研究成果

车顺爱教授首次引入共结构导向剂概念，创建了手性阴离子有机模板剂结构导向构筑高度有序手性介孔材料的新方法，发展了介孔材料的新的组装方法。基于超分子组装思想和介孔材料手性的控制机理，构思出有机硅烷偶联剂——共结构导向剂，巧妙调节了有机-有机静电相互作用、有机-无机共价键连接、无机-无机共缩聚，发展了通常有机-无机直接相互作用方法，创建了阴离子有机分子的二氧化硅介孔结构导向方法，并首次成功合成了三级手性介孔二氧化硅材料，成为手性材料界“先驱性”研究成果。

创建了手性有机分子-无机源配位诱导自组装法，通过诱导手性放大和手性传递，实现了从原子级别到微米级别的多尺度、多维度、多级次手性结构的20余种系列金属、金属氧化物、非金属氧化物、金属盐等手性介观结构无机材料， 成为手性材料新的分支。揭示了手性分子-无机源自组装形成多级手性结构无机材料的一般性原理：手性分子与无机前驱体间的各种相互作用，在无机前驱体转变成无机物晶体的过程中，使颗粒纳米化的同时由手性分子产生的手性空间位阻效应导致无机晶体的原子错位的晶格扭曲形成原子级别一级结构单元，手性结构单元因其表面手性分子的排列以及空间匹配效应进一步形成取向性的高级次手性组装结构。

2. 发现了由手性结构诱导电子自旋极化而产生的手性无机物所独具的、未曾发现过的多种手性各向异性（见论文2-5）。

手性诱导自旋选择性是最近二十年提出的一种全新的电子自旋自由度的调控方法。突破材料组成的限制，赋予无机材料以自旋手性各向异性是难以实现的课题。候选人通过原子级别手性结构中电子流动的连续性或其激发态在手性组装体上离域，实现了无机物的电子自旋极化，发现多种未曾报道的自旋手性响应性现象以及新型光、电、磁性能，提出手性结构间电子自旋极化耦合原理及其应用机制。

首次实验证实了半金属材料性能：发现相反手性介观结构四氧化三铁半金属材料，在电场激发下，有效筛选自旋电子实现自旋极化，分别表现为导体和绝缘体特征的电-电手性各向异性。首次发现本不具有光磁效应的顺磁金属材料的光-磁、电-磁手性各向异性：在电场激发下或光照下等离子共振自由电子运动产生的有效磁场在相反手性结构中诱导产生相反的电子自旋极化，并进一步导致静磁场的产生、增强和稳定。首次发现依赖于手性不依赖于磁场的反常磁-光手性各向异性：在反铁磁性、顺磁性、抗磁性等本身不具有自旋极化的手性无机材料中，因原子级别手性结构所产生自旋极化，无论是外加平行还是反平行于入射光的外磁场，其磁圆二色信号都不变，即表现的磁-光手性各向异性。

由手性纳米结构金膜和对映体之间的自旋极化耦合效应而产生的光-磁手性各向异性和SERS的光-光手性各向异性，实现了手性分子的定性定量检测。该方法突破了分子特征限制，无论待测对映体分子的官能团大小、性质和数量如何，分子量过大或过小，分子极性大小等，都表现出良好的稳定性和重现性，而且极强的抗干扰能力，为对映体分子的检测提供了简便高效的方法。该方法载入被林国强院士载入“手性化学”教科书中。

在电子自旋调控的研究热点下，独辟蹊径，首次发现了新型光学、磁学、电学手性各向异性现象，为自旋电子的调控提出了新思路，对材料学和物理学的理论发展具有重要意义。

3.提出了手性材料自旋极化催化/不对称催化理论，首次实现不对称光/电催化CO2还原氨基酸的合成 （见论文6-8）。

车顺爱提出了手性结构自旋极化催化/不对称催化原理，创制新型催化剂，开辟新的催化路径，实现新型产物的合成。通过构筑原子级别的手性介观结构并诱导其自旋极化，可以促进自旋极化电子的分离与传输，进而形成稳定的自旋极化中间态，从而实现普通催化过程难以实现的新型分子的合成。由于自旋手性各向异性极化电子所驱动的不同反应活化能，将在产物形成过程中引发对映体选择性。

