(gòu)或表面形貌。6.在資源化學(xué)領(lǐng)域，仿生材料化學(xué)合成技術(shù)可用于______、______等方面。7.仿生合成金屬氧化物時(shí)，通過(guò)調(diào)控前驅(qū)體濃度、pH值、溫度等條件，可以影響產(chǎn)物的______和______。8.仿生材料的設(shè)計(jì)不僅要考慮其結(jié)構(gòu)，還要考慮其與______的匹配性，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。9.模擬生物酶結(jié)構(gòu)合成仿生酶催化材料，旨在提高材料的______和______。10.溶劑熱法通常指在______和______條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述仿生學(xué)在材料科學(xué)中的指導(dǎo)意義。2.與傳統(tǒng)化學(xué)合成方法相比，仿生材料化學(xué)合成技術(shù)具有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)？3.請(qǐng)列舉三種在仿生材料化學(xué)合成中常用的化學(xué)方法，并簡(jiǎn)述其基本原理。4.設(shè)計(jì)仿生合成材料時(shí)，如何利用生物材料的“智能”特性？四、論述題（請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例，深入闡述下列問(wèn)題。每題10分，共30分）1.論述利用仿生礦化原理合成多孔材料的途徑及其在資源化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。2.分析層層自組裝（LbL）技術(shù)在制備功能仿生薄膜材料方面的應(yīng)用潛力，并指出其面臨的挑戰(zhàn)。3.選擇一種你感興趣的仿生材料（可以是仿生催化劑、吸附劑、功能復(fù)合材料等），結(jié)合其合成方法和應(yīng)用領(lǐng)域，論述其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其性能的影響。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.D4.B5.B6.B7.C8.C9.A10.B二、填空題1.生物系統(tǒng)2.生物大分子（或生物模板）3.聚電解質(zhì)（或帶相反電荷的納米粒子）4.縮聚反應(yīng)（或溶質(zhì)聚合）5.一致（或類似）6.資源高效利用（或環(huán)境保護(hù)）7.尺寸，形貌8.環(huán)境（或應(yīng)用環(huán)境）9.催化活性，穩(wěn)定性10.高溫，高壓三、簡(jiǎn)答題1.仿生學(xué)為材料科學(xué)提供了新的設(shè)計(jì)思想、合成原理和結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)模仿生物系統(tǒng)高效、自組織、自適應(yīng)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)、合成出性能優(yōu)異、環(huán)境友好、功能獨(dú)特的材料，拓展了傳統(tǒng)材料合成方法的局限，推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展。2.仿生材料化學(xué)合成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：能夠合成出具有精細(xì)、復(fù)雜、有序結(jié)構(gòu)的材料（如納米孔道、特定形貌），這些結(jié)構(gòu)往往是傳統(tǒng)方法難以獲得的；合成條件相對(duì)溫和，能耗較低，環(huán)境友好；能夠模擬生物過(guò)程的自組裝和調(diào)控機(jī)制，為材料的精確設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。3.常用的化學(xué)方法包括：*溶膠-凝膠法：通過(guò)溶液中前驅(qū)體的水解和縮聚反應(yīng)，逐步形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，最終得到固體材料，可控制備納米粉末、薄膜等。*水熱/溶劑熱法：在高溫高壓的溶劑（水或有機(jī)溶劑）環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，有利于溶解難熔物質(zhì)、抑制副反應(yīng)、控制晶體生長(zhǎng)和形貌。*模板法：利用具有特定孔隙結(jié)構(gòu)或形貌的模板（如分子篩、生物模板、聚合物多孔材料），控制合成產(chǎn)物的空間分布和結(jié)構(gòu)，去除模板后得到具有模板特征的材料。4.利用生物材料的“智能”特性，即其能夠感知環(huán)境變化并作出響應(yīng)或自適應(yīng)調(diào)節(jié)的能力，可以在仿生合成中設(shè)計(jì)出對(duì)特定刺激（如pH、溫度、光照、離子濃度）敏感的材料。例如，可以設(shè)計(jì)合成具有pH響應(yīng)性的釋放材料，或利用生物酶的催化活性進(jìn)行選擇性合成，或模擬生物礦化過(guò)程中對(duì)環(huán)境條件的精確調(diào)控來(lái)控制產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。四、論述題1.利用仿生礦化原理合成多孔材料的途徑主要包括：模擬生物礦化過(guò)程中無(wú)機(jī)物（如碳酸鈣、羥基磷灰石）的成核和生長(zhǎng)機(jī)制，控制晶體形貌和取向；利用生物大分子（如蛋白質(zhì)、糖蛋白）作為模板或配位劑，引導(dǎo)無(wú)機(jī)前驅(qū)體在模板表面或內(nèi)部沉積，形成特定孔道結(jié)構(gòu)；模仿生物礦化中的液-液分相或氣-液界面過(guò)程，產(chǎn)生納米尺度的空間分隔，進(jìn)而形成多孔結(jié)構(gòu)。這些多孔材料在資源化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，例如可用作高效吸附劑，用于吸附和富集稀有金屬離子、去除水體中的重金屬污染物；可用作催化劑載體或反應(yīng)容器，提高催化效率和選擇性；可用作傳感器的敏感材料，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)或資源勘探。2.層層自組裝（LbL）技術(shù)在制備功能仿生薄膜材料方面的應(yīng)用潛力巨大。其優(yōu)勢(shì)在于：能夠精確控制膜的厚度、納米結(jié)構(gòu)和組成，實(shí)現(xiàn)功能材料的逐層構(gòu)筑；可交替使用不同的功能單元（如導(dǎo)電聚合物、磁性納米粒子、生物分子、無(wú)機(jī)納米顆粒），制備具有復(fù)合功能的智能薄膜；適用范圍廣，可用于多種基材（如玻璃、硅片、金屬、織物等）；環(huán)境友好，可在水相或有機(jī)相中室溫下進(jìn)行。應(yīng)用領(lǐng)域包括制備傳感器、光電器件、藥物緩釋載體、防腐蝕涂層、生物醫(yī)學(xué)材料等。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：LbL過(guò)程通常需要使用大量的電解質(zhì)，可能對(duì)環(huán)境造成污染；膜的性能（如導(dǎo)電性、力學(xué)強(qiáng)度）與層數(shù)和各層材料的均勻性密切相關(guān)，制備過(guò)程需要精確控制；膜的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（如水穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性）有待提高；大規(guī)模制備的成本和效率問(wèn)題。3.（示例：選擇仿生吸附劑）選擇一種金屬離子仿生吸附劑，例如仿生合成的殼聚糖基吸附劑。其合成方法通常利用殼聚糖（來(lái)源于生物質(zhì)資源）作為生物模板或功能基團(tuán)來(lái)源，通過(guò)層層自組裝、溶膠-凝膠法或浸漬-干燥-熱處理等方法，引入對(duì)目標(biāo)金屬離子具有強(qiáng)結(jié)合能力的配位基團(tuán)（如巰基、氨基、羧基），或利用殼聚糖自身的氨基、羥基與金屬離子形成配位鍵或離子交換。其應(yīng)用領(lǐng)域主要是廢水處理，用于吸附去除廢水中的重金屬離子（如Cu2?,Pb2?,Cd2?,Cr3?等）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其性能有顯著影響