2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)仿生技術(shù)在材料設(shè)計中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.仿生學(xué)的核心思想是從自然界生物系統(tǒng)中汲取靈感，用于解決人類面臨的挑戰(zhàn)。以下哪項不屬于化學(xué)仿生學(xué)的范疇？A.模仿酶的高效催化性能制備人工催化劑B.模仿植物光合作用原理設(shè)計光催化水分解裝置C.模仿昆蟲視覺結(jié)構(gòu)設(shè)計新型成像器件D.模仿人體骨骼的輕質(zhì)高強特性設(shè)計金屬材料2.生物礦化是自然界中生物體利用相對簡單的化學(xué)物質(zhì)，通過精確控制合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的無機或有機無機復(fù)合材料的復(fù)雜過程。化學(xué)仿生學(xué)中，以下哪種方法不是模擬生物礦化過程？A.生物模板法(使用生物大分子作為模板引導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)形成)B.模板free法(在完全不含生物模板的條件下模擬生物礦化環(huán)境)C.分子自組裝法(利用分子間相互作用構(gòu)建有序結(jié)構(gòu))D.逆向設(shè)計法(從目標(biāo)材料出發(fā)，反向推導(dǎo)其生物合成機制)3.下列關(guān)于化學(xué)仿生在資源化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的描述，錯誤的是？A.模仿微生物的降解機制開發(fā)高效環(huán)保的污染物處理技術(shù)B.利用仿生吸附材料高效富集和去除水體中的重金屬離子C.設(shè)計仿生光催化劑，用于太陽能光解水制氫D.仿生酶催化劑被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)合成，已完全取代傳統(tǒng)化學(xué)催化劑4.在利用化學(xué)仿生技術(shù)設(shè)計高效催化劑時，模仿自然界中酶的哪一個特性通常被認為是最具潛力的方向？A.高穩(wěn)定性B.高選擇性（特異性）C.高反應(yīng)速率D.易于回收5.下列哪個實例體現(xiàn)了模仿生物結(jié)構(gòu)進行材料設(shè)計？A.開發(fā)具有酶活性的有機金屬配合物B.設(shè)計具有海綿狀多孔結(jié)構(gòu)的材料用于氣體吸附C.制備具有光催化活性的TiO2納米顆粒D.利用DNA鏈替代化學(xué)鍵連接納米材料單元6.分子識別是化學(xué)仿生學(xué)中的一個重要概念，它指的是分子間通過特定的相互作用（如氫鍵、范德華力、靜電作用等）形成的特異性結(jié)合。分子識別技術(shù)在資源化學(xué)領(lǐng)域可用于？A.提高化學(xué)反應(yīng)的溫度B.設(shè)計對特定污染物具有選擇性的吸附劑C.增加催化劑的用量D.降低分離過程的能耗7.逆向設(shè)計是化學(xué)仿生學(xué)中的一種重要策略，其基本思路是：首先研究自然界中具有優(yōu)異功能的生物系統(tǒng)，解析其結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，然后基于此設(shè)計并合成具有類似功能的人工材料。以下哪項不是逆向設(shè)計的典型步驟？A.確定生物系統(tǒng)的功能目標(biāo)B.解析生物系統(tǒng)的高效工作原理和結(jié)構(gòu)特征C.模擬生物系統(tǒng)的生存環(huán)境D.基于解析結(jié)果，設(shè)計和合成人工功能材料8.仿生光催化材料在資源化學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在？A.可在常溫常壓下工作B.對光照強度和波長的要求不高C.光催化效率接近自然光合作用D.產(chǎn)物容易分離純化9.在資源化學(xué)領(lǐng)域，利用仿生吸附材料處理含重金屬離子的廢水時，其核心優(yōu)勢在于？A.吸附速度快B.吸附容量高且選擇性好C.材料成本低廉D.易于再生重復(fù)使用10.化學(xué)仿生技術(shù)的發(fā)展對資源化學(xué)帶來的重要影響包括？