无论是铋矿的储量，还是铋产品的产量和出口量，中国都是世界第一。但遗憾的是，这三个第一却没有形成市场优势，出口及市场价格长期受国外市场和资本控制，缺少市场话语权，极为被动。问题的关键其实就是技术创新、技术领先和技术垄断与欧美发达国家相比还有一定距离。深入开展铋科学基础理论研究、拓展铋相关产品技术研发、推动铋产业健康有序发展，对我国科技进步、资源发展以及经济建设具有重要的意义。铋科学研究中心致力于推动学术界和产业界的交流与合作，推动新型产学研联盟的构建与互动，为我国铋科技进步与产业发展贡献力量。铋科学研究中心基础和应用并重。在基础方面，重点关注铋元素物理与化学、有机铋化学、铋纳米科学、铋基发光材料的研究；在应用方面，集中生物医学领域开展纳米影像与智能诊疗、抗癌药物及载体递送、医用水凝胶与高分子、生物传感及医学检测、感光胶与荧光材料、铋合金与医用合金等方向的特色研究。除此之外，也关注钽、锆、铼、铷、铌等小金属的纳米材料及其健康医学材料研究与开发。
1、纳米影像与智能诊疗
基于铋元素大原子序数效应，可在生物医学中作为CT造影增强和放疗增敏增效作用并构筑多功能诊疗一体化纳米药剂,我们的研究主要分为两部分：（1）对已有铋纳米材料如硫化铋、硒化铋和氧化铋等进行功能改进。通过和锰、金、铂等具有功能的纳米材料复合，在现有铋基纳米材料中对其结构修饰和功能拓展。例如引入磁共振诊断模式、化疗结合和增强放疗治疗等。（2）在世界上首次报道了一种氟氧铋酸钠材料并对其理化性质进行分析。该类材料具有介孔结构、铋含量高且结构易修饰，作为一种诊疗一体化平台，可实现智能载药、CT造影增效、放疗增敏等功能。通过多种手段调控该材料入元素掺杂、形成异质结和核壳结构等可进一步丰富其诊疗功能。此外，由此可衍生出新型铋化合物的合成制备方法，如制备阳离子交换和阴离子交换的铋纳米材料等。纳米影像与诊疗方向的研究已初具特色，近三年来在Small（IF 13.281)、ACS Applied Materials & Interfaces（IF 9.229）、Acta Biomaterialia(IF 8.947）等期刊发表11篇SCI一区论文以及1篇封面论文，多篇在投稿。
2、抗癌药物与载体递送
基于铋的多价态且易配位等特点，构筑多种铋基配合物，探究配体和铋金属中心协同增强抗癌抗病毒功效。同时利用金属铱与铋类似的配位与治疗能力，构筑了多种铱金属配合物，光控实现对生物体肿瘤等病灶部位的光学成像与协同治疗。此外，结合高分子聚合物亲疏水性可调控的优势，构筑多种可自组装的高分子金属铱铋纳米聚合物实现光学成像、放疗增敏、活性氧生成、靶向药物递送等研究特色。对目前已有的商业化肿瘤治疗药物如阿霉素、紫杉醇、索拉菲尼等有具有优异的智能递送特点，为进一步纳米制剂的商业化提供基础支撑。（1）铋基配合物抗癌增效研究。首次合成了一种抗癌活性良好的缩氨基硫脲类配体L，与Bi（III）配位形成一种新型多元杂环铋配合物[BiL(NO3)2]NO3，可有效增强对人肺癌细胞A549和H460增殖和BALB/c荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用，为抗肿瘤临床治疗药物的开发提供了重要理论依据。（2）智能递送系统增强钌配合物抗肿瘤抗转移研究。新型钌药物RAPTA-C能够有效抑制晚期癌细胞的扩散和转移，通过化学键合将钌药物接入可靶向GLUT5转运蛋白的果糖基智能递送系统，赋予其靶向输送和可控释放的能力，可增强钌药物对乳腺癌细胞MDA-MB-231和卵巢癌细胞OVCAR4转移入侵的抑制作用。抗癌药物与智能递送方向近三年来在Bioactive Materials（IF:14.593)、Research (IF:8.806)、Biomacromolecules（IF6.092）等期刊发表6篇SCI一区论文，多篇在投。
3、聚集发光与荧光材料