在自然界中，通过生物固碳和二氧化碳还原反应可以得到从小分子到生物分子的一系列产物。虽然目前人工电催化二氧化碳还原反应可以形成多碳，但是无法产生有多种官能团的（如C-N键和C=O键）的C3+产物，特别是生物分子, 亟待探索新型催化剂并构建全新的催化体系。候选人在CO2还原反应中，通过手性诱导自旋极化电子自旋平行排列增强三重态OCCO的形成，而螺旋晶格畸变则降低OCCO的吸附能，促进碳-碳偶联以及随后的*OCCO加氢反应，实现了C2+产物，尤其是对映体过量氨基酸分子的合成。解决了CO2耦合杂原子合成多功能基团C3+化合物的难题。光催化合成丝氨酸的产率达到32 μmol g⁻¹，且对映体选择性高达96%以上。利用手性结构Cu和ZnS，仅以CO2为碳源、以氨水为氮源，分别实现了不对称电、光催化还原合成丝氨酸为主的多种氨基酸；利用Ag和通过电催化还原二氧化碳合成了高选择性C2+产物。该研究通过手性实现自旋调控，为提升催化性能开辟了全新的途径，并为催化领域的进一步研究提供了机会。

1.S. Che*, Z. Liu, T. Ohsuna, K. Sakamoto, O. Terasaki, T. Tatsumi, Synthesis and Characterization of Chiral Mesoporous Silica, Nature, 429 (2004), 281- 284.

引入共结构导向剂概念，首次合成成功手性介孔二氧化硅，提出结构表征思路。

2.S. Liu, L. Han, Y. Duan, S. Asahina, O. Terasaki, Y. Cao, B. Liu, L. Ma, J. Zhang, S. Che*, Synthesis of Chiral TiO2 Nanofibre with Electron Transition-Based Optical Activity, Nat. Commun., 3 (2012)（6）, 1215-1215.

提出了手性分子-无机源配位作用力诱导组装纳-微米多级双股螺旋 TiO2 纳米管的思路，以及非手性半导体纳米颗粒的手性排列产生基于电子跃迁吸收引起的无机物光学活性概念。

3.Yingying Duan and Shunai Che, Chiral Mesostructured Inorganic Materials with Optical Chiral Response, Advanced Materials, 2023,2205088 DOI:10.1002/adma.202205088.(综述)

本综述重点介绍了本课题组关于手性介观结构无机材料的研究进展，特别是介观尺度手性的新颖表现及其所赋予的光学手性响应，有望为手性无机材料的设计提供新策略，并拓展手性在传统应用之外的新机遇。根据手性类型、尺度以及对称性破缺机制，本文对手性介观结构无机材料的制备方法进行了分类。特别关注了那些具有原创发现、特殊现象或独特左右手性光学响应机制的体系

4.Ji, Ting; Che, Shunai; Duan, Yingying, "Spin Anisotropy of Chiral Mesostructured Inorganic Materials with Different Intrinsic Magnetism", Journal: Accounts of Materials Research, Acc. Mater. Res. 2023, 4, 12, 1057–1067.

本文综述了具有本征磁性的手性介观结构无机材料（CMIMs）（包括顺磁性、反铁磁性、亚铁磁性和抗磁性）的合成进展及其手性介观结构，重点介绍了基于电子输运与跃迁运动的自旋手性各向异性（SChA）相关手性响应特性。文章涵盖了新发现的SChA相关手性响应，以及本征磁性对CMIMs中SChA影响的探索。研究结果表明，在导电性较差的CMIMs中，基于SChA的电子转移现象极为罕见，但某些无机材料在形成介观结构后可表现出此类电子转移行为。该研究将加深对具有多种本征磁性的手性材料中SChA的理解，我们的见解也将为未来研究中CMIMs的创新结构设计以及更多可能的自旋相关功能提供启发。

5.Y. Fang, X. Liu, Z. Liu*, L. Han*, J. Ai, G. Zhao, O. Terasaki, C. Cui, J. Yang, C. Liu, Z. Zhou*, L. Chen and S. Che*, Synthesis of Amino Acids by Electrocatalytic Reduction of CO2 on Chiral Cu Surfaces, Chem, 9 (2023), 460-471. 

 推测出手性无机纳米铜材料因其低配位原子和手性结构，将降低CO2电催化还原反应能垒，或得出C+3以上官能化产物，并指导合成和反应实现了高对映体过量值值氨基酸的合成。

6.Y. Cui, J. Ai, Y. Duan, M. Jia, T. Ouyang, A. Liu, L. Yu, J. Liu, X. Liu, C. Chu, Y. Li, Y. Ma, L. Chen, L. Han*, J. Chen*, C. Tian*, S. Che*, Y. Fang *, Enantioselective synthesis of amino acids by photocatalytic reduction of CO2 on chiral mesostructured ZnS, Chem, 11(2025), 102390.

提出了手性结构催化/不对称催化原理：手性结构诱导的自旋极化，促进电子的分离与运输并产生稳定的自旋极化中间态，催化氨基酸分子的生成；不同自旋电子驱动的不同反应活化能导致对映体选择性氨基酸分子的形成。首次，仅以CO2和氨水为原料实现了光催化氨基酸的合成。