A.開辟了全新的資源利用途徑B.提高了資源轉(zhuǎn)化和利用的效率與選擇性C.減少了資源開采對環(huán)境的影響D.以上都是二、填空題1.仿生學(xué)根據(jù)模仿的對象和層次不同，可以分為________仿生、________仿生、________仿生和________仿生。2.化學(xué)仿生學(xué)利用化學(xué)原理和方法，研究生物系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進行________和________，旨在解決人類面臨的資源、環(huán)境和能源等挑戰(zhàn)。3.模擬生物礦化過程制備材料，常用的方法包括________法、________法和________法。4.分子識別技術(shù)利用分子間的特異性相互作用，實現(xiàn)對目標(biāo)分子（如污染物、資源分子）的________、________和________。5.逆向設(shè)計策略的核心在于解析生物系統(tǒng)的高效工作原理，特別是其________和________之間的構(gòu)效關(guān)系。6.在資源化學(xué)中，仿生技術(shù)被廣泛應(yīng)用于________（如催化材料、吸附材料）、________（如環(huán)境修復(fù)）、________（如能源轉(zhuǎn)換）等領(lǐng)域。7.模仿酶的高效催化和特異性，設(shè)計人工模擬酶（或稱化學(xué)酶），是化學(xué)仿生催化的重要方向，其優(yōu)勢在于可以提高化學(xué)反應(yīng)的________、________和________。8.設(shè)計用于分離特定資源分子的仿生膜材料，需要重點關(guān)注膜的________、________和________等性能。三、名詞解釋1.化學(xué)仿生學(xué)2.生物模板法3.分子識別4.逆向設(shè)計四、簡答題1.簡述化學(xué)仿生學(xué)的基本原理及其在解決資源環(huán)境問題上的重要意義。2.以模仿生物酶為例，簡述化學(xué)仿生催化材料的設(shè)計思路和優(yōu)勢。3.簡述模仿生物礦化過程進行材料設(shè)計的原理，并列舉至少兩種具體的材料設(shè)計實例。五、論述題1.論述化學(xué)仿生技術(shù)在設(shè)計高效環(huán)境修復(fù)材料（如用于水處理或空氣凈化）方面的應(yīng)用前景與面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合資源化學(xué)領(lǐng)域的具體實例，論述化學(xué)仿生思想如何啟發(fā)了新型能源材料（如太陽能電池、儲氫材料）的設(shè)計與開發(fā)。---試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.B5.B6.B7.C8.D9.B10.D二、填空題1.形態(tài)，結(jié)構(gòu)，功能，行為2.設(shè)計，合成3.生物模板，模板free，自組裝4.識別，富集，分離5.結(jié)構(gòu)，功能6.材料設(shè)計，環(huán)境修復(fù)，能源轉(zhuǎn)換7.選擇性，效率，特異性8.選擇性，滲透性，穩(wěn)定性三、名詞解釋1.化學(xué)仿生學(xué)：是一門利用化學(xué)原理和方法，研究生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、過程及其化學(xué)基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上進行材料和化學(xué)過程設(shè)計，旨在解決人類面臨的資源、環(huán)境和能源等挑戰(zhàn)的交叉學(xué)科。2.生物模板法：指利用生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等）或生物結(jié)構(gòu)作為模板或模板free環(huán)境，精確控制無機或有機無機復(fù)合材料生長，從而獲得特定形貌、結(jié)構(gòu)和性能材料的化學(xué)仿生方法。3.分子識別：指分子間通過特定的化學(xué)鍵或非共價鍵相互作用（如氫鍵、范德華力、靜電作用、疏水作用等），形成的具有高度特異性的可逆結(jié)合過程。