与稀土和过渡金属离子掺杂发光材料相比，含铋发光材料中铋活性中心的电子结构受自旋轨道耦合效应和晶体场效应的双重影响。另外，铋元素具有多种价态，这些优势赋予铋掺杂发光材料易于调控、可形成多种类型活性中心的特点，为开发新型的光功能材料提供了广阔的研究空间。近三年来主要做了以下工作。（1）从配位环境及键性的角度来设计调控含铋发光材料热猝灭特性。由于铋离子的孤对立体活性，构筑具有特殊化学键、对称性的含铋结构单元将有助于开发更多的特种发光材料。这一设计思想及分析方法可拓展到其他类型含p区元素的光电材料以及一些层状材料的研究中，有望在新型温度传感和医用光学材料等领域发挥重要作用。（2）通过构建固溶体的思想调控三价铋的发光性质，取得了一系列的成果。在Cs3CoCl5结构类型的终端化合物GdSr2AlO5和Sr3AlO4F构建了Sr3-xGdxAlO4+xF1-x固溶体，并在此固溶体基质中设计Bi3+→Eu3+能量传递实现激发波长驱动的单一荧光体的发光调控，也解决了Eu3+离子的f–f跃迁在紫外区域激发效率较低的问题。（3）巧妙利用502胶水易挥发、强吸附的特性捕获刑侦鉴定中的重要证据--物体表面的指纹。502胶水可以和指纹中的油脂、蛋白质等物质结合，实现表面指纹的固定，随后喷涂合成的聚集诱导发光增强纳米微球。有指纹的地方由于吸附了发光纳米材料，在普通验钞灯下发出清晰可见的荧光，从而获取了指纹的高分辨图像。这种检测方法操作简单，器材便宜也易于携带，可在刑侦现场对指纹进行快速提取与识别，有望进一步应用于物证鉴定领域。发光材料方向近三年来在Chemical Engineering Journal （IF 13.232）、Inorganic Chemistry Frontiers （IF 6.569 ）、Dalton Trans. （IF 4.390 ）等期刊发表SCI一、二区论文十余篇，多篇在投。
4. 生物传感与医学检测
利用铋基材料的半导体特性构筑多种铋基光电化学传感器。通过与多种（非）贵金属化合物进行复合或元素掺杂调控其半导体价带与导带能级和禁带宽度；通过形成多孔结构或增大比表面积、调控铋基传感器的信号放大性能；通过电信号（电流、电阻）和光电流信号构建与生物分子含量之间的关系，构建铋基生物传感器。相比于传统基材的生物传感器，铋基光电生物传感器具有抗干扰性好、检测范围宽和检测灵敏度高等优势。（1)制备了蜂窝型Bi2MoO6/TiO2纳米复合材料，成功构建了高灵敏性无酶光电化学传感器，实现了半胱氨酸的高灵敏性高选择性测定。（2）人血清肿瘤标志物高灵敏检测。构建羽毛状多孔CeBi0.4O307 基电化学免疫传感器用于人血清肿瘤标志物癌胚抗原（CEA）的超灵敏检测，有助于临床CEA的快速灵敏检测。（3）制备新型铋基MXene敏感材料Ti3C2@Bi2O3，构建高灵敏电化学核酸传感器，成功用于人血清中miRNA-21的快速、灵敏检测。
水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。铋基材料具有独特的抗菌功效，将铋基材料与水凝胶结合，拓展了铋基材料的加工成型方法。在前期研究中，我们通过形成嵌段共聚物、结合光控自组装和磁控自组装，构建了多种刺激响应型水凝胶，尤其是在圆偏振发光、手性聚集诱导发光和自组装、功能性刺激响应等领域做了尝试和探究，获得了多种功能化的高分子水凝胶，为铋基水凝胶的研制提供的宝贵的技术支撑。（1）通过超分子组装制备出具有手性螺旋结构的超分子凝胶，该凝胶具有特异性识别外来对映体分子的功能，为凝胶的刺激响应性和可控药物释放提供了温和的控制条件。（2）纳米纤维素水凝胶可作为支架材料用于生物医学领域，有研究设计聚乙二醇星形聚合物和氧化纳米纤维素组成的双交联水凝胶油墨，经3D打印后可保持成纤维细胞的良好活力和增殖能力，制备简单，具有可调控的粘弹性和机械性能，可广泛应用于再生医学领域。（3）光诱导反应在原材料水凝胶设计中非常常见。该研究引入正交反应体系，制备和功能化PEG基水凝胶。采用两种波长进行诱导反应，在可见光诱导巯基-烯反应将功能化四臂PEG形成支架材料，在紫外光诱导下发生腈-亚胺四唑-烯偶联进行功能化可视化并接入肽链RDG促进细胞附着，增强其生物运用性能。医用高分子与水凝胶方向近三年来在ACS Nano(IF 14.791)、Small (IF 11.865)、Biomaterials Science （IF 6.183）、Macromolecules（IF 5.918）等期刊发表3篇SCI一区论文，多篇在投。
研究生物医用钛、铋合金的制备加工与相变机理、生物医用材料表面改性以及医用器械结构优化设计。脊柱肿瘤切除后，进行椎间大块植骨或行人工椎体置换。需要钛合金重建假体材料与结构。对钛、铋合金进行改良，使其力学性能更接近与骨，并从结构参数上改善骨钉，提高拔出力，提高稳定性；采用抗菌涂层，抑制术后细菌繁殖。
研究具有低熔点、精铸特性的铋合金并开发其在生物医学、消防、铸造、油田等领域的应用。