在仿生學(xué)中，利用分子識別實現(xiàn)對目標(biāo)分子選擇性的捕獲、結(jié)合、轉(zhuǎn)運或催化。4.逆向設(shè)計：是一種從具有優(yōu)異功能的生物系統(tǒng)出發(fā)，解析其結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，然后基于此設(shè)計并合成具有類似功能的人工材料或化學(xué)過程的化學(xué)仿生策略。四、簡答題1.化學(xué)仿生學(xué)的基本原理是通過觀察和研究自然界生物系統(tǒng)（如生物體結(jié)構(gòu)、功能、生命過程等）的精巧設(shè)計和高效運作機制，理解其背后的化學(xué)原理和規(guī)律，然后將這些原理和規(guī)律應(yīng)用于化學(xué)和材料的創(chuàng)新設(shè)計。其重要意義在于：能夠為解決資源短缺、環(huán)境污染和能源危機等人類面臨的重大挑戰(zhàn)提供新的思路和方法；有助于開發(fā)出性能更優(yōu)異、效率更高、環(huán)境更友好的新材料和新化學(xué)過程；能夠促進跨學(xué)科知識的融合與創(chuàng)新。2.模仿生物酶進行化學(xué)仿生催化材料的設(shè)計思路通常是：首先選擇具有特定催化活性和選擇性的天然酶作為模板，解析其活性位點結(jié)構(gòu)、底物結(jié)合模式、催化反應(yīng)機理以及穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；然后利用化學(xué)合成方法（如過渡金屬有機化學(xué)、主客體化學(xué)等），構(gòu)建具有與酶活性位點相似結(jié)構(gòu)、電子特性、孔道環(huán)境或微環(huán)境的人工材料，使其能夠模擬酶的催化功能。其優(yōu)勢在于：可以獲得比傳統(tǒng)無機或有機催化劑更高的催化選擇性和活性；可以設(shè)計出在溫和條件下（如室溫、水相）工作的催化劑；有助于實現(xiàn)催化過程的綠色化和可持續(xù)化。3.模仿生物礦化過程進行材料設(shè)計的原理是：借鑒生物體（如骨骼、貝殼、貝殼）在相對溫和的環(huán)境下（如生理pH、常溫常壓）利用簡單的無機離子（如Ca2?,PO?3?）通過精確的調(diào)控（如模板引導(dǎo)、離子濃度控制、pH調(diào)節(jié)等）合成具有特定晶體結(jié)構(gòu)、形貌和優(yōu)異性能（如高強度、高韌性、生物相容性）無機或有機無機復(fù)合材料的機制。具體實例包括：利用氨基酸或蛋白質(zhì)作為模板制備具有核殼結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的羥基磷灰石類生物相容性材料；利用層狀雙氫氧化物（LDHs）的生物礦化機制合成具有特定層間距和表面性質(zhì)的催化劑或吸附劑；模仿珊瑚骨骼結(jié)構(gòu)制備高比表面積的多孔材料用于氣體吸附或催化。五、論述題1.化學(xué)仿生技術(shù)在設(shè)計高效環(huán)境修復(fù)材料方面的應(yīng)用前景廣闊。例如，可以模仿植物根系的吸收機制設(shè)計高效吸附劑用于去除水體中的重金屬離子或有機污染物；可以模仿酶的高效催化和特異性識別作用設(shè)計具有高選擇性的光催化劑用于降解難降解有機污染物；可以模仿生物膜的選擇性通透特性設(shè)計智能響應(yīng)型環(huán)境修復(fù)材料，實現(xiàn)對污染物的精準(zhǔn)控制和去除。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：如何精確模擬生物系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能并將其轉(zhuǎn)化為可規(guī)模化制備的人工材料；如何提高仿生材料的穩(wěn)定性、再生性能和實際應(yīng)用效率；如何降低仿生材料的制備成本，使其具有市場競爭力；如何深入理解仿生機制，指導(dǎo)更高效的材料設(shè)計。2.化學(xué)仿生思想在能源材料設(shè)計與開發(fā)方面發(fā)揮了重要作用。例如，模仿植物光合作用原理，通過化學(xué)方法設(shè)計高效的光催化劑（如模擬光系統(tǒng)II的催化劑）和光捕獲體系（如模擬葉綠素的分子聚集體），用于太陽能光解水制氫或CO?還原制燃料；